农村公路桥梁质量等级评定与管养系统研究

徐明远，李光波，刘 元，梁仁义，周 敉

(1.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075； 2.长安大学 陕西省公路桥梁与隧道重点实验室，陕西 西安 710064； 3.山西省交通运输厅重点办农村路网处，山西 太原 030000)

0 引 言

对桥梁技术状况评定、管理和养护的研究至今已有近40年的历史，为了适应桥梁养护管理的需要，各国制定了各具特色的桥梁技术状况评价指标与方法。由于各地区的具体差异，选择的评价指标也各有侧重，但总的来说，大多包括结构状况、功能状况、安全性(包括承载能力)、桥梁重要性这4个方面。

欧美各国不仅在桥梁维修、评估及加固方面投入了大量的精力，而且非常重视研发相应的桥梁管理系统，以便及时对桥梁进行维修和加固。在美国，被广泛使用的桥梁管理系统主要包括Point 系统和Bridge 系统。在欧洲，典型的桥梁管理系统有丹麦的Danbro系统、法国的Edouard系统、英国Nats系统、挪威的Brutus系统、芬兰的国家公路署管理系统等。在亚洲，较为典型的桥梁管理系统有日本的道路公用桥梁管理系统、韩国的Shbms等。中国关于桥梁管理系统的研究虽然起步较晚，但也开发了一些桥梁管理系统软件，例如：交通部开发的“公路桥梁管理系统(CBMS) ”、西南交通大学开发的“桥梁工程设计数据库管理系统”。此外，大连大学和日本山口大学还联合开发了钢筋混凝土桥智能决策辅助系统。许多省市也建立了各自的桥梁管理系统，如辽宁省公路桥梁管理系统、吉林省公路桥梁管理系统、广州市桥梁管理系统和济南市桥梁管理系统等[1-6]。

目前，还没有针对农村公路桥梁而开发的桥梁管理系统。农村公路桥梁不管是在数量上还是在总里程上都占据了低等级公路桥梁的绝大部分，故开发适用于农村公路桥梁的管理系统非常必要。随着国家对基础设施建设的不断投入，各地掀起了一场路桥建设和改造的高潮，但是随着国家高等级公路网络的初步成型、“村村通”工程的推进，使得农村公路的建设和管理养护更加重要。因此，开展对农村公路桥梁的技术评定研究，建立相应的农村公路桥梁管理系统，对农村公路的建设和养护具有重大意义[7-10]。

中国农村公路桥梁有很多特点：设计荷载偏低；养护管理机构不健全，且管理不善；桥面不清洁，堆放障碍物，甚至在桥面、桥头处摆摊赶集；附属设施不全或缺失；桥面不平整；桥梁往往处在偏远地区，技术人员极少，发生安全隐患难以及时上报等[11]。目前，中国对干线公路上的桥梁已有成熟的质量分类评定标准，如《公路桥涵养护规范》(JTG H11—2004)、《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21—2011)和《城市桥梁检测与评定技术规范征求意见稿》(2013)。但这些技术标准评定过程比较复杂，农桥的技术标准和完成正常使用功能所需的条件也远比高等级公路桥梁宽泛。因此，直接使用上述质量分类评定标准对农村桥梁进行评定，与农村桥梁的实际工作状态存在偏差[12-16]。

本文依托山西省交通运输厅对山西3个地市的183座农桥进行病害统计和普查情况，制定适用于农村公路桥涵的质量等级评定标准，并开发农村公路桥涵基本状况普查管理系统。此项工作将提高山西农村公路桥梁技术管理水平，有助于农村基层公路桥梁养护单位检测评定农村桥梁技术等级，从而选用合适的养护措施。

1 山西省农村公路桥梁现状

1.1 山西省农村公路桥梁分类

《山西省公路桥梁养护安全管理责任名册》显示，截至2007年8月，全省农村公路桥梁共有5 134座。按跨度分，有特大桥0座，大桥215座，中桥1 252座，小桥3 667座；按技术等级分，有一类桥1 150座，二类桥1 861座，三类桥1 140座，四类桥667座，五类桥316座；按荷载分，有汽-超20共183座，汽-20有1 737座，汽-15有2 138座，小于汽-15有1 076座。按上部结构形式分，有梁桥2 304座，拱桥2 826座，刚架桥4座，其他桥型0座[17-18]。

1.2 山西省农村公路桥梁常见病害

(1)上部结构的常见病害。梁桥混凝土出现碳化，表现为蜂窝、麻面，此外还有剥落、掉角、空洞、孔洞、钢筋锈蚀，以及主梁出现结构性裂缝等，见图1。拱桥主要常见病害为主拱圈渗水、砌缝砂浆脱落、拱脚位移、拱上结构破坏等，见图2。

图1 朔州东门大桥主拱圈渗水及裂缝

图2 跨铁路桥梁底混凝土剥落及钢筋锈蚀

(2)下部结构的常见病害。圬工砌体墩(台)身出现灰缝脱落或破损、剥落等现象，见图3。钢筋混凝土墩身出现混凝土碳化、腐蚀，剥落、露筋，空洞、孔洞，表面磨损，粗骨料外露，钢筋锈蚀，桥墩出现滑动、下沉、倾斜，墩身出现裂缝等病害，见图4。

(3)桥面系结构的病害。主要包括桥面铺装破坏、栏杆和护栏损坏、排水系统失效等，见图5。

图3 朔州老墙框桥圬工砌体桥台冲蚀严重

图4 东门大桥钢筋混凝土桥墩混凝土腐蚀、剥落

图5 朔州山岔南桥桥面铺装破损严重

2 山西省农村公路桥梁技术状况评价体系

2.1 农村公路桥梁构件评定

现行的公路桥梁技术状况评定标准《公路桥涵养护规范》(JTG H11—2004)和《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21—2011)中，对评价农村公路桥梁存在一定的缺限[19-20]。本文提出了一种适合山西省农村公路桥梁状况的评定方法。通过对农村公路桥梁结构状况和病害特点进行调研和归纳，整理出农村公路桥梁构件评定指标。桥梁构件主要包括上部承重构件、上部一般构件、支座、桥墩、桥台、墩台基础、翼墙、耳墙、锥坡、护坡、河床、调制构造物、桥面铺装、伸缩缝装置、人行道、栏杆、护栏、防排水系统。

运用拟定的桥梁构件评定指标和病害等级评定标准，对病害的标度进行评定；再根据桥梁构件病害的标度和病害组合情况查询相关构件技术状况分类表，对其技术状况作出评定；然后根据各部件的权重、技术状况和农村公路桥梁技术评定计算方法，对桥梁的上部结构、下部结构、桥面系进行评定计算，得到评定分值；最终得出桥梁的总体技术状况。以梁桥上部一般构件评定指标为例，其构件评定指标见表1～4。

表1 上部一般构件评定指标

表2 蜂窝、麻面评定标准

表3 剥落、掉角评定标准

表4 空洞、孔洞评定标准

农村公路桥梁各构件技术状况分成5种情况，可参照《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21—2011)里的病害扣分方法算出所有构件在不同病害组合情况下的得分，进而判断出此构件类别。但是，标度应符合农村桥梁的实际情况，相比高等级公路桥梁应适当降低。

本文仅对钢筋混凝土梁桥一般构件的技术状况进行分类。由表1知，上部承重构件通过1个标度为3的病害和2个标度为4的病害进行评价。不同病害组合情况所属的类别列于表5，其中3{2}表示一种病害标度为3的2级病害，其他符号的含义依次类推。

表5 上部一般构件技术状况分类

2.2 山西省农村公路桥梁技术状况评定

农村公路桥梁总体技术状况等级评定采用分层综合评定与5类桥梁单项控制指标相结合的方法，重要部件以其中缺损最严重的构件评分，其他部件根据多数构件缺损状况评分。对桥梁上部结构、下部结构和桥面系分别进行评定，最后进行桥梁总体技术状况评定。

上部结构、下部结构和桥面系技术状况计算公式为

/5

(1)

式中：S为技术状况评分，值域为0～100分；n为上部结构(下部结构或桥面系)的部件总类数；Wi为第i类部件的权重，对于桥梁中未设置的部件，应根据此部件的隶属关系将其权重分配给各既有部件，分配原则按照各既有部件权重在全部既有部件权重中所占比例进行分配；Ri为各部件的标度，取值为1～5，当标度为1时Ri取值为0，其他按实际情况取值。

桥梁总体的技术状况评分计算

Dr=SdWd+SpWp+SbWb

(2)

式中：Dr为桥梁总体技术状况评分，值域为0～100；Sd为桥面系技术状况评分；Sp为桥梁上部结构技术状况评分；Sb为桥梁下部结构技术状况评分；Wd为桥面系在全桥中的权重；Wp为上部结构在全桥中的权重；Wb为下部结构在全桥中的权重。

桥梁技术状况评定等级分为一类、二类、三类、四类、五类，详见表6。

表6 桥梁技术状况分类界限

在桥梁技术状况评定中，有下列情况之一时，整座桥梁应评为五类桥：上部结构有落梁；有梁、板断裂现象；梁式桥上部承重构件控制截面出现全截面开裂；梁式桥上部承重构件有严重的位移，存在失稳现象；结构出现永久变形，变形大于规范值；关键部位混凝土出现压碎或杆件失稳倾向，桥面板出现严重塌陷；拱式桥拱脚严重错台、位移，造成拱顶挠度大于限值，或拱顶严重变形；圬工拱桥拱圈大范围砌体断裂，脱落现象严重；腹拱、侧墙、立墙或立柱产生破坏，造成桥面板严重塌落；扩大基础冲刷深度大于设计值，冲击面积超过20%；桥墩(桥台或基础)不稳定，出现严重滑动、下沉、位移、倾斜等现象。

3 农村公路桥梁普查管理系统的开发

3.1 系统基本结构

山西农村公路桥梁普查管理系统主要由系统数据库和桥梁技术状况评价2个部分组成。系统数据库能够为山西省农村桥梁管理部门进行桥梁信息管理提供数据，桥梁技术状况评价部分则可以对农村公路桥梁做出快速的评价。系统数据库设计包括基本数据、技术状况、查询3个模块。

3.2 系统设计

以山西省农村公路桥梁为研究对象，对桥梁的基本信息和病害情况进行存储、管理，并结合桥梁的病害情况，采用山西省农村公路桥梁评价方法进行评价。山西省农村公路桥梁普查管理系统的总体结构如图6所示。

图6 山西省农村公路桥梁普查管理系统总体结构

3.3 系统开发

基于Microsoft Visual Studio 2008开发平台,借助编程C语言和SQL数据库开发了山西省农村公路桥梁管理系统CBMS1.0。系统将梁桥和拱桥包含的各个部件均呈现在界面内，每个部件都可以通过上传相应的图片和文字进行定性和定量描述其技术状况。系统的桥梁技术等级评定功能主要针对农村公路钢筋混凝土梁(板)桥、双曲拱桥、圬工拱桥3种桥型。

3.4 实例分析

根据实地桥梁检测结果，用本文提出的桥梁评价体系对山西省农村公路桥梁进行评价，同时用《公路桥涵养护规范》(JTG H11—2004)和《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21—2011)进行评定。以钢筋混凝土梁(板)桥南宅桥为例，分别给出了3种方法的评定结果，见表7。

由表7可知，三种评价方法评定结果基本一致，本文的评定分值略高于规范方法，反映出农村桥梁的自身特点，评定结果合理。

4 结 语

本文以山西省交通运输厅科研项目《山西省农村公路桥梁评价体系研究与应用》为依托，对农村公路桥梁的养护技术展开了系统的研究。主要研究结论如下。

(1)通过对山西省农村公路桥梁的实地调研，总结了农村公路桥梁的特点和常见病害形式，为后续研究农村公路桥梁技术状况评价体系打下坚实的基础。

表7 南宅桥桥梁技术状况

(2)对农村公路桥梁上部结构、下部结构、桥面系结构所包括的构件评价指标进行总结，并结合《公路桥涵养护规范》和《公路桥梁技术状况评定规程》，提出了一种更适合于农村公路桥梁自身特点的评价方法。通过实例证明，本文的方法是可行的。

(3)建立了农村公路桥梁普查管理系统，该系统的主要功能是存储和调取农村公路桥梁病害情况，并且以文字和图片形式表现出来，可形象地展示桥梁病害情况，为农村公路桥梁管理部门提供有价值的信息；同时桥梁评定模块可以快速对桥梁进行评分，为各级农村桥梁养护管理部门提供决策及养护策略方面的参考。

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