信息化监控技术在高速公路桥梁周期性养护中的应用

黄建云

（宁夏交投高速公路管理有限公司，宁夏 石嘴山 753000）

0 引言

当前造成高速公路桥梁病害问题的因素很多，包括主观因素也包括客观因素，各类因素不仅会导致桥梁出现病害，同时会严重影响到道路的正常使用，也在封闭维修路段影响到施工人员以及驾驶人员的人身安全。因此，在高速公路桥梁的建设阶段，以及后期通车阶段，不仅需要完成对桥梁的日常养护工作，同时还需要做好相应的维修以及加固处理工作，这样才能保证桥梁整体质量符合相关要求标准。当前针对高速公路桥梁的养护大部分只在施工中进行，无法结合桥梁建设的全周期提出合理的养护方案。同时，由于高速公路桥梁建设的环境复杂，在养护过程中获取到的监测信息无法为养护提供有力的数据支撑，进而导致最终养护效果无法达到预期理想目标。信息化监控技术在建设施工领域中广泛应用，为公路工程、建筑工程软土地基等提供了更高精度的数据。因此，针对上述高速公路桥梁养护中存在的问题，该文尝试引入信息化监控技术，对其养护方法进行研究。

1 工程概述

以某地区的高速公路桥梁作为案例，该桥梁设计跨度为24 m，桥面的宽度为16 m，该桥梁整体属于典型简支T型桥梁结构，单跨内沿着桥面方向布置了4 道横隔梁。该桥梁桥面采用沥青混凝土材料浇筑而成，桥梁自完成施工后，运营至今已经超过了12 年，为了保障桥梁后期运营中的安全，同时最大程度地延长其使用寿命，针对该桥梁进行周期性养护。

2 基于信息化监控技术的桥梁周期性监测平台

世界各个国家的公路桥梁养护技术快速地发展，尤其是欧美等发达国家关于公路养护方面的技术成果已经达到的世界前列，同时基于信息化监控技术下的公路养护策略得到普及和应用，这有效地提升了公路养护的效率，并降低了养护过程中的投入成本。桥梁在疲劳、腐蚀及材料老化等多种因素作用下，结合日常运行的受力，导致桥梁常出现开裂和缝隙等病害，桥梁的养护与周期性检测意义重大，在传统思维中存在重视修建而轻视养护的现象，一大批桥梁在使用一段时间后出现损坏的现象，在后期修补过程中又需要投入大量的资金成本。随着我国桥梁数量不断增加，人们也更加重视桥梁养护工作。桥梁存在使用寿命，与其他道路建设形式相比，桥梁又存在很大的差异性，在投入使用后即处于一种悬空的状态，由于其负载能力比普通道路差，所以使用寿命比一般道路短，做好桥梁周期性的监测和养护工作，能够有效地降低行车过程中安全事故的发生概率，提升桥梁的使用寿命，降低桥梁的损坏程度以及保障行驶人员的生命安全。因此，有必要对桥梁进行结构监测，及时地发现桥梁初期病害，并发出预警信号，提示养护人员进行维护。该文通过信息化监控技术，将各类传感器布设在桥梁指定位置，获取桥梁历史及实时的受力数据，并利用无线网络传输到服务器中进行受力分析，根据桥梁实际需要确定周期性养护方案。因此，基于该特点，按照图1 所示的内容，布置桥梁上各个受力监测点。

图1 桥梁上各受力监测点布置示意图

选取的5 个LZ-SWL9 型号单线圈结构的振弦型传感器均匀布置在桥面上，间隔为4.8 m。该传感器的各项参数见表1。

表1 振弦型传感器参数

确定传感器型号、参数及安装位置后，进行传感器安装。应用传感器主要检测混凝土基体表面应变，可以将传感器底座以表面黏贴、打孔注胶或打孔膨胀螺钉等方式安装。地脚螺钉又可采用单钉、双钉或者四钉等方式，安装底座可采用Y 型结构或O 型结构。在安装传感器后串接传感器，主要是通过熔接光纤，保护熔接点的方式，具体步骤如下：1）现场测量传感器之间的距离，根据长度截断串接光缆。2）串接传感器并进行熔接点保护；3）传感器安装完成。利用传感器获取到各个测点上桥梁的受力信号，可利用传感器测定各个测点上的极限弯矩数值，该数值能够描述桥梁各测点承载能力。并将数据通过无线网络传输到Web 服务器，在服务器中对受力数据进行放大、A/D转换、滤波，再通过以太网传输给数据库服务设备，对数据进行在线或远程分析。相关信息化监控平台的研究成果较多，可以选取市面上应用较为广泛的、适用性较好的平台租用。信息化监控平台是基于B/S 系统构建的，主要分为物联感知层、信息数据层、智慧应用层和展现接入层，各层协同配合，可以对桥梁养护进行实时监控。其在查询桥梁信息数据库的请求时，需要经过Web 服务器，虽然影响了响应速度，但是分布性较强、开发过程较为简单，易于维护，可以多端远程操作，并实时更新全部桥梁养护数据，完成信息化监测平台的应用。由于高速公路桥梁病害信息的采集、分析、养护任务分派、加固施工、工程验收等均独立实行，各环节之间关联不紧密，高速公路桥梁养护的工作流程脱节，易导致信息传递不通畅、不及时，影响养护工作效率和效果。因此，采用信息化监控平台，存储并共享高速公路桥梁的基本信息、动态信息、养护过程数据以及施工方信息等，对高速公路桥梁养护进行全寿命周期管理。

3 应用信息化监控平台的高速公路桥梁养护工艺

根据上述构建的信息化监控平台获取高速公路桥梁监测信息，经过平台分析后输出的桥梁重点受力处及缝隙出现的位置制定养护方案，进行重点养护。

3.1 排水养护

高速公路桥梁表面受到气候的影响，遭到水的侵蚀，为了使桥梁排水固结更快速，并延长桥梁桥面使用寿命，在桥梁路桥面结构上可设置横向或纵向的排水体结构，并铺设厚度为20 cm 的砂垫层，覆盖填料，形成隐蔽结构，从而将桥面的水引流，使其不会浸入桥的内部结构，完成对桥梁的养护排水。

3.2 加固养护

根据高速公路桥梁监控信息确定桥梁重点受力位置，对重点部位在养护时采用外包混凝土加固法。该方法主要是增加构件的截面以及配筋，提高构件的强度、刚度以及稳定性，减少裂缝宽度。在环境条件允许的条件下，均可利用该方法加固梁桥、拱桥、刚架桥等。但需要注意的是，该方法会增加一部分桥梁的恒载质量，因此，需要提前评估桥梁养护部分的结构承载力是否满足外包构件的要求。在加固施工时，应注意以下内容：新浇筑的混凝土厚度在40 mm 以上，喷射混凝土时厚度需要在50 mm 以上，混凝土增强部位的受压新浇混凝土厚度应当在150 mm以上，并且原处的混凝土表面须初步处理为凹凸深度在6 mm 以上的粗糙表面。为了进一步提高高速公路桥梁的承载力，还可采取支撑加固的方式，在桥体底部设置支挡结构，以此增加桥梁整体稳定性。但这一养护工程属于外露工程，在实际应用中可能会受到车辆碰撞的影响，日常维修频繁，会产生更大的养护成本。因此需要结合实际养护条件，对该养护方法酌情取舍。

3.3 缝隙养护

根据上述监测过程记录的桥梁上不同分区的裂缝情况，主要包括裂缝产生的数量、裂缝产生后的长度以及裂缝是否会进一步延长等信息，确定桥梁伸缩缝病害情况。这也是造成桥梁质量降低和使用寿命缩短的主要原因，针对该问题，可按照图2 所示的结构优化伸缩缝。

图2 桥梁伸缩缝结构优化示意图

在图2 所示的结构基础上，针对伸缩缝不平整的问题，可采用切、凿等方式处理，必要时还可更换相关配件。

针对桥梁的上部结构横向位置上产生的病害问题，首先需要确保去除板梁铰缝，并将钢筋结构安装在铰缝中，通过植筋的方式连接相邻2 个板梁结构。完成连接后，再对2 个结构进行焊接处理，焊接过程中需要确保焊接的钢筋结构与原本钢筋规格完全相同。其次，针对锚固钢筋结构处理，将桥梁中原有的结构预埋件保留，采用植筋的方式补齐。再增加钢筋网结构，最后完成对锚固环的焊接。

4 应用分析

综上所述，完成高速公路桥梁的养护工作。为了验证该方法实际应用的效果，进行结果分析。利用信息化监控技术，对该受力情况进行监测，并对各个传感器上获取到的数据进行记录，得到表2 的记录结果。

表2 中桥梁各个侧点上的极限弯矩数值可以直接反映桥梁的承载能力，极限弯矩数值越大，则桥梁该位置上的承载能力越强；反之，极限弯矩数值越小，则桥梁该位置上的承载能力越弱。已知该桥梁的设计标准中规定其极限弯矩数值应大于200.00 N·m，从表2 记录的数据中可以看出，测点CG-01、CG-04、CG-06、CG-07、CG-10，5 个测点上的极限弯矩数值均没有达到标准要求，因此在养护时，主要针对这5 个点及周围区域采取养护措施。在养护的过程中，严格按照该文介绍的高速公路桥梁养护工艺和加固施工方式完成养护施工。完成施工后，仍然利用该文的监测方法测定各个监测点上极限弯矩数值，并对比施工前后上述五个测点的极限弯矩数值，并得到如表3 所示的结果。

表2 桥梁养护前各测点极限弯矩数值记录表

表3 养护后桥梁各测点极限弯矩数值记录表

从表3 中记录的数据可以看出，按照该文上述提出的养护方法对该桥梁养护后，各个养护后极限弯矩数值不符合标准要求的测点，极限弯矩数值得到了明显的提升，并且能够确保各个测点上的极限弯矩数值均达到标准要求的范围。因此，通过上述结果能够初步证明，应用该文提出的养护方法养护高速公路桥梁能够促进桥梁整体极限弯矩数值的提升，进而提升其承载能力。

完成上述测定后，在完成养护后，将桥梁平均划分为5 个不同区域，记录各个区域中产生的裂缝数量，将得到如图3 所示的结果。

从图3 曲线可以看出，在按照该文上述提出的养护方法对其养护后，前三个区域均没有出现裂缝，而在第四个区域和第五个区域出现的裂缝数量也仅为2 个和1 个，且最长裂缝长度仅为1.20 mm。该数据不会影响高速公路桥梁的正常运行，对其受力也不会造成影响。针对存在裂缝的区域可通过该文上述加固方法加固处理。

图3 养护后桥梁上裂缝情况对比

综合上述得出的实例应用结果可以看出，应用该文提出的养护方法后，高速公路桥梁的承载力得到明显提升，并且桥梁上各个区域内产生的裂缝数量也不会影响到桥梁的后期运营。将该养护方法应用于实际可以有效延长桥梁整体的运营使用寿命，保障公路桥梁上驾驶人员的人身安全。

5 结语

高速公路桥梁对社会经济发展有十分重要的意义，对此，该文引入了信息化监控技术，对桥梁养护方法进行研究，并结合实际桥梁建筑验证该文养护方法的实例应用效果。为了进一步提高高速公路桥梁养护效果，还需要对新材料、新工艺以及新技术等进行不断探索，确保各项工艺及关键技术在实际应用中具有更高的可靠性，确保桥梁整体的运营质量。