基于檢測數據的山東省高速公路橋梁現狀調查與分析

徐光銘，郭如意

（1.山東高速交通建設集團股份有限公司，山東 濟南 250000;2.山東省公路設計咨詢有限公司）

1 引言

截至2020 年底，山東省高速公路通車里程達到7473公里，由2017年底的全國第10位躍居至第5位，到“十四五”末，預計通車里程將超過10000公里。橋梁作為高速公路的咽喉，一旦發生事故，必將嚴重影響高速公路的通行能力。山東省地域廣泛，東西跨度較大，既有漫長的海岸線，又有平原及山區地貌，橋梁結構在不同的氣候及交通量影響下，會產生不同的具有地域特征的病害類型。了解并掌握各種橋梁病害的發生規律，有利于采取有針對性的養護措施。彭松、周承濤等[1，2]在調查了湖北、貴州國省道及高速公路橋梁技術狀況的基礎上，總結了現有橋梁病害類型，并進行了簡單的問題分析，但沒有做進一步的研究。本文著重分析了山東省2020 年的高速公路橋梁檢測報告，總結歸納了山東省內高速公路橋梁的現狀，并對不同地域環境、不同橋齡、不同跨徑橋梁病害類型進行了統計分析，提出了指導性的養護建議。

2 調查統計

2.1 橋梁檢測總體狀況

依據《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21-2011）的規定，把橋梁技術狀況等級分為1～5類。根據檢測結果，受檢橋梁技術狀況如圖1所示。

圖1 橋梁總體技術狀況統計

從圖1 可以看出，在所檢橋梁中，一類橋與二類橋數量分別為3408 座和3574 座，在數量上相差不大，無三類及以下橋梁，說明山東省內高速公路橋梁的總體技術狀況比較好，在橋梁養護力量上的投入比較大。

2.2 按橋梁跨徑分類

從圖2 可以看出，特大橋、大橋占比僅為10.67%，中、小橋仍然是在役橋梁的主力軍，占比達89.33%。在中、小橋中，一類橋與二類橋占比基本持平，在特大橋、大橋中一類橋占比僅為35.84%，二類橋占比達64.16%；尤其在特大橋類型中二類橋占比高達86.3%，遠大于中小橋類型中二類橋占比。在養護水平一致的情況下，特大橋、大橋的養護技術難度明顯高于中、小橋，在養護專業化上需要進一步提升，專業人員和專業設備都需要加大投入。

圖2 各跨徑橋梁技術狀況分布

2.3 按地理位置分類

圖3、圖4 分別為山東省沿海地區和內陸地區幾條路線上的橋梁技術狀況統計，可以看出沿海地區線路上二類橋在比例上遠遠超過一類橋，其中S19高速參檢橋梁全部為二類橋；內陸地區路線上的橋梁技術狀況明顯好于沿海地區的橋梁，一類橋在比例上明顯高于二類橋，尤其是G25路線上橋梁的總體技術狀況明顯好于其他線路，在此次參檢線路中橋梁技術狀況最優。由此可知，沿海地區的環境對橋梁結構的影響非常大，尤其是氯離子對混凝土結構的影響，因此需要在沿海地區加強對混凝土結構防腐蝕方面的養護，提高混凝土結構的耐久性[4]。

圖3 沿海地區路線橋梁技術狀況統計

圖4 內陸地區路線橋梁技術狀況統計

2.4 按不同橋齡分類

由圖5可以看出，本次受檢的橋梁橋齡主要集中在11a～20a，占到63.3%。在橋齡為1a～5a、6a～10a、11a～15a 的橋梁中，一類橋的占比分別為56.3%、58.1%、52.7%，說明橋梁一般在15a 以內病害發展情況還不算太壞，只要能保證橋梁的正常養護，橋梁技術狀況一般能達到一類橋的標準；而橋齡在16a以上的橋梁技術狀況會逐漸變差，尤其是20a 以上的橋梁，受限于當時的施工技術水平，橋梁技術狀況普遍較差，需要采取有針對性的養護措施，提高其技術狀況水平。

圖5 不同橋梁技術狀況統計

3 橋梁常見病害分析

3.1 主要橋型

本次受檢橋梁主要結構形式有簡支梁、連續梁、剛構橋、拱橋以及斜拉橋，分布如圖6所示。可以看出，目前高速公路橋梁結構形式以梁橋為主，總數量占到95%左右。梁橋結構形式簡單，力學指標明確，施工難度低，在跨徑較小的情況下，是設計施工的首選類型。

圖6 主要橋梁結構形式分布

3.2 梁橋

梁橋是目前高速公路橋梁結構形式中主要的形式，包括簡支梁和連續梁。梁橋的結構受力比較明確，存在的病害種類及原因也相對容易確定。

梁橋存在的最常見病害是裂縫，包括梁底的縱向裂縫、橫向裂縫、斜向裂縫以及腹板的各種裂縫。近些年發現存在的比較嚴重的問題是預應力箱梁沿波紋管出現的裂縫，如圖7 所示，由于波紋管灌漿質量不能保證，個別會出現存水現象，一旦出現預應力鋼筋嚴重銹蝕現象，必將影響橋梁結構的安全性[5,6]。

圖7 沿波紋管走向裂縫

梁橋產生此類裂縫的主要原因有：混凝土的收縮徐變，梁體澆筑及養護過程中溫差較大，產生溫縮裂縫；梁橋建設年代久遠，且受限于當時的施工水平，隨著車流量的逐漸增大，產生結構受力裂縫；波紋管壓漿過程中壓漿質量控制不好，保護層厚度不均勻，造成預應力鋼筋過早受到環境的侵蝕，產生裂縫[7]。

梁橋混凝土結構鋼筋銹脹也是比較突出的問題，如圖8 所示，由于保護層不夠以及長期受雨水侵蝕，造成梁橋混凝土結構鋼筋銹脹，此類問題在一些運行時間較長的線路上更為突出，需要加以重視。此外，由于近些年超載車越來越多，加上環境影響，梁橋的支座問題越來越突出，尤其是一些運行時間較長線路，支座普遍存在剪切變形、老化開裂、脫空等現象。

圖8 底板鋼筋銹脹

3.3 剛構橋

剛構橋在種類上又分為T 型剛構、門式剛構、斜腿剛構以及連續剛構，其中T型剛構和斜腿剛構多為跨高速路的天橋，車輛通過較少，在本次檢測中發現病害較少，技術狀況等級多為一類；門式剛構和連續剛構多為高速主線上的橋梁，且近5 年修建的居多，整體技術狀況較好，存在的主要病害是表觀溫縮裂縫以及局部雨水侵蝕。

3.4 拱橋

目前，高速公路上的拱橋多以小跨徑為主，拱圈為混凝土材質，拱腳多以砌石為主，存在的病害主要是局部的拱圈和側墻開裂。其中，側墻開裂多是由于近些年的超載所致，造成局部側墻土壓力的增大，側墻外傾，從而導致開裂；拱圈開裂一般寬度較小，且未發現有滲水跡象，分析為溫縮裂縫，影響不大[8]。

此外，在高速主線上還存在一些修建年代較早的混凝土拱橋，此類拱橋在近些年的修建中已很少出現。病害主要類型為鋼筋銹脹，產生的原因主要是鋼筋保護層過薄及長期受雨水侵蝕，尤其在一些沿海地區，更容易產生鋼筋銹脹現象，使結構耐久性大大降低[9，10]。

3.5 斜拉橋

受檢橋梁中，僅有一座斜拉橋，為準確掌握斜拉橋拉索的索力狀態及外觀質量，檢測中對每一根拉索均進行了索力測試及機器人爬鎖檢測，如圖9～圖11所示。

圖9 爬鎖機器人

圖10 爬鎖機器人檢測拉索外觀

圖11 拉索索力測試結果

結果顯示，斜拉索PE護套在外觀上基本保持良好，雖有局部輕微刮痕，但不影響正常使用。斜拉索索力實測值與理論計算值偏差介于-8.27%～6.34%，介于允許偏差±10%以內，受力狀態良好。

此外，斜拉橋存在的最普遍的問題是混凝土開裂問題，包括塔身及梁體內外的裂縫，但大部分都已經進行了封閉，且近兩年的觀測結果顯示均處于穩定狀態，沒有繼續發展。

3.6 其他

檢測結果顯示，在高速公路橋梁上普遍存在臺前護坡及錐坡的沉陷問題，產生的主要原因是施工時碾壓不密實、填料不均勻、后期雨水沖刷。此類問題雖然短期內影響不大，但長此以往，必然影響橋頭處路基的穩定性，造成嚴重的跳車現象。

4 提高高速公路橋梁結構安全性的措施建議

4.1 加大對特大橋、大橋的檢查養護力度

特大橋、大橋往往在結構形式上比較特殊，存在的安全隱患點比較隱秘，采取常規檢查手段難以及時發現問題，安全隱患較大。管養部門需要結合高科技的檢查儀器，不斷提升管養技術能力，對橋梁重點部位進行深入檢查，確保橋梁結構安全。

4.2 提高沿海地區橋梁結構的抗腐蝕能力

橋梁結構在外界因素影響下，耐久性會逐漸下降，嚴重影響橋梁的結構安全，尤其在沿海地區，其耐久性下降速度更快。管養部門可以通過組織沿海地區橋梁結構耐久性專項評估，對沿海地區橋梁結構耐久性能進行提升改造，延長橋梁使用壽命。

4.3 加大橋下易燃物及超高車輛隱患的治理

橋下易燃物的堆積，存在火災隱患，而混凝土結構在遭受火災后會受熱脹裂，材料變脆，嚴重影響橋梁的承載能力，管養部門應及時清理橋下堆積易燃物，消除火災隱患。通過本次檢測發現，限高限寬牌的缺失依然是普遍現象，而超高車輛對橋梁造成的損害后果不可估量，需要引起相關部門的重視，應采取適當的措施予以治理。

4.4 提高養護技術能力，及時開展預防性養護

對橋梁常規病害的處理措施基本成熟，但在實際施工中，由于技術水平的差異，病害的處理效果參差不齊，需要在橋梁養護專業化施工方面，打造專業的橋梁養護隊伍，提升病害處理效果；隨著橋梁預防性養護概念的提出，要不斷總結經驗，運用四新技術，實施開展橋梁預防性養護，提高橋梁結構壽命。

4.5 加強對“三特”橋梁的健康監測

特大橋、特殊結構橋、特別重要橋往往處于高速公路的咽喉位置，一旦出現問題，嚴重影響高速路網的通行能力。建議在常規定期檢查的基礎上，逐步開展對全部“三特”橋梁的健康監測，實時獲取橋梁結構在實際交通荷載下的動靜力反應數據，掌握橋梁的整體結構狀況，便于及時采取相應的處理措施。

5 結語

橋梁病害的產生受到多種因素的影響，本文在分析橋梁病害產生時考慮了不同地域環境、不同跨徑及不同橋齡的影響，提出：①應在特大橋、大橋等大跨徑橋梁養護上提高專業人員及專業設備的投入；②針對沿海地區橋梁應增強橋梁防腐工作；③對橋齡在20a以上的橋梁要加強針對性的養護措施；④應打造專業養護隊伍，提高養護技術水平，及時開展預防性養護。

本文以山東省高速公路橋梁檢測結果為依據，歸納總結的意見針對性強，對山東省高速公路橋梁結構養護管理工作具有一定的指導意義。但其他因素（如交通量、原材料等）對橋梁病害的影響，本文沒有考慮進來，且各種因素之間交互產生的影響更加復雜，需要作進一步的研究。