高速公路既有橋梁檢測技術要點及應用研究

張海峰

【摘? ? 要】：為客觀、全面掌握橋梁病害，以京津塘高速公路項目為依托，通過分析高速公路既有橋梁外觀（含裂縫）、材質狀況（含混凝土強度、碳化深度、鋼筋保護層厚度）、橋面線形、橋墩沉降、墩柱豎直度等檢測技術要點和方法，總結高速公路既有橋梁檢測的一般性和特殊性。

【關鍵詞】：高速公路；橋梁檢測；病害

【中圖分類號】：U445.7【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）03-46-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.014

Research on the Key Points and Application of Existing Bridges Detection

Technology in Expressway

ZHANG Haifeng

（? JJT Expressway Branch， China Merchants Expressway Network Technology Holding Co. Ltd.，Beijing 100176， China）

【Abstract】：In order to master bridge diseases objectively and comprehensively， based on Beijing-Tianjin-Tanggu expressway， this paper analyzes the technical points and methods of existing bridges on expressways， such as appearance （including cracks）， material condition （including concrete strength， carbonation depth， thickness of steel protective layer）， bridge deck alignment， pier settlement， pier verticality， etc.， and summarizes the generality and particularity of bridges on expressways.

【Key words】：expressway; detection technology of bridges; diseases

隨著運營時間的增加，高速公路橋梁耐久性、承載能力等安全問題日漸突出，客觀上對既有高速公路橋梁的檢測技術、檢測方法、安全作業、養護決策等都提出了新的挑戰[1]。本文以京津塘高速公路為依托，在分析高速公路不同類型既有橋梁檢測技術要點和檢測方法的基礎上，對既有橋梁外觀（含裂縫）、材質狀況（含混凝土強度、碳化深度、鋼筋保護層厚度）、橋面線形、橋墩沉降、墩柱豎直度[2]等檢測結果進行分析，客觀、全面掌握橋梁病害發展趨勢，杜絕安全隱患，給予橋梁安全運營強有力的支撐和保障并為橋梁維養和科學管理提供依據。

1 工程概況

京津塘高速公路全線共有橋梁201座（不分幅統計），其中特大橋2座、大橋5座、中橋95座、小橋99座。橋梁上部結構主要為鋼筋混凝土板橋、鋼筋混凝土空心板橋、鋼筋混凝土連續箱梁橋、預應力混凝土T形梁橋、預應力混凝土工字形梁橋、預應力混凝土空力板橋、預應力混凝土連續箱梁橋。橋墩主要結構形式為柱式墩和薄壁墩，橋臺形式為柱式臺、肋式臺、薄壁臺；除少量盆式橡膠支座，主要為板式橡膠支座（部分支座為四氟板式橡膠支座）。

2 高速公路既有橋梁檢測

2.1 檢測技術要點

橋梁外觀（含裂縫）、材質狀況（含混凝土強度、碳化深度、鋼筋保護層厚度）、橋面線形、橋墩沉降、墩柱豎直度等 [2～6]。

2.1.1 外觀檢測

以目測為主并配備照相機、裂縫測寬儀、探測工具及輔助器材與設備等必要的量測儀器，必須接近或盡可能接近各構件，進行全面、詳細的檢測；對于凈空較高或跨水的橋梁，依據現場條件，使用登高車、橋梁檢測車、皮劃艇等設備。特別關注構件的關鍵部位，如內力最大處、應力集中區、截面突變處、容易發生損壞部位及結構耐久性薄弱部位等。公路橋梁技術狀況評定采用分層綜合評定與5類橋梁單項控制指標相結合的方法[6]，先對橋梁各構件進行評定，然后對橋梁各部件進行評定，再對橋面系、上部結構和下部結構分別進行評定，最后進行橋梁總體技術狀況的評定。

2.1.2 材質狀況檢測

一般選擇橋梁上下部主要構件進行混凝土強度、碳化深度、鋼筋保護層厚度等指標的檢測，以了解混凝土的耐久性、鋼筋的銹蝕狀況等橋梁結構的內在質量。混凝土強度檢測主要采用回彈法；混凝土碳化狀況采用在混凝土新鮮斷面觀察酸堿指示劑反應厚度的方法；混凝土橋梁鋼筋保護層厚度可采用電磁檢測方法進行無損檢測。材質狀況的評價主要依據JTG/T 21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》。

2.1.3 橋面線形檢測

主要檢測順橋向的撓度變形，通過監測橋面標高變化，判斷橋梁有無發生不均勻沉降，進而分析橋梁結構的力學體系有無發生變化。根據工程實踐經驗，沿行車道兩邊（靠近路緣石處）可按每孔跨中和支點三個截面進行布設；每聯中墩測點兩跨共用，聯與聯之間伸縮縫兩側橋墩分別設置沉降監測點。布設附合或閉合水準路線測定各觀測點高程數據[7]。

2.1.4 橋墩沉降檢測

主要通過橋墩觀測點的標高變化，來分析墩臺基礎有無發生沉降。在橋墩距地面0.5～2 m高度范圍的左右幅各布設1個沉降監測點。布設附合或閉合水準路線測定各觀測點高程數據[7]。

2.1.5 墩柱豎直度檢測

橋墩高度H≤5 m時，允許偏差≤5 mm；5 m＜H≤60 m時，允許偏差≤H/1 000且≤20 mm[8]。

2.2 檢測特點

依據京津塘高速公路既有橋梁的特點和以往檢測經驗，分析歸納高速公路既有橋梁檢測的特點。

2.2.1 一般性

雖然國內高速公路橋梁結構形式多樣、跨徑大小不一、地理條件復雜多變，但仍可發現一些共同點。

1）橋梁先天性缺陷。受當時設計理念、施工條件等制約，部分橋梁不可避免存在一些非運營期產生的病害。

2）橋梁荷載效應病害。高速公路運營前期，車流量不大，與之相交的線路較少；隨著車流量增大及超重車輛增多，高速公路經常承受遠超過設計值的荷載壓力，在外界荷載作用下，梁體開始出現結構性裂縫、墩臺基礎發生不均勻沉降、橋面線形變化導致行車顛簸等。各種荷載效應并發，會明顯影響橋梁的正常使用壽命。

3）橋梁病害的可變性。對比歷年高速公路橋梁檢測病害不難發現，有些病害是會隨著時間推移發展變化的，尤其是受力性病害，這就需要“早發現、常監測”；還有一些病害帶有某種“假象”，例如模數式伸縮縫型鋼的縱向間距偏大或偏小問題，很大程度受季節性環境溫度造成的熱脹冷縮影響。

2.2.2 特殊性

1）多區域管理。京津塘高速公路跨越北京、河北、天津三個行政管理區域，每個區域的管理方式不同，檢測方案也應隨之變化。例如檢測作業時間不同，因京津塘高速公路穿越較多市區，受不同區域通行高峰期影響，北京段作業時間控制在9：00—16：30，天津段作業時間控制在8：30—16：30。

2）多指標關聯。1993年通車的京津塘高速公路經過多年的自然環境侵蝕與車輛荷載作用，橋梁結構不可避免的有老化傾向：表觀缺陷如裂縫等出現較多；混凝土的耐久性出現一定程度降低；鋼筋銹蝕狀況日益突出，甚至可能影響橋梁的承載能力和行車安全。橋梁結構產生的表面癥狀并不一定是單獨的某個，應注意表觀缺陷、材質狀況、橋面線形等多個檢測指標之間的關聯性，將檢測結果進行分析、綜合評價，而不再是以往單一指標的孤立評價。

3 檢測結果及建議

3.1 檢測結果分析

3.1.1 外觀及橋梁技術狀況等級

根據近兩年度橋梁定期檢查結果，一類橋1座，二類橋197座，三類橋3座；無四、五類橋。見表1。

京津塘高速公路建成早，目前部分橋梁使用時間達到30 a，橋梁各部位均存在不同程度的缺損。見表2。

針對上述病害，建議采取如下維修加固措施：

1）對裂縫建議進行封閉處理，以提高其耐久性。裂寬＜0.15 mm，建議采用樹脂封閉膠進行涂刷封閉處理；裂寬≥0.15 mm，建議采用樹脂灌縫處理；

2）對外露鋼筋建議進行除銹處理并采用混凝土對破損區域進行修補，使修補區域密實平整，加強滲水區域的防水處理，保證混凝土結構的耐久性；

3）泛堿較為嚴重區域先清除表面腐蝕混凝土，再采用環氧砂漿修復；

4）銹脹區域先鑿除表面疏松混凝土，采用環氧砂漿進行修復處理；

5）及時清理伸縮縫積土，恢復其延展性；更換老化開裂的止水帶；疏通存在堵塞的泄水孔，恢復其正常排水能力；

6）更換老化、剪切變形嚴重的支座；存在脫空的支座建議墊鋼板處理或調整支座位置；

7）橋面瀝青鋪裝層開裂及坑槽等病害建議采用瀝青或瀝青混合料進行修補。

3.1.2 材質狀況檢測

混凝土材質狀況主要受施工質量、施工材料等級、橋梁服役時間、服役環境狀況等綜合影響。以K78+630津薊特大橋為例，其碳化深度均小于混凝土保護層厚度，混凝強度等級和保護層厚度檢測值滿足設計要求。見表3。

3.1.3 橋面線形檢測

對特大橋（津薊特大橋和金鐘路大橋）歷年橋面線形監測數據對比，橋面撓曲變形較小，整體結構趨于穩定。

3.1.4 橋墩沉降檢測

通過對特大橋（津薊特大橋和金鐘路大橋）歷年橋墩沉降檢測數據對比，墩柱沉降監測點沉降變化較小，穩定性較好。

3.1.5 墩柱豎直度檢測

根據2021年檢測報告，對往年豎直度超限的墩柱進行復測，復測結果顯示墩柱傾斜沒有增大，初步判斷部分墩柱的傾斜度超限且個別墩柱傾斜度超極值，可能是施工期或通車前期超重造成的，后期已經得到有效控制，沒有進一步增大，可認為其整體結構趨于穩定。

3.2 養護建議

現場檢測后，對數據進行歸納整理，對比歷年檢測、養護維修資料，分析病害成因及變化，預測病害發展趨勢。依據病害嚴重程度、對安全影響程度、專項養護資金，對病害進行分類。見表4。

病害維修評分可分為9類，自低到高依次為1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50、2.75、3.00。以此為基礎，建立病害的維修項目庫，評分較高的病害建議優先進行維修處理，同時兼顧處理B1、B2、B3標度為3的病害。

3.3 橋梁技術狀況衰變預測模型的確定

根據京津塘高速公路歷年來橋梁檢測報告及技術狀況資料，選取無主要病害的橋梁作為樣本，確定一條橋梁技術狀況衰變基本樣本曲線。以JTGH 11—2004《公路橋涵養護規范》和JTG/TJ 21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》中相關橋梁技術狀況評定標準為依據，考慮京津塘高速公路橋梁所處地理環境特點、通行荷載情況、結構重要部件損傷狀況對橋梁技術狀況的影響程度，采用通行荷載修正系數和主要病害綜合修正系數修正橋梁技術狀況基本衰變預測模型，作為存在主要病害橋梁技術狀況的衰變預測模型。國內多條高速公路橋梁多次定期檢查資料的綜合分析結果顯示，橋梁全壽命技術狀況預測模型符合指數分布規律。

式中：[Dr（t）]為橋梁服務t年時的預測技術狀況評定得分；[Dr（t0）]為橋梁衰變模型起點[t0]時的技術狀況評定得分；[Dr（ts）]為橋梁服務[ts]時的預期技術狀況評定得分；[t]為橋梁預測時間，a；[t0]為橋梁衰變模型起點時間，a；[tS]為橋梁達到一定技術狀況水平的預期服務時間，a；[ξ] 為橋梁主要病害綜合影響系數；[ ξq] 為通行荷載影響系數。

式（1）中“＋1”是為保證當[t]＝[t0]時，公式成立。

以津薊特大橋（左幅）為例，建立技術狀況衰變基本模型。初始條件為[Dr（t0）]＝100（初始狀態）；[Dr（ts）]＝40（4類橋）；[t0]＝0；t＝30；[Dr（t）]＝80.9（2021年度技術狀況得分）；[ξ]＝1.0；[ξq]＝1.15。將初始參數帶入橋梁技術狀況衰變模型，計算出橋梁技術狀況衰減至四類橋時所需要的年限[tS]為41.56 a。

4 結語

橋梁病害會隨著高速公路運營時間的增加呈發展趨勢，所以要予以高度重視，對橋梁病害產生的原因及發展程度進行詳細分析，提高檢測的針對性，確保檢測和評定方法選擇的合理性。在橋梁養護過程中，制訂科學合理的養護方案，控制橋梁病害進一步發展并結合預防性養護的特點，合理的選取開展預防性養護工作，提高橋梁結構的使用壽命。

參考文獻：

[1]張喜剛，劉高，馬軍海，等.中國橋梁技術的現狀與展望[J].科學通報，2016，61（S1）：415-425.

[2]JTG 5120—2021，公路橋涵養護規范[S].

[3]張勁泉，王文濤. 橋梁檢測與加固手冊[M]. 北京：人民交通出版社，2007.

[4]金輝.公路橋梁典型病害診斷與處治圖解手冊[M]. 北京：人民交通出版社，2015.

[5]廣東省公路管理局.廣東省公路橋梁維修加固技術指南[M]. 北京：人民交通出版社，2011.

[6]JTG/TH 21—2011 ，公路橋梁技術狀況評定標準[S].

[7]GB/T 12897—2006，國家一、二等水準測量規范[S].

[8]JTGF 80/1—2017，公路工程質量檢驗評定標準 第一冊 土建工程[S].