城市橋梁的病害分析與管養(yǎng)技術(shù)研究

試驗(yàn)研究

城市橋梁的病害分析與管養(yǎng)技術(shù)研究

□□ 曲云(太原市市政公共設(shè)施管理處 橋梁養(yǎng)護(hù)管理所，山西 太原030009)

摘要：根據(jù)調(diào)查與文獻(xiàn)分析，總結(jié)了城市橋梁常見的病害，對形成病害的機(jī)理進(jìn)行了分析，以期得到合理的養(yǎng)護(hù)方案；對城市橋梁的管理與養(yǎng)護(hù)提出了開發(fā)橋梁管理系統(tǒng)的建議。

關(guān)鍵詞：城市橋梁；病害；管理

文章編號：1009-9441(2015)03-0027-03

中圖分類號：U 445.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：曲云(1985-)，男，山西五臺(tái)人，助理工程師，2009年7月畢業(yè)于長安大學(xué)土木工程專業(yè)，現(xiàn)從事橋梁管理工作。

收稿日期：2015-03-19

引言

市政工程的建設(shè)水平是一個(gè)城市社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的直接體現(xiàn)，隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的日益進(jìn)步，人們對市政工程的功能要求也越來越高。市政橋梁的建設(shè)是市政工程的基本構(gòu)成部分，橋梁在運(yùn)營狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)安全是人們生活與經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要保障。城市橋梁的興建豐富了城市功能，促進(jìn)了生產(chǎn)與生活的進(jìn)步。20世紀(jì)80年代，世界各國的城市橋梁都經(jīng)歷了從大量建設(shè)過渡到既有橋梁的養(yǎng)護(hù)與維修階段。當(dāng)前我國也處于這種進(jìn)程當(dāng)中，市政工程的大規(guī)模興建熱潮逐漸褪去，市政設(shè)施的管理與養(yǎng)護(hù)問題日益受到業(yè)界專家與管理部門的重視。

由于受環(huán)境因素與使用條件的雙重影響，致使橋梁在使用過程中會(huì)發(fā)生各種病害和不同程度的結(jié)構(gòu)損傷，致使其結(jié)構(gòu)狀態(tài)與服務(wù)水平不斷下降，這是我國城市橋梁現(xiàn)在面臨的普遍問題。由于橋梁管養(yǎng)制度的不完善、養(yǎng)護(hù)技術(shù)的局限性和經(jīng)費(fèi)的使用不合理等原因，致使城市一部分在役橋梁不能得到有效地養(yǎng)護(hù)與維修，造成橋梁極限承載能力的下降，甚者導(dǎo)致橋梁垮塌，給國家經(jīng)濟(jì)和人民生命帶來嚴(yán)重的威脅。例如2012年6月，哈爾濱明灘大橋引橋嚴(yán)重垮塌，4輛大貨車墜橋，造成3人死亡、5人受傷的嚴(yán)重事故。分析其垮塌原因，除了超載之外，管理養(yǎng)護(hù)措施不到位也是橋梁垮塌的原因之一。因此，研究與分析城市橋梁的病害并制定相應(yīng)的管養(yǎng)措施是十分必要的。

1城市橋梁常見的病害

橋梁由主梁與橋墩組成，城市橋梁常見的結(jié)構(gòu)形式有T形梁、空心板、箱梁等。引起橋梁病害的原因是多種多樣的，有的是對材料的腐蝕破壞，有的則是直接對結(jié)構(gòu)的損傷。準(zhǔn)確判定橋梁的病害，合理分析病害的產(chǎn)生原因，是進(jìn)行橋梁管護(hù)工作的基本組成部分之一。以下分析城市橋梁由于其自身特點(diǎn)，在運(yùn)營使用階段常見的病害。

1.1　梁體混凝土裂縫

由于混凝土材料自身的特點(diǎn)，裂縫是混凝土橋梁中經(jīng)常發(fā)生的病害，如圖1所示?；炷翗蛄旱牧芽p主要是由于混凝土收縮徐變和溫度變化的原因?qū)е碌?，在裂縫出現(xiàn)之初一般不會(huì)對橋梁造成危害。但隨著荷載的繼續(xù)施加，裂縫逐漸擴(kuò)大，水和空氣便會(huì)侵入結(jié)構(gòu)內(nèi)部造成鋼筋的腐蝕，這將造成橋梁承載能力的快速下降，縮短橋梁的使用年限。

圖1　梁體常見的混凝土裂縫

1.2　梁體混凝土剝落與露筋

梁底混凝土的刮落主要是由于超高超限車輛通行引起的。由于破損之處的鋼筋會(huì)與空氣發(fā)生化學(xué)作用，造成鋼筋銹蝕與梁底剝落的惡性循環(huán)，最終可以導(dǎo)致梁片混凝土的大面積剝落。另外，剝落是從混凝土的外觀破壞形態(tài)定義的，是對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面混凝土發(fā)生蜂窩麻面、露石、酥松起皮和剝落等病害的統(tǒng)稱，如圖2所示。根據(jù)不同的機(jī)理，也可以分為凍融剝蝕、水質(zhì)侵蝕、風(fēng)化剝蝕等。對由于各種原因引起的剝蝕，應(yīng)對露筋處及時(shí)進(jìn)行維修，以防止病害的繼續(xù)發(fā)展造成不可挽回性的破壞。

圖2　混凝土剝落與露筋

1.3　結(jié)構(gòu)構(gòu)造性破壞

在城市橋梁中，由于使用年限太久、施工時(shí)隱藏的問題以及不可預(yù)料的破壞因素等，常常會(huì)造成橋梁構(gòu)件的錯(cuò)位、失穩(wěn)或者位移過大等結(jié)構(gòu)性問題，這類問題已經(jīng)影響到橋梁的安全性能，必須予以重視。在地震作用下，梁體一般會(huì)相對于墩臺(tái)錯(cuò)位，在自然災(zāi)害過后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修復(fù)原。另外，由于地基不均勻沉降，也會(huì)造成對橋梁上部結(jié)構(gòu)的損害，往往會(huì)造成梁體傾斜、墩臺(tái)錯(cuò)位等問題。梁體之間的伸縮縫也是易引起破壞的部位，如設(shè)計(jì)不合理造成的伸縮縫不滿足構(gòu)造要求；伸縮縫選用不當(dāng)引起的結(jié)構(gòu)損傷；橋梁墩臺(tái)與梁尺寸誤差導(dǎo)致的伸縮縫不能按照設(shè)計(jì)要求對接，因留有空隙而埋下隱患；車輛行駛到梁體連接處不能平穩(wěn)過渡，如果行車速度過快，往往會(huì)造成連接處的伸縮縫結(jié)構(gòu)損傷；日常清洗與維護(hù)過少導(dǎo)致的伸縮縫阻塞以及排水不暢，也是造成伸縮縫損壞的重要原因之一。圖3為城市橋梁常見的梁體輕微錯(cuò)位。

圖3　梁體錯(cuò)位

1.4　橫隔板破壞

橫隔板是混凝土箱梁內(nèi)部的構(gòu)件，其破壞不易被發(fā)現(xiàn)，需要人工定期對梁體內(nèi)部進(jìn)行檢查與檢驗(yàn)。橫隔板破壞的主要原因是受力上的損害，由于橋梁運(yùn)營中偏載和扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的垂直剪力所造成。另外，端橫隔板的裂縫一般與支座不平整和活動(dòng)支座的轉(zhuǎn)動(dòng)不靈敏有關(guān)。溫度是混凝土結(jié)構(gòu)破壞不可忽視的因素，梁體的內(nèi)外側(cè)由于受太陽輻射的程度不同，向陽的梁體因?yàn)闇囟壬仙蛎?，致使橫隔板承受彎矩，會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的剝落和露筋。如果施工質(zhì)量的控制較差，也會(huì)造成橫隔板混凝土結(jié)構(gòu)的破損和露筋等問題。

造成橋梁結(jié)構(gòu)病害的原因往往不是單一的，而是多種因素共同作用導(dǎo)致了橋梁的損傷。因此，在防治與維修病害時(shí)也要多種手段并用，通過合理的評估與設(shè)計(jì)治理橋梁病害，以此保障城市公共交通的暢通。

2橋梁養(yǎng)護(hù)對策及管理措施

2.1　建立完善的規(guī)章制度

橋梁結(jié)構(gòu)的安全性對城市的重要性不言而喻，因此非常有必要制定合理的規(guī)范與規(guī)章制度，并明晰管理部門的職權(quán)。橋梁的養(yǎng)護(hù)與管理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，當(dāng)前預(yù)防性養(yǎng)護(hù)與維修性養(yǎng)護(hù)是橋梁管養(yǎng)的兩種主要方式。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生的損傷影響到橋梁的正常使用時(shí)就需要進(jìn)行維修性養(yǎng)護(hù)，其通常含大修、中修與小修；如果結(jié)構(gòu)還未表現(xiàn)出明顯的結(jié)構(gòu)性損傷，并且未對正常的使用功能造成顯著的影響，為保持橋梁的健康狀態(tài)，延長橋梁使用壽命，需進(jìn)行日常的定期養(yǎng)護(hù)。目前，我國制定并頒布了《城市橋梁檢測和養(yǎng)護(hù)維修管理辦法》和《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》。市政管理部門與養(yǎng)護(hù)工作人員應(yīng)按照管理辦法與技術(shù)規(guī)范進(jìn)行工作，制定詳實(shí)的工作規(guī)程與實(shí)施細(xì)則，堅(jiān)持科學(xué)管理的理念。應(yīng)該發(fā)揮市政工程管理部門的主導(dǎo)作用，建立各區(qū)市政管理部門全力配合輔助的管理體系。對于處于交通要道的重要的城市橋梁，可以直接由市政管理部門管理，這樣可以提高養(yǎng)護(hù)與管理的水平，有效調(diào)用優(yōu)質(zhì)資源，確保城市主動(dòng)脈的運(yùn)行。

在市政設(shè)施的投資運(yùn)營模型中存在“5倍定律”，在前期和維護(hù)時(shí)多投入1元，便能為日后的大中修節(jié)省5元。根據(jù)此定律，市政設(shè)施的建設(shè)與運(yùn)營須統(tǒng)籌規(guī)劃，合理預(yù)算，而且需要在政府預(yù)算中給予市政養(yǎng)護(hù)?？?。加強(qiáng)市政管理部門的管理水平是市政設(shè)施管養(yǎng)的關(guān)鍵之一，可以在政府的牽頭下，促進(jìn)市政管養(yǎng)部門與高校或研究機(jī)構(gòu)的合作，有效地促進(jìn)管理與養(yǎng)護(hù)專業(yè)人員的業(yè)務(wù)提升。

2.2　開發(fā)橋梁管護(hù)系統(tǒng)

近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展與大數(shù)據(jù)技術(shù)的興起，促進(jìn)了社會(huì)各行各業(yè)的進(jìn)步，同時(shí)也促進(jìn)了橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)的快速提升，為傳統(tǒng)的市政管理提供了新的、有力的技術(shù)支撐與服務(wù)。20世紀(jì)80年代，我國開始研究橋梁的管理系統(tǒng)，初期在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，四川省公路研究所、交通部公路研究所與廣東省公路研究所等單位率先開展了橋梁管理系統(tǒng)的研制工作，并取得了豐碩的成果，先后研制出四川省橋梁數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、廣東省橋梁管理系統(tǒng)和河南省橋梁管理系統(tǒng)。

將橋梁的結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件材料、建設(shè)與竣工日期、橋梁交通流量與周圍天氣環(huán)境等多種元素輸入橋梁管理系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)程序的模糊優(yōu)化計(jì)算，得出合理的養(yǎng)護(hù)時(shí)間與壽命預(yù)測，可以為管理部門提供決策參考。同時(shí)，要根據(jù)日常檢修的狀況及時(shí)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新，以保證橋梁健康監(jiān)測的準(zhǔn)確性與時(shí)效性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳維珍，徐俊，龍佩恒.現(xiàn)代橋梁養(yǎng)護(hù)與管理[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2] JTG H10—2009，公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[3] 羅倫英.橋梁管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].長沙；湖南大學(xué)，2010.

[4] 朱星虎.在役橋涵狀況檢測及量化評估研究[D].西安：長安大學(xué)，2010.

(編輯盛晉生)