現(xiàn)行公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化研究

彭松

(中南安全環(huán)境技術(shù)研究院股份有限公司， 湖北 武漢 430000)

自“十二五”以來，全國(guó)各等級(jí)公路建設(shè)里程呈現(xiàn)翻番增長(zhǎng)，伴隨著的是橋梁建設(shè)飛速發(fā)展。隨著橋梁投入運(yùn)營(yíng)，其技術(shù)狀況如何準(zhǔn)確、科學(xué)判定，成為橋梁后期養(yǎng)護(hù)管理中的首要任務(wù)。按現(xiàn)行規(guī)范要求，常用方法有定期檢查、特殊檢查、承載能力評(píng)定及健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。JTG/T H21-2011《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，為橋梁工程建設(shè)提供了重要支撐，但在實(shí)際運(yùn)用過程中也存在很多不足。該文主要針對(duì)橋梁評(píng)定過程中病害評(píng)價(jià)指標(biāo)及計(jì)算方法的優(yōu)化兩方面展開研究。

1 現(xiàn)行規(guī)范評(píng)定中的不足

JTG/T H21-2011以橋梁現(xiàn)有病害為基礎(chǔ)，按分層綜合評(píng)定的原則得到橋梁最終得分，根據(jù)得分所處界限判定橋梁等級(jí)類別，然后按照規(guī)范要求制定相應(yīng)養(yǎng)護(hù)處治措施。但規(guī)范要求檢測(cè)的病害之外的信息無(wú)法在評(píng)定報(bào)告中體現(xiàn)，且把橋梁技術(shù)狀況等級(jí)作為后期養(yǎng)護(hù)的唯一依據(jù)，不合理。

按照J(rèn)TG/T H21-2011，當(dāng)橋梁某個(gè)部件不存在時(shí)需對(duì)橋梁相應(yīng)部位的權(quán)重重新分配，但分配僅局限于上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及橋面系三者內(nèi)部，缺失部件的影響不能體現(xiàn)到整個(gè)橋梁部件中。

橋梁剛度由于材料劣化、裂縫等病害的出現(xiàn)而發(fā)生變化，橋梁剛度減小直接導(dǎo)致其固有頻率降低。因此，在進(jìn)行橋梁技術(shù)狀況評(píng)定時(shí)，可考慮通過脈動(dòng)試驗(yàn)得到橋梁基頻，分析歷次測(cè)得的固有基頻找出橋梁整體剛度的變化規(guī)律，進(jìn)而對(duì)最終評(píng)定結(jié)果進(jìn)行修正。

JTG H10-2009《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中考慮了病害發(fā)展趨勢(shì)的影響，但JTG/T H21-2011中未能體現(xiàn)。當(dāng)病害發(fā)展較快時(shí)，按照該標(biāo)準(zhǔn)的扣分值進(jìn)行評(píng)定不能反映橋梁的真實(shí)情況；反之，病害發(fā)展趨于穩(wěn)定后，按該標(biāo)準(zhǔn)的扣分值進(jìn)行扣分，評(píng)定結(jié)果偏大。因此，為使病害評(píng)定結(jié)果更能貼近橋梁實(shí)際情況，建議在該標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)扣分值的基礎(chǔ)上引入惡化系數(shù)進(jìn)行修正。

2 橋梁評(píng)定中有待改善的問題

2.1 病害發(fā)展趨勢(shì)修正

橋梁病害各檢測(cè)指標(biāo)扣分值DPij可采用基礎(chǔ)扣分值×惡化系數(shù)α的方式，α表示某病害發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)使用功能的影響程度，其建立在2次或2次以上檢測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上(見表1)。

表1 構(gòu)件各檢測(cè)指標(biāo)的扣分值

實(shí)際工程應(yīng)用中需建立長(zhǎng)期的檢測(cè)數(shù)據(jù)，掌握各類病害的發(fā)展情況，以便恰當(dāng)運(yùn)用惡化系數(shù)，使各類病害扣分值貼近實(shí)際。這部分工作的難點(diǎn)在于同一座橋梁同一種病害歷次檢測(cè)精度的保證及檢測(cè)結(jié)果的歸檔。

2.2 橋梁基頻指標(biāo)的確立

對(duì)于同一橋梁，理論基頻相同，但橋梁運(yùn)營(yíng)過程中會(huì)出現(xiàn)不同類型病害，導(dǎo)致橋梁剛度有所降低，進(jìn)而使橋梁基頻有所損失。在橋梁檢測(cè)評(píng)定中，有必要考慮橋梁基頻損耗進(jìn)行修正。公式如下：

(1)

式(1)中系數(shù)u應(yīng)滿足下式：

(2)

式中：fn為同一橋梁第n次所測(cè)基頻；f0為該橋理論計(jì)算基頻。

2.3 橋梁評(píng)定中引入適應(yīng)性結(jié)論

某橋等級(jí)評(píng)定為3類，規(guī)范中要求的養(yǎng)護(hù)措施是中修，但結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查情況，該橋橋面寬度和通行荷載滿足不了當(dāng)?shù)厝找嬖鲩L(zhǎng)的交通量的需求，而且該橋之前進(jìn)行過維修加固處治，目前還是達(dá)不到適應(yīng)性的要求，同時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)主梁新增了部分結(jié)構(gòu)性病害，橋梁安全風(fēng)險(xiǎn)依然存在。對(duì)于這種現(xiàn)象，建議在橋梁等級(jí)評(píng)定結(jié)果中增加廣義的評(píng)定，引入有關(guān)橋梁適應(yīng)性的結(jié)論。從養(yǎng)護(hù)條件、橋面寬度、通行荷載狀況及橋頭道路狀況4個(gè)方面，通過養(yǎng)護(hù)病害的等級(jí)關(guān)系及多年的橋梁檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)制定表2所示適應(yīng)性評(píng)定標(biāo)度。

表2 橋梁適應(yīng)性評(píng)定標(biāo)度

橋梁最終適應(yīng)性水平通過上述4項(xiàng)指標(biāo)反映，計(jì)算方法為直接累加評(píng)定標(biāo)度對(duì)應(yīng)的得分，橋梁最終的適應(yīng)性等級(jí)可為該橋以后的養(yǎng)護(hù)維修提供重要依據(jù)。參照J(rèn)TG/T H21-2011，橋梁適應(yīng)性等級(jí)評(píng)定類別界限值見表3。

表3 橋梁適應(yīng)性等級(jí)評(píng)定界限

2.4 橋梁部件權(quán)重調(diào)整

在實(shí)際橋梁檢測(cè)評(píng)定中，會(huì)碰到無(wú)橋墩、無(wú)水下基礎(chǔ)等情況，如果上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及橋面系仍按0.4、0.4、0.2的權(quán)重來計(jì)算，結(jié)果可能會(huì)失真。橋梁部件權(quán)重調(diào)整計(jì)算方法采用層次分析法，該方法不僅考慮了橋墩缺失對(duì)部件的影響，也考慮了橋梁本身的安全及整體通行能力。以湖北省國(guó)省干線公路上一座梁橋?yàn)槔摌蛏喜拷Y(jié)構(gòu)包括上部承重構(gòu)件、上部一般構(gòu)件、支座，下部結(jié)構(gòu)包括橋臺(tái)、基礎(chǔ)、錐坡，橋面系包括橋面鋪裝、欄桿、排水系統(tǒng)、標(biāo)志。選取3位具有一定權(quán)威的專家按層次分析法原理計(jì)算部件間兩兩判斷矩陣，經(jīng)過檢驗(yàn)，3個(gè)矩陣的一致性指標(biāo)均滿足要求，進(jìn)而得到3個(gè)對(duì)結(jié)果可靠程度評(píng)價(jià)的可信度，然后采用加權(quán)平均的方法得到橋梁最終評(píng)分。該橋各部件的權(quán)重見表4。

表4 某橋梁各部件的權(quán)重

由表4可知：該橋上部結(jié)構(gòu)權(quán)重為0.47，下部結(jié)構(gòu)為0.34，橋面系為0.19，與JTG/T H21-2011中的權(quán)重有所差別。因此，實(shí)際橋梁評(píng)定過程中，建議收集權(quán)威專家對(duì)某橋的意見，使用層次分析法計(jì)算缺失橋墩或水下基礎(chǔ)橋梁權(quán)重的重分配，對(duì)于其他缺失部件權(quán)重分配問題還是按規(guī)范要求考慮。

3 橋梁構(gòu)件評(píng)定新方法

JTG/T H21-2011中各病害之間不存在影響，計(jì)算公式中對(duì)兩種病害對(duì)同一構(gòu)件的疊加考慮存在不確定和結(jié)果偏大的問題。下面通過研究病害與病害之間的影響程度，得到相應(yīng)的權(quán)重，提出一種新的構(gòu)件扣分計(jì)算方法，并在評(píng)分中引入惡化系數(shù)。

采用以下方法進(jìn)行疊加：選取橋梁構(gòu)件中已經(jīng)存在的扣分最大的病害作為基礎(chǔ)扣分，構(gòu)件存在的其他病害按對(duì)剩余分?jǐn)?shù)的占比來計(jì)算，占比按相對(duì)權(quán)重來考慮。如某片梁存在a、b、c、d、e 5種病害，計(jì)算得到的該梁各病害權(quán)重和扣分見表5。

表5 橋梁部件權(quán)重結(jié)果

如果根據(jù)規(guī)范病害a最嚴(yán)重，則以病害a為基礎(chǔ)扣分，該梁最后評(píng)分為：

(3)

式中：U1=Ua；Ux=DPx/100×Wx/(1-We)×(100-Ua)；α按表1取值。

運(yùn)用該評(píng)定方法計(jì)算時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：1) 兩兩病害判斷矩陣的合理性；2) 某些病害常規(guī)檢測(cè)很難發(fā)現(xiàn)，只有其他一些衍生病害出現(xiàn)后，在定期檢查中才能被發(fā)現(xiàn)。

4 實(shí)例驗(yàn)證

采用該評(píng)定方法計(jì)算圬工拱橋主拱圈得分，其他類型橋梁評(píng)分可以參考。由JTG/T H21-2011可知，主拱圈病害主要包括變形、裂縫、勾縫松散脫落、滲水、砌石斷裂、風(fēng)化、拱腳位移7種。根據(jù)3位權(quán)威專家的意見，合理準(zhǔn)確地得到3個(gè)兩兩相關(guān)的判斷矩陣，且其一致性指標(biāo)均滿足要求，進(jìn)而可得到3個(gè)專家的可信度。各病害扣分值根據(jù)JTG/T H21-2011來確定，并綜合考慮各病害的發(fā)展趨勢(shì)(見表6)。

表6 各病害指標(biāo)的扣分

由于該主拱圈存在裂縫類病害，選取裂縫病害作為基礎(chǔ)扣分，按照式(3)，得專家一關(guān)于主拱圈各病害疊加最終扣分為：

U1=35

U2=20/100×0.072×65=0.94

U3=20/100×0.051×65=0.66

U4=20/100×0.159×65=3.62

U5=20/100×0.059×65=0.77

主拱圈得分為：

同理，另外兩專家計(jì)算得到的相應(yīng)得分為：

由于構(gòu)件病害疊加扣分中存在不確定性，實(shí)際橋梁評(píng)定過程中，可采用按該構(gòu)件評(píng)定方法計(jì)算得到的專家可信度ω={0.265,0.378,0.357}，通過加權(quán)計(jì)算消除這種不確定性。該橋主拱圈計(jì)算結(jié)果為：PMCI主=58.93×0.265+58.66×0.378+48.05×0.357=54.94，評(píng)定為4類構(gòu)件。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明JTG/T H21-2011中對(duì)構(gòu)件評(píng)分、部位權(quán)重分配存在局限，對(duì)于后續(xù)橋梁養(yǎng)護(hù)管理措施制定不能提供更全面的保障。該文討論了幾種評(píng)定指標(biāo)的修正，同時(shí)針對(duì)無(wú)橋墩類型橋梁提出調(diào)整橋梁3個(gè)部位權(quán)重分配的方法。結(jié)合檢測(cè)工程師多年經(jīng)驗(yàn)，文中所提出的觀點(diǎn)在橋梁技術(shù)狀況評(píng)定中更貼合實(shí)際。實(shí)例證明，文中所提出的構(gòu)件評(píng)定方法比JTG/T H21-2011中的計(jì)算方法更合理，在該規(guī)范以后的修訂中可予以借鑒。