黃賢智

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣西 南寧 530023)

1 概述

橋梁檢查評估是對橋梁的技術(shù)狀況進行評定，從局部到整體對橋梁各個組成部分進行檢查，通過相關(guān)技術(shù)和試驗手段分析得到評定結(jié)論，為橋梁的維修與加固提供依據(jù)。

在傳統(tǒng)的橋梁檢查中，由于前后檢查人員或委托第三方機構(gòu)的變動，增加了前期工作的準(zhǔn)備期，降低了檢測數(shù)據(jù)有效應(yīng)用的價值。因此，該文從橋梁病害發(fā)展角度，利用橋梁前后定期檢查的數(shù)據(jù)，發(fā)揮檢查數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性作用，判斷橋梁的病害變化狀況，以便找出每座橋梁的“關(guān)鍵性”病害，更加高效準(zhǔn)確地得出整橋的技術(shù)狀況，這種有的放矢的方法對橋梁已有病害的調(diào)查分析將起到事半功倍的作用，同時也有利于建立橋梁技術(shù)狀況的健康檔案，將橋梁檢查評估進一步推向信息化和智能化。

2 橋梁技術(shù)狀況評定流程

2.1 原理

JTG/T H21-2011《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》將橋梁分成構(gòu)件、部件、橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)和全橋5個部分，從橋梁各構(gòu)件、各部件、上下部結(jié)構(gòu)及橋面系依次進行評定，最終分析計算得到橋梁的總體技術(shù)狀況。

根據(jù)收集的現(xiàn)場橋梁資料，對橋梁的構(gòu)件進行編號，按計劃進行橋梁現(xiàn)場檢查。橋梁檢查中對各構(gòu)件檢測指標(biāo)分1～5類評定，計算橋梁從構(gòu)件到部件再到結(jié)構(gòu)組的技術(shù)狀況，該方法采用AHP與單項控制指標(biāo)(5類橋梁)相結(jié)合的橋梁評定模型，全面系統(tǒng)地評估全橋技術(shù)狀況，其評定流程如圖1所示。

圖1 橋梁技術(shù)狀況評定流程

2.2 計算過程

根據(jù)JTG/HT 21-2011《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，對橋梁技術(shù)狀況的主要計算過程如下。

(1) 對橋梁構(gòu)件技術(shù)狀況評分，按照式(1)計算：

(1)

式中:PMCIl、BMCIl、DMCIl分別為上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系第i類部件1構(gòu)件的得分；U、x、y為引入的中間變量。

當(dāng)x=1時：U1=DPi1。

表1 構(gòu)件各檢測指標(biāo)扣分值

(2) 橋梁部件技術(shù)狀況評分，按照式(2)計算：

(2)

(3) 橋梁的上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系的技術(shù)狀況評分，按式(3)計算：

(3)

式中：SPCI、SBCI、BDCI分別為上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系的技術(shù)狀況評分；W為第i類部件的權(quán)重。

(4) 橋梁總體的技術(shù)狀況評分，按式(4)計算：

Dr=SPCI×WSP+SBCI×WSB+BDCI×WD

(4)

橋梁技術(shù)狀況分類界限按表2規(guī)定執(zhí)行。

表2 橋梁技術(shù)狀況分類界限

3 橋梁病害發(fā)展評估模型

根據(jù)橋梁技術(shù)狀況評定流程，該文提出一種結(jié)合橋梁病害發(fā)展?fàn)顩r及病害評定標(biāo)度修正的評估模型，以便快速研判橋梁外觀檢查中的工作重點。評估模型根據(jù)橋梁前后兩次相關(guān)部件檢查情況，參考JTG H11-2004《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》對橋梁病害的相關(guān)描述，把橋梁部件病害發(fā)展?fàn)顩r分為趨向穩(wěn)定、發(fā)展緩慢、發(fā)展較快3個類別。當(dāng)部件發(fā)展?fàn)顩r評定為趨向穩(wěn)定和發(fā)展較快兩個狀態(tài)時需進行基于橋梁病害發(fā)展?fàn)顩r修正，并把發(fā)展較快的部件列入維修養(yǎng)護檢查重點。評估模型的流程圖見圖2。

圖2 基于病害狀況修正的橋梁部件評估模型的評估流程

在橋梁病害實際評估過程中，JTG H11-2004《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》中病害發(fā)展變化狀況主要通過技術(shù)人員的經(jīng)驗做出判斷，由于不同技術(shù)人員的主觀差異，造成評定結(jié)果的較大誤差。因此，結(jié)合實際工程，對病害發(fā)展變化狀況的判斷進行量化，明確橋梁部件病害發(fā)展趨勢評定標(biāo)準(zhǔn)，將為橋梁檢查信息化、智能化發(fā)展奠定一定的基礎(chǔ)。橋梁病害發(fā)展趨勢量化評定標(biāo)準(zhǔn)引用斯新華研究成果，如表3所示。表3依據(jù)JTG/T H21-2011《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》中橋梁技術(shù)狀況分類界限表作為基礎(chǔ)數(shù)值，以橋梁部件前后兩次評分的相對變化值，并結(jié)合部件的技術(shù)狀況等級，得到合理分界值和判斷區(qū)間。該量化標(biāo)準(zhǔn)具有一定的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

表3 橋梁病害發(fā)展變化狀況判別分類

為更加全面地評估橋梁技術(shù)狀況，引入橋梁病害發(fā)展?fàn)顩r，在橋梁部件病害發(fā)展趨勢研判后，再進行病害評定標(biāo)度修正。即當(dāng)橋梁病害發(fā)展?fàn)顩r為趨向穩(wěn)定，則病害評定標(biāo)度在現(xiàn)階段調(diào)查(構(gòu)件病害最大扣分項)評定標(biāo)度上升半級(即病害最大扣分項類別升0.5類，扣分值按升0.5類計算，見表1)，如最高等級3類別檢測評定標(biāo)度為2類，原扣20分，標(biāo)度升半級后為1.5類，扣10分；發(fā)展緩慢時，病害評定標(biāo)度不作修正；發(fā)展較快時，病害評定標(biāo)度在現(xiàn)階段病害調(diào)查(構(gòu)件病害最大扣分項)評定標(biāo)度上降半級，如最高等級4類別檢測評定標(biāo)度為2類，原扣25分，標(biāo)度降半級后為2.5類，扣32.5分。

基于橋梁病害發(fā)展?fàn)顩r的橋梁技術(shù)狀況評定研究，增加了對橋梁構(gòu)件缺損較嚴(yán)重和發(fā)展趨勢較快的構(gòu)件的識別作用，可對相關(guān)構(gòu)件進行快速定位并提出預(yù)警，更好地了解和掌握橋梁部件的健康狀況和后期運營狀況，經(jīng)修正后的橋梁技術(shù)狀況使評估結(jié)果更全面、更準(zhǔn)確，該評估模型可明顯縮短橋梁檢查準(zhǔn)備時間，提高了工作效率，為橋梁養(yǎng)護、維修、加固等工作節(jié)約時間和費用，同時為橋梁外觀檢查的信息化、智能化發(fā)展提供了一種解決方案。

4 案例分析

案例1：某一連續(xù)梁橋全長67.04 m，橋面寬為16.05 m。上部結(jié)構(gòu)為3×20 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土先簡支后連續(xù)箱梁，每跨各布置5片箱梁，共計15片；鉸縫12條；支座為板式橡膠支座，共計60個。

經(jīng)2014年、2017年和2020年定期檢查該橋上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況分別如表4所示?；跇蛄翰『Πl(fā)展?fàn)顩r及病害評定標(biāo)度修正的橋梁技術(shù)狀況評估模型進行評估，其橋梁部件病害狀況趨勢及技術(shù)狀況修正見表5、6。

表4 上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況檢查結(jié)果

續(xù)表4

表5 連續(xù)梁橋部件病害發(fā)展?fàn)顩r評定

表6 基于病害狀況的部件技術(shù)狀況修正

從表4可知：2017年連續(xù)梁橋上部承重結(jié)構(gòu)病害發(fā)展趨勢結(jié)論為發(fā)展較快，主要原因在于上部承重部件中1-5#箱梁的病害較嚴(yán)重且較快發(fā)展。經(jīng)維修養(yǎng)護后，2020年定期檢查該橋主要問題是1-5#箱梁產(chǎn)生了多道受力裂縫，并影響了相鄰構(gòu)件的受力狀況，造成相鄰鉸縫和支座出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性病害。上部一般部件和支座在兩次檢查過程中病害發(fā)展均為趨向穩(wěn)定。

案例2：某一剛架拱橋全長57 m，橋面寬為9.5 m。主拱圈為1×48 m鋼筋混凝土剛架拱，共3片；拱上結(jié)構(gòu)為橫系梁 18根；橋面板為微彎板和懸挑板，共計10塊。

經(jīng)2016年和2019年定期檢查拱橋上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況如表7所示?；跇蛄翰『Πl(fā)展?fàn)顩r及病害評定標(biāo)度修正的橋梁技術(shù)狀況評估模型進行評估，拱橋部件病害狀況趨勢及技術(shù)狀況修正見表8、9。

表7 上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況檢查結(jié)果

表8 剛架拱橋部件病害發(fā)展?fàn)顩r評定

表9 基于病害狀況的部件技術(shù)狀況修正

從表7可知：2019年剛架拱橋主拱圈病害發(fā)展趨勢結(jié)論為發(fā)展較快，主要原因在于主拱圈部件中1#拱片的病害較嚴(yán)重且較快發(fā)展。拱上結(jié)構(gòu)和橋面板病害發(fā)展分別為趨向穩(wěn)定和發(fā)展緩慢。

綜上，在日常橋梁管養(yǎng)中，可建立橋梁重點檢查部件數(shù)據(jù)庫，把案例1中上部結(jié)構(gòu)1-5#箱梁和案例2中1#拱片列入橋梁下一步養(yǎng)護和維修重點。若經(jīng)維修和加固后，在下一次的檢查中病害發(fā)展?fàn)顩r轉(zhuǎn)為穩(wěn)定或緩慢，則移出重點檢查數(shù)據(jù)庫。由表6和表9可知：根據(jù)部件的病害發(fā)展?fàn)顩r，對相應(yīng)部件病害評定標(biāo)度進行修正，將得到更為合理的評分和技術(shù)狀況等級。

基于橋梁病害發(fā)展?fàn)顩r及病害評定標(biāo)度修正的評估模型，突出了橋梁的病癥所在，使現(xiàn)場檢測技術(shù)人員在橋梁檢查工作中明確工作重心，更加準(zhǔn)確地掌握橋梁的健康狀況。

5 結(jié)論

(1) 評估模型突出了橋梁的重點病害。在橋梁檢查時，給技術(shù)人員展示了橋梁以往的病癥所在，以便于工作有針對性地開展。

(2) 提高了橋梁檔案數(shù)據(jù)庫的利用率。通過橋梁檢查數(shù)據(jù)的前后對比，做到了檢查數(shù)據(jù)的溯源性和橋梁技術(shù)狀況發(fā)展的可視性，讓橋梁檔案數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。

(3) 修正了橋梁技術(shù)狀況。橋梁結(jié)構(gòu)病害發(fā)展趨勢嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)性能，通過鑒定病害發(fā)展動態(tài)過程修正橋梁技術(shù)狀況，可使橋梁評估結(jié)果可靠性更高。

(4) 提升橋梁檢查工作的信息化水平。引入橋梁病害發(fā)展，進一步挖掘以往橋梁檢查數(shù)據(jù)的價值，得到橋梁技術(shù)狀況發(fā)展的動態(tài)情況，可為橋梁檢查智能化發(fā)展提供參考。