信息化監(jiān)控技術在公路橋梁養(yǎng)護施工中的運用

王雪鵬

（山西省交通開發(fā)投資集團有限公司,山西 太原 030000）

0 引言

自公路橋梁建成后投入運行以來，因受到多種因素的影響，公路橋梁出現(xiàn)多種病害問題，影響公路橋梁的正常使用與駕駛人的行車安全，縮短公路橋梁的使用壽命。鑒于此，為保證公路橋梁的整體質量，延長公路橋梁的使用壽命，在公路橋梁施工環(huán)節(jié)、后期通車環(huán)節(jié)中，除了要做好公路橋梁的養(yǎng)護工作外，還應做好公路橋梁的加固維修工作[1]。現(xiàn)階段，大部分公路橋梁養(yǎng)護工作主要在施工環(huán)節(jié)開展，尚未提出針對公路橋梁建設全周期的養(yǎng)護方案。此外，因公路橋梁的施工環(huán)境較復雜，在養(yǎng)護施工中獲取的監(jiān)測信息不完整、全面，不能作為公路橋梁養(yǎng)護施工的參考資料，從而難以獲取理想的公路橋梁養(yǎng)護施工效果。而在公路橋梁養(yǎng)護施工中，通過采用信息化監(jiān)控技術，可獲取高精度的公路橋梁監(jiān)控數(shù)據(jù)信息，可為橋梁養(yǎng)護提供可靠的數(shù)據(jù)支持，提高公路橋梁養(yǎng)護施工的效果[2]。基于此，該文就信息化監(jiān)控技術在公路橋梁養(yǎng)護施工中的運用展開了探討。

1 工程案例

某公路橋梁工程，于2015年建成后開始投入運營，為簡支T型橋梁結構，橋面總寬度為20 m，橋梁總跨度為25 m，沿著橋面方向，單跨中共設置4道橫隔梁；橋梁路面為瀝青混凝土路面。為有效延長該公路橋梁的使用壽命，確保其在后期通車運行中的安全性，現(xiàn)決定利用信息化監(jiān)控技術對該公路橋梁進行周期性養(yǎng)護。

2 公路橋梁信息化監(jiān)控平臺設計方案

自公路橋梁通車運營以來，因受到車輛荷載、材料老化、腐蝕、疲勞等多種因素的影響，致使公路橋梁出現(xiàn)縫隙、開裂等多種病害問題，故需對公路橋梁進行周期性檢測與養(yǎng)護[3]。長期以來，在公路橋梁建設工程中普遍存在一個錯誤的觀念，即重修建、輕養(yǎng)護，很多公路橋梁在通車運營一段時間后會受到不同程度的毀損，故需投入大量的后期維修加固成本。

在最近幾年中，隨著我國公路橋梁工程建設規(guī)模的不斷擴大，人們對公路橋梁養(yǎng)護工作的重視程度也在不斷提高[4]。與其他道路建設形式比較，公路橋梁與其之間存在較大的區(qū)別，公路橋梁在后期通車運營中呈懸空狀態(tài)。公路橋梁的負載能力低于一般公路，其使用壽命短于一般公路，通過對公路橋梁進行周期性監(jiān)測，實施合理的養(yǎng)護措施，可延長公路橋梁的使用壽命，提高駕駛人的行車安全，降低公路橋梁安全事故的發(fā)生率[5]。綜上所述，對公路橋梁進行結構監(jiān)測是非常有必要的，可及時發(fā)現(xiàn)公路橋梁結構產(chǎn)生的早期病害，通過發(fā)送預警信號，以提醒養(yǎng)護人員及時養(yǎng)護維修橋梁。

采用信息化監(jiān)控技術，在公路橋梁指定位置處安裝不同類型的傳感器，以獲取公路橋梁實時受力的數(shù)據(jù)信息；采用無線網(wǎng)絡，向服務器傳送獲取的數(shù)據(jù)信息，并結合公路橋梁的實際情況，制定合理、可行的養(yǎng)護方案。公路橋梁受力監(jiān)測布置點示意圖如圖1所示。

圖1 公路橋梁受力監(jiān)測布置點示意圖

在公路橋面上均勻安裝5個振弦型傳感器，相鄰振弦型傳感器的間距為5 m。在傳感器參數(shù)、型號、安裝位置確定后，開始在公路橋面上安裝傳感器。振弦型傳感器的主要參數(shù)如表1所示。

表1 振弦型傳感器的主要參數(shù)

采用打孔膨脹螺釘、打孔注膠、表面私貼等方法安裝傳感器；傳感器可對混凝土基體表面的應變進行檢測；采用O型或Y型結構安裝地腳螺釘?shù)陌惭b底座；傳感器安裝結束后，采用熔接光纖、保護熔接點的方式，對傳感器進行串接。具體步驟為[6]：

第一，在施工現(xiàn)場，對傳感器的間距進行測量，根據(jù)間距長度將串接光纜截斷；

第二，對傳感器進行串接，并進行溶解點保護；

第三，安裝傳感器。

通過傳感器獲取全部橋梁檢測點位置的受力信號，并測定全部檢測點位置處的極限彎矩，以描述公路橋梁全部檢測點的承載能力[7]。利用無線網(wǎng)絡向Web服務器傳輸受力數(shù)據(jù)，并對其進行濾波、A/D轉換、放大；利用以太網(wǎng)，向數(shù)據(jù)庫服務設備傳輸受力數(shù)據(jù)，以遠程或在線分析受力數(shù)據(jù)。

截至目前，已出現(xiàn)很多與信息化監(jiān)控平臺相關的研究成果，可選用當下使用最為普遍的信息化監(jiān)控平臺[8]。B/S系統(tǒng)是信息化監(jiān)控平臺的搭接基礎，該平臺包括展現(xiàn)接入層、智慧應用層、信息數(shù)據(jù)層、物聯(lián)感知層等，各層通過協(xié)同配合，可實時監(jiān)控公路橋梁養(yǎng)護情況。

因需利用Web服務器才可對公路橋梁信息數(shù)據(jù)庫的請求進行查詢，盡管會在一定程度上降低響應速度，但維護難度小，開發(fā)過程簡單、分布性強，可進行多端遠程操作，對所有公路橋梁養(yǎng)護數(shù)據(jù)信息進行實時更新[9]。因可分別獨立采集公路橋梁病害信息、分析病害信息、分派養(yǎng)護任務、加固施工、竣工驗收等，不同環(huán)節(jié)之間的關聯(lián)性較小，當公路橋梁養(yǎng)護施工流程脫節(jié)時，無法及時傳遞公路橋梁病害信息，影響傳遞的通暢性，降低公路養(yǎng)護施工的效果。而采用信息化監(jiān)控平臺對公路橋梁的養(yǎng)護施工信息進行儲存和共享，可全壽命周期性管理公路橋梁的養(yǎng)護施工。

3 基于信息化監(jiān)控技術的公路橋梁養(yǎng)護施工關鍵技術

3.1 縫隙養(yǎng)護技術

通過信息化監(jiān)控平臺，可了解公路橋梁各分區(qū)裂縫的情況，包括裂縫數(shù)量、裂縫長度、裂縫是否會繼續(xù)延長等，進而確定公路橋梁伸縮縫的病害發(fā)展情況[10]。當公路橋梁出現(xiàn)伸縮縫病害問題時，會縮短公路橋梁的使用壽命。鑒于此，需對公路橋梁進行縫隙養(yǎng)護。

在公路橋梁伸縮縫結構優(yōu)化的基礎上，可采用鑿、切等方法處理公路橋梁伸縮縫不平整問題，必要時，還需更換有關配件。若公路橋梁上部結構橫向位置出現(xiàn)病害，應先將板梁鉸縫去除，在鉸縫中安裝鋼筋結構，采用植筋方法，將兩個板梁結構連接在一起；焊接兩個板梁結構，在焊接施工中，應選用與原鋼筋規(guī)格一致的鋼筋結構；在處理錨固鋼筋結構時，保留公路橋梁中原結構預埋件，通過植筋方法將其補齊；配置鋼筋網(wǎng)結構，焊接錨固環(huán)。

3.2 排水養(yǎng)護技術

公路橋梁表面暴露在外界環(huán)境中，長時間遭受水的侵蝕。在公路橋梁橋面結構中布設排水體結構，鋪設30 cm砂墊層，并覆蓋填料，形成一個隱蔽的結構。可加快橋面排水固結速度，及時引流橋面上的積水，避免其浸入橋面結構內(nèi)部中，可延長公路橋梁的使用壽命。

3.3 加固養(yǎng)護技術

通過信息化監(jiān)控平臺獲取的橋梁監(jiān)控信息，確定公路橋梁主要受力部位，采用外包混凝土加固法養(yǎng)護公路橋梁主要受力部位，即增加構件配筋、加大構件截面面積，提高構件的穩(wěn)定性、剛度、強度，以縮小裂縫的寬度。若條件允許，在加固養(yǎng)護剛架橋、拱橋、梁橋等時，也可采用外包混凝土加固法，但該加固方法存在一個缺點，即加大橋梁的恒載質量，故需對公路橋梁養(yǎng)護部分結構的承載力大小是否達到施工要求進行提前評估。

在公路橋梁加固養(yǎng)護施工中，需注意以下事項：

（1）噴射混凝土厚度至少達到5 cm，新澆筑混凝土厚度至少達到4 cm，混凝土加強位置處的受壓新澆筑混凝土厚度至少達到15 cm。

（2）在橋體的底部布設支擋結構，提高公路橋梁的穩(wěn)定性與承載能力。

（3）公路橋梁加固養(yǎng)護工程為外露工程，公路橋梁在日常通車運營中常受到車輛的碰撞，需進行經(jīng)常性加固維修，并投入較多的加固養(yǎng)護成本，故應根據(jù)公路橋梁的實際養(yǎng)護條件，采用最為經(jīng)濟的公路加固養(yǎng)護方法。

4 基于信息化監(jiān)控技術的公路橋梁養(yǎng)護施工效果分析

在利用信息化監(jiān)控技術完成公路橋梁養(yǎng)護施工作業(yè)后，需對其養(yǎng)護施工效果進行驗證與分析。采用信息化監(jiān)控技術，監(jiān)測公路橋梁的受力情況，同時記錄全部傳感器中的數(shù)據(jù)信息。公路橋梁養(yǎng)護前各監(jiān)測點的極限彎矩數(shù)值如表2所示。

表2 公路橋梁養(yǎng)護前各監(jiān)測點的極限彎矩數(shù)值

公路橋梁的承載力大小可通過極限彎矩數(shù)值反映出來，某監(jiān)測點位置的極限彎矩數(shù)值越大，該位置處的承載能力越大；根據(jù)設計標準規(guī)定，該公路橋梁極限彎矩數(shù)值至少要達到200 N·m，而通過分析表2后發(fā)現(xiàn)，共5個監(jiān)測點的極限彎矩數(shù)值不滿足設計要求，故應對該5個監(jiān)測點及其周邊區(qū)域進行重點加固養(yǎng)護。

在養(yǎng)護中，嚴格依據(jù)上文提到的養(yǎng)護施工要點對公路橋梁進行養(yǎng)護施工。施工結束后，再次監(jiān)測所有監(jiān)測點位置處的極限彎矩數(shù)值。公路橋梁養(yǎng)護后各監(jiān)測點的極限彎矩數(shù)值如表3所示。

表3 公路橋梁養(yǎng)護后各監(jiān)測點的極限彎矩數(shù)值

通過分析表3可知，通過采用上文提到的養(yǎng)護方法對公路橋梁養(yǎng)護施工后，所有監(jiān)測點位置的極限彎矩數(shù)值均得到顯著的提高，滿足設計要求。充分表明，利用信息化監(jiān)控技術對公路橋梁進行養(yǎng)護施工，可提高公路橋梁的極限彎矩數(shù)值，提高其承載能力。

公路橋梁養(yǎng)護施工結束后，將公路橋梁平均劃分為5個區(qū)域，對全部區(qū)域中的裂縫數(shù)量進行記錄。通過分析各區(qū)域裂縫數(shù)量后可知，第1～3個區(qū)域中均未產(chǎn)生裂縫，第4個區(qū)域中產(chǎn)生2個裂縫，第5個區(qū)域中產(chǎn)生1個裂縫，所有裂縫長度均小于1 mm，基本不會對公路橋梁的正常運行造成任何影響。

綜上所述，利用信息化監(jiān)控技術對公路橋梁進行養(yǎng)護施工，可提高公路橋梁的承載能力。公路橋梁出現(xiàn)的裂縫較少，基本不會對公路橋梁的正常通車運行造成影響，可保證駕駛人的行車安全，延長公路橋梁的使用壽命。

5 結語

綜上所述，在我國社會經(jīng)濟發(fā)展中，公路橋梁工程發(fā)揮著重要的推動作用。在公路橋梁養(yǎng)護施工中，引用信息化監(jiān)控技術，可提高公路橋梁的養(yǎng)護施工效果，延長公路橋梁的使用壽命。該文對信息化監(jiān)控技術在公路橋梁養(yǎng)護施工中的運用進行了深入研究，對相關人員具有一定的參考作用。