黃建云

（寧夏交投高速公路管理有限公司，寧夏 石嘴山 753000）

0 引言

當前造成高速公路橋梁病害問題的因素很多，包括主觀因素也包括客觀因素，各類因素不僅會導致橋梁出現(xiàn)病害，同時會嚴重影響到道路的正常使用，也在封閉維修路段影響到施工人員以及駕駛?cè)藛T的人身安全。因此，在高速公路橋梁的建設階段，以及后期通車階段，不僅需要完成對橋梁的日常養(yǎng)護工作，同時還需要做好相應的維修以及加固處理工作，這樣才能保證橋梁整體質(zhì)量符合相關要求標準。當前針對高速公路橋梁的養(yǎng)護大部分只在施工中進行，無法結(jié)合橋梁建設的全周期提出合理的養(yǎng)護方案。同時，由于高速公路橋梁建設的環(huán)境復雜，在養(yǎng)護過程中獲取到的監(jiān)測信息無法為養(yǎng)護提供有力的數(shù)據(jù)支撐，進而導致最終養(yǎng)護效果無法達到預期理想目標。信息化監(jiān)控技術(shù)在建設施工領域中廣泛應用，為公路工程、建筑工程軟土地基等提供了更高精度的數(shù)據(jù)。因此，針對上述高速公路橋梁養(yǎng)護中存在的問題，該文嘗試引入信息化監(jiān)控技術(shù)，對其養(yǎng)護方法進行研究。

1 工程概述

以某地區(qū)的高速公路橋梁作為案例，該橋梁設計跨度為24 m，橋面的寬度為16 m，該橋梁整體屬于典型簡支T型橋梁結(jié)構(gòu)，單跨內(nèi)沿著橋面方向布置了4 道橫隔梁。該橋梁橋面采用瀝青混凝土材料澆筑而成，橋梁自完成施工后，運營至今已經(jīng)超過了12 年，為了保障橋梁后期運營中的安全，同時最大程度地延長其使用壽命，針對該橋梁進行周期性養(yǎng)護。

2 基于信息化監(jiān)控技術(shù)的橋梁周期性監(jiān)測平臺

世界各個國家的公路橋梁養(yǎng)護技術(shù)快速地發(fā)展，尤其是歐美等發(fā)達國家關于公路養(yǎng)護方面的技術(shù)成果已經(jīng)達到的世界前列，同時基于信息化監(jiān)控技術(shù)下的公路養(yǎng)護策略得到普及和應用，這有效地提升了公路養(yǎng)護的效率，并降低了養(yǎng)護過程中的投入成本。橋梁在疲勞、腐蝕及材料老化等多種因素作用下，結(jié)合日常運行的受力，導致橋梁常出現(xiàn)開裂和縫隙等病害，橋梁的養(yǎng)護與周期性檢測意義重大，在傳統(tǒng)思維中存在重視修建而輕視養(yǎng)護的現(xiàn)象，一大批橋梁在使用一段時間后出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，在后期修補過程中又需要投入大量的資金成本。隨著我國橋梁數(shù)量不斷增加，人們也更加重視橋梁養(yǎng)護工作。橋梁存在使用壽命，與其他道路建設形式相比，橋梁又存在很大的差異性，在投入使用后即處于一種懸空的狀態(tài)，由于其負載能力比普通道路差，所以使用壽命比一般道路短，做好橋梁周期性的監(jiān)測和養(yǎng)護工作，能夠有效地降低行車過程中安全事故的發(fā)生概率，提升橋梁的使用壽命，降低橋梁的損壞程度以及保障行駛?cè)藛T的生命安全。因此，有必要對橋梁進行結(jié)構(gòu)監(jiān)測，及時地發(fā)現(xiàn)橋梁初期病害，并發(fā)出預警信號，提示養(yǎng)護人員進行維護。該文通過信息化監(jiān)控技術(shù)，將各類傳感器布設在橋梁指定位置，獲取橋梁歷史及實時的受力數(shù)據(jù)，并利用無線網(wǎng)絡傳輸?shù)椒掌髦羞M行受力分析，根據(jù)橋梁實際需要確定周期性養(yǎng)護方案。因此，基于該特點，按照圖1 所示的內(nèi)容，布置橋梁上各個受力監(jiān)測點。

圖1 橋梁上各受力監(jiān)測點布置示意圖

選取的5 個LZ-SWL9 型號單線圈結(jié)構(gòu)的振弦型傳感器均勻布置在橋面上，間隔為4.8 m。該傳感器的各項參數(shù)見表1。

表1 振弦型傳感器參數(shù)

確定傳感器型號、參數(shù)及安裝位置后，進行傳感器安裝。應用傳感器主要檢測混凝土基體表面應變，可以將傳感器底座以表面黏貼、打孔注膠或打孔膨脹螺釘?shù)确绞桨惭b。地腳螺釘又可采用單釘、雙釘或者四釘?shù)确绞剑惭b底座可采用Y 型結(jié)構(gòu)或O 型結(jié)構(gòu)。在安裝傳感器后串接傳感器，主要是通過熔接光纖，保護熔接點的方式，具體步驟如下：1）現(xiàn)場測量傳感器之間的距離，根據(jù)長度截斷串接光纜。2）串接傳感器并進行熔接點保護；3）傳感器安裝完成。利用傳感器獲取到各個測點上橋梁的受力信號，可利用傳感器測定各個測點上的極限彎矩數(shù)值，該數(shù)值能夠描述橋梁各測點承載能力。并將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)絎eb 服務器，在服務器中對受力數(shù)據(jù)進行放大、A/D轉(zhuǎn)換、濾波，再通過以太網(wǎng)傳輸給數(shù)據(jù)庫服務設備，對數(shù)據(jù)進行在線或遠程分析。相關信息化監(jiān)控平臺的研究成果較多，可以選取市面上應用較為廣泛的、適用性較好的平臺租用。信息化監(jiān)控平臺是基于B/S 系統(tǒng)構(gòu)建的，主要分為物聯(lián)感知層、信息數(shù)據(jù)層、智慧應用層和展現(xiàn)接入層，各層協(xié)同配合，可以對橋梁養(yǎng)護進行實時監(jiān)控。其在查詢橋梁信息數(shù)據(jù)庫的請求時，需要經(jīng)過Web 服務器，雖然影響了響應速度，但是分布性較強、開發(fā)過程較為簡單，易于維護，可以多端遠程操作，并實時更新全部橋梁養(yǎng)護數(shù)據(jù)，完成信息化監(jiān)測平臺的應用。由于高速公路橋梁病害信息的采集、分析、養(yǎng)護任務分派、加固施工、工程驗收等均獨立實行，各環(huán)節(jié)之間關聯(lián)不緊密，高速公路橋梁養(yǎng)護的工作流程脫節(jié)，易導致信息傳遞不通暢、不及時，影響?zhàn)B護工作效率和效果。因此，采用信息化監(jiān)控平臺，存儲并共享高速公路橋梁的基本信息、動態(tài)信息、養(yǎng)護過程數(shù)據(jù)以及施工方信息等，對高速公路橋梁養(yǎng)護進行全壽命周期管理。

3 應用信息化監(jiān)控平臺的高速公路橋梁養(yǎng)護工藝

根據(jù)上述構(gòu)建的信息化監(jiān)控平臺獲取高速公路橋梁監(jiān)測信息，經(jīng)過平臺分析后輸出的橋梁重點受力處及縫隙出現(xiàn)的位置制定養(yǎng)護方案，進行重點養(yǎng)護。

3.1 排水養(yǎng)護

高速公路橋梁表面受到氣候的影響，遭到水的侵蝕，為了使橋梁排水固結(jié)更快速，并延長橋梁橋面使用壽命，在橋梁路橋面結(jié)構(gòu)上可設置橫向或縱向的排水體結(jié)構(gòu)，并鋪設厚度為20 cm 的砂墊層，覆蓋填料，形成隱蔽結(jié)構(gòu)，從而將橋面的水引流，使其不會浸入橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，完成對橋梁的養(yǎng)護排水。

3.2 加固養(yǎng)護

根據(jù)高速公路橋梁監(jiān)控信息確定橋梁重點受力位置，對重點部位在養(yǎng)護時采用外包混凝土加固法。該方法主要是增加構(gòu)件的截面以及配筋，提高構(gòu)件的強度、剛度以及穩(wěn)定性，減少裂縫寬度。在環(huán)境條件允許的條件下，均可利用該方法加固梁橋、拱橋、剛架橋等。但需要注意的是，該方法會增加一部分橋梁的恒載質(zhì)量，因此，需要提前評估橋梁養(yǎng)護部分的結(jié)構(gòu)承載力是否滿足外包構(gòu)件的要求。在加固施工時，應注意以下內(nèi)容：新澆筑的混凝土厚度在40 mm 以上，噴射混凝土時厚度需要在50 mm 以上，混凝土增強部位的受壓新澆混凝土厚度應當在150 mm以上，并且原處的混凝土表面須初步處理為凹凸深度在6 mm 以上的粗糙表面。為了進一步提高高速公路橋梁的承載力，還可采取支撐加固的方式，在橋體底部設置支擋結(jié)構(gòu)，以此增加橋梁整體穩(wěn)定性。但這一養(yǎng)護工程屬于外露工程，在實際應用中可能會受到車輛碰撞的影響，日常維修頻繁，會產(chǎn)生更大的養(yǎng)護成本。因此需要結(jié)合實際養(yǎng)護條件，對該養(yǎng)護方法酌情取舍。

3.3 縫隙養(yǎng)護

根據(jù)上述監(jiān)測過程記錄的橋梁上不同分區(qū)的裂縫情況，主要包括裂縫產(chǎn)生的數(shù)量、裂縫產(chǎn)生后的長度以及裂縫是否會進一步延長等信息，確定橋梁伸縮縫病害情況。這也是造成橋梁質(zhì)量降低和使用壽命縮短的主要原因，針對該問題，可按照圖2 所示的結(jié)構(gòu)優(yōu)化伸縮縫。

圖2 橋梁伸縮縫結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意圖

在圖2 所示的結(jié)構(gòu)基礎上，針對伸縮縫不平整的問題，可采用切、鑿等方式處理，必要時還可更換相關配件。

針對橋梁的上部結(jié)構(gòu)橫向位置上產(chǎn)生的病害問題，首先需要確保去除板梁鉸縫，并將鋼筋結(jié)構(gòu)安裝在鉸縫中，通過植筋的方式連接相鄰2 個板梁結(jié)構(gòu)。完成連接后，再對2 個結(jié)構(gòu)進行焊接處理，焊接過程中需要確保焊接的鋼筋結(jié)構(gòu)與原本鋼筋規(guī)格完全相同。其次，針對錨固鋼筋結(jié)構(gòu)處理，將橋梁中原有的結(jié)構(gòu)預埋件保留，采用植筋的方式補齊。再增加鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)，最后完成對錨固環(huán)的焊接。

4 應用分析

綜上所述，完成高速公路橋梁的養(yǎng)護工作。為了驗證該方法實際應用的效果，進行結(jié)果分析。利用信息化監(jiān)控技術(shù)，對該受力情況進行監(jiān)測，并對各個傳感器上獲取到的數(shù)據(jù)進行記錄，得到表2 的記錄結(jié)果。

表2 中橋梁各個側(cè)點上的極限彎矩數(shù)值可以直接反映橋梁的承載能力，極限彎矩數(shù)值越大，則橋梁該位置上的承載能力越強；反之，極限彎矩數(shù)值越小，則橋梁該位置上的承載能力越弱。已知該橋梁的設計標準中規(guī)定其極限彎矩數(shù)值應大于200.00 N·m，從表2 記錄的數(shù)據(jù)中可以看出，測點CG-01、CG-04、CG-06、CG-07、CG-10，5 個測點上的極限彎矩數(shù)值均沒有達到標準要求，因此在養(yǎng)護時，主要針對這5 個點及周圍區(qū)域采取養(yǎng)護措施。在養(yǎng)護的過程中，嚴格按照該文介紹的高速公路橋梁養(yǎng)護工藝和加固施工方式完成養(yǎng)護施工。完成施工后，仍然利用該文的監(jiān)測方法測定各個監(jiān)測點上極限彎矩數(shù)值，并對比施工前后上述五個測點的極限彎矩數(shù)值，并得到如表3 所示的結(jié)果。

表2 橋梁養(yǎng)護前各測點極限彎矩數(shù)值記錄表

表3 養(yǎng)護后橋梁各測點極限彎矩數(shù)值記錄表

從表3 中記錄的數(shù)據(jù)可以看出，按照該文上述提出的養(yǎng)護方法對該橋梁養(yǎng)護后，各個養(yǎng)護后極限彎矩數(shù)值不符合標準要求的測點，極限彎矩數(shù)值得到了明顯的提升，并且能夠確保各個測點上的極限彎矩數(shù)值均達到標準要求的范圍。因此，通過上述結(jié)果能夠初步證明，應用該文提出的養(yǎng)護方法養(yǎng)護高速公路橋梁能夠促進橋梁整體極限彎矩數(shù)值的提升，進而提升其承載能力。

完成上述測定后，在完成養(yǎng)護后，將橋梁平均劃分為5 個不同區(qū)域，記錄各個區(qū)域中產(chǎn)生的裂縫數(shù)量，將得到如圖3 所示的結(jié)果。

從圖3 曲線可以看出，在按照該文上述提出的養(yǎng)護方法對其養(yǎng)護后，前三個區(qū)域均沒有出現(xiàn)裂縫，而在第四個區(qū)域和第五個區(qū)域出現(xiàn)的裂縫數(shù)量也僅為2 個和1 個，且最長裂縫長度僅為1.20 mm。該數(shù)據(jù)不會影響高速公路橋梁的正常運行，對其受力也不會造成影響。針對存在裂縫的區(qū)域可通過該文上述加固方法加固處理。

圖3 養(yǎng)護后橋梁上裂縫情況對比

綜合上述得出的實例應用結(jié)果可以看出，應用該文提出的養(yǎng)護方法后，高速公路橋梁的承載力得到明顯提升，并且橋梁上各個區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的裂縫數(shù)量也不會影響到橋梁的后期運營。將該養(yǎng)護方法應用于實際可以有效延長橋梁整體的運營使用壽命，保障公路橋梁上駕駛?cè)藛T的人身安全。

5 結(jié)語

高速公路橋梁對社會經(jīng)濟發(fā)展有十分重要的意義，對此，該文引入了信息化監(jiān)控技術(shù)，對橋梁養(yǎng)護方法進行研究，并結(jié)合實際橋梁建筑驗證該文養(yǎng)護方法的實例應用效果。為了進一步提高高速公路橋梁養(yǎng)護效果，還需要對新材料、新工藝以及新技術(shù)等進行不斷探索，確保各項工藝及關鍵技術(shù)在實際應用中具有更高的可靠性，確保橋梁整體的運營質(zhì)量。