高速公路既有桥梁检测技术要点及应用研究

张海峰

【摘    要】：为客观、全面掌握桥梁病害，以京津塘高速公路项目为依托，通过分析高速公路既有桥梁外观（含裂缝）、材质状况（含混凝土强度、碳化深度、钢筋保护层厚度）、桥面线形、桥墩沉降、墩柱竖直度等检测技术要点和方法，总结高速公路既有桥梁检测的一般性和特殊性。

【关键词】：高速公路；桥梁检测；病害

【中图分类号】：U445.7【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）03-46-04

【DOI编码】：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

随着运营时间的增加，高速公路桥梁耐久性、承载能力等安全问题日渐突出，客观上对既有高速公路桥梁的检测技术、检测方法、安全作业、养护决策等都提出了新的挑战[1]。本文以京津塘高速公路为依托，在分析高速公路不同类型既有桥梁检测技术要点和检测方法的基础上，对既有桥梁外观（含裂缝）、材质状况（含混凝土强度、碳化深度、钢筋保护层厚度）、桥面线形、桥墩沉降、墩柱竖直度[2]等检测结果进行分析，客观、全面掌握桥梁病害发展趋势，杜绝安全隐患，给予桥梁安全运营强有力的支撑和保障并为桥梁维养和科学管理提供依据。

1 工程概况

京津塘高速公路全线共有桥梁201座（不分幅统计），其中特大桥2座、大桥5座、中桥95座、小桥99座。桥梁上部结构主要为钢筋混凝土板桥、钢筋混凝土空心板桥、钢筋混凝土连续箱梁桥、预应力混凝土T形梁桥、预应力混凝土工字形梁桥、预应力混凝土空力板桥、預应力混凝土连续箱梁桥。桥墩主要结构形式为柱式墩和薄壁墩，桥台形式为柱式台、肋式台、薄壁台；除少量盆式橡胶支座，主要为板式橡胶支座（部分支座为四氟板式橡胶支座）。

2 高速公路既有桥梁检测

2.1 检测技术要点

桥梁外观（含裂缝）、材质状况（含混凝土强度、碳化深度、钢筋保护层厚度）、桥面线形、桥墩沉降、墩柱竖直度等 [2～6]。

2.1.1 外观检测

以目测为主并配备照相机、裂缝测宽仪、探测工具及辅助器材与设备等必要的量测仪器，必须接近或尽可能接近各构件，进行全面、详细的检测；对于净空较高或跨水的桥梁，依据现场条件，使用登高车、桥梁检测车、皮划艇等设备。特别关注构件的关键部位，如内力最大处、应力集中区、截面突变处、容易发生损坏部位及结构耐久性薄弱部位等。公路桥梁技术状况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[6]，先对桥梁各构件进行评定，然后对桥梁各部件进行评定，再对桥面系、上部结构和下部结构分别进行评定，最后进行桥梁总体技术状况的评定。

2.1.2 材质状况检测

一般选择桥梁上下部主要构件进行混凝土强度、碳化深度、钢筋保护层厚度等指标的检测，以了解混凝土的耐久性、钢筋的锈蚀状况等桥梁结构的内在质量。混凝土强度检测主要采用回弹法；混凝土碳化状况采用在混凝土新鲜断面观察酸碱指示剂反应厚度的方法；混凝土桥梁钢筋保护层厚度可采用电磁检测方法进行无损检测。材质状况的评价主要依据JTG/T 21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》。

2.1.3 桥面线形检测

主要检测顺桥向的挠度变形，通过监测桥面标高变化，判断桥梁有无发生不均匀沉降，进而分析桥梁结构的力学体系有无发生变化。根据工程实践经验，沿行车道两边（靠近路缘石处）可按每孔跨中和支点三个截面进行布设；每联中墩测点两跨共用，联与联之间伸缩缝两侧桥墩分别设置沉降监测点。布设附合或闭合水准路线测定各观测点高程数据[7]。

2.1.4 桥墩沉降检测

主要通过桥墩观测点的标高变化，来分析墩台基础有无发生沉降。在桥墩距地面0.5～2 m高度范围的左右幅各布设1个沉降监测点。布设附合或闭合水准路线测定各观测点高程数据[7]。

2.1.5 墩柱竖直度检测

桥墩高度H≤5 m时，允许偏差≤5 mm；5 m＜H≤60 m时，允许偏差≤H/1 000且≤20 mm[8]。

2.2 检测特点

依据京津塘高速公路既有桥梁的特点和以往检测经验，分析归纳高速公路既有桥梁检测的特点。

2.2.1 一般性

虽然国内高速公路桥梁结构形式多样、跨径大小不一、地理条件复杂多变，但仍可发现一些共同点。

1）桥梁先天性缺陷。受当时设计理念、施工条件等制约，部分桥梁不可避免存在一些非运营期产生的病害。

2）桥梁荷载效应病害。高速公路运营前期，车流量不大，与之相交的线路较少；随着车流量增大及超重车辆增多，高速公路经常承受远超过设计值的荷载压力，在外界荷载作用下，梁体开始出现结构性裂缝、墩台基础发生不均匀沉降、桥面线形变化导致行车颠簸等。各种荷载效应并发，会明显影响桥梁的正常使用寿命。

3）桥梁病害的可变性。对比历年高速公路桥梁检测病害不难发现，有些病害是会随着时间推移发展变化的，尤其是受力性病害，这就需要“早发现、常监测”；还有一些病害带有某种“假象”，例如模数式伸缩缝型钢的纵向间距偏大或偏小问题，很大程度受季节性环境温度造成的热胀冷缩影响。

2.2.2 特殊性

1）多区域管理。京津塘高速公路跨越北京、河北、天津三个行政管理区域，每个区域的管理方式不同，检测方案也应随之变化。例如检测作业时间不同，因京津塘高速公路穿越较多市区，受不同区域通行高峰期影响，北京段作业时间控制在9：00—16：30，天津段作业时间控制在8：30—16：30。

2）多指标关联。1993年通车的京津塘高速公路经过多年的自然环境侵蚀与车辆荷载作用，桥梁结构不可避免的有老化倾向：表观缺陷如裂缝等出现较多；混凝土的耐久性出现一定程度降低；钢筋锈蚀状况日益突出，甚至可能影响桥梁的承载能力和行车安全。桥梁结构产生的表面症状并不一定是单独的某个，应注意表观缺陷、材质状况、桥面线形等多个检测指标之间的关联性，将检测结果进行分析、综合评价，而不再是以往单一指标的孤立评价。

3 检测结果及建议

3.1 检测结果分析

3.1.1 外观及桥梁技术状况等级

根据近两年度桥梁定期检查结果，一类桥1座，二类桥197座，三类桥3座；无四、五类桥。见表1。

京津塘高速公路建成早，目前部分桥梁使用时间达到30 a，桥梁各部位均存在不同程度的缺损。见表2。

针对上述病害，建议采取如下维修加固措施：

1）对裂缝建议进行封闭处理，以提高其耐久性。裂宽＜0.15 mm，建议采用树脂封闭胶进行涂刷封闭处理；裂宽≥0.15 mm，建议采用树脂灌缝处理；

2）对外露钢筋建议进行除锈处理并采用混凝土对破损区域进行修补，使修补区域密实平整，加强渗水区域的防水处理，保证混凝土结构的耐久性；

3）泛碱较为严重区域先清除表面腐蚀混凝土，再采用环氧砂浆修复；

4）锈胀区域先凿除表面疏松混凝土，采用环氧砂浆进行修复处理；

5）及时清理伸缩缝积土，恢复其延展性；更换老化开裂的止水带；疏通存在堵塞的泄水孔，恢复其正常排水能力；

6）更换老化、剪切变形严重的支座；存在脱空的支座建议垫钢板处理或调整支座位置；

7）桥面沥青铺装层开裂及坑槽等病害建议采用沥青或沥青混合料进行修补。

3.1.2 材質状况检测

混凝土材质状况主要受施工质量、施工材料等级、桥梁服役时间、服役环境状况等综合影响。以K78+630津蓟特大桥为例，其碳化深度均小于混凝土保护层厚度，混凝强度等级和保护层厚度检测值满足设计要求。见表3。

3.1.3 桥面线形检测

对特大桥（津蓟特大桥和金钟路大桥）历年桥面线形监测数据对比，桥面挠曲变形较小，整体结构趋于稳定。

3.1.4 桥墩沉降检测

通过对特大桥（津蓟特大桥和金钟路大桥）历年桥墩沉降检测数据对比，墩柱沉降监测点沉降变化较小，稳定性较好。

3.1.5 墩柱竖直度检测

根据2021年检测报告，对往年竖直度超限的墩柱进行复测，复测结果显示墩柱倾斜没有增大，初步判断部分墩柱的倾斜度超限且个别墩柱倾斜度超极值，可能是施工期或通车前期超重造成的，后期已经得到有效控制，没有进一步增大，可认为其整体结构趋于稳定。

3.2 养护建议

现场检测后，对数据进行归纳整理，对比历年检测、养护维修资料，分析病害成因及变化，预测病害发展趋势。依据病害严重程度、对安全影响程度、专项养护资金，对病害进行分类。见表4。

病害维修评分可分为9类，自低到高依次为1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50、2.75、3.00。以此为基础，建立病害的维修项目库，评分较高的病害建议优先进行维修处理，同时兼顾处理B1、B2、B3标度为3的病害。

3.3 桥梁技术状况衰变预测模型的确定

根据京津塘高速公路历年来桥梁检测报告及技术状况资料，选取无主要病害的桥梁作为样本，确定一条桥梁技术状况衰变基本样本曲线。以JTGH 11—2004《公路桥涵养护规范》和JTG/TJ 21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》中相关桥梁技术状况评定标准为依据，考虑京津塘高速公路桥梁所处地理环境特点、通行荷载情况、结构重要部件损伤状况对桥梁技术状况的影响程度，采用通行荷载修正系数和主要病害综合修正系数修正桥梁技术状况基本衰变预测模型，作为存在主要病害桥梁技术状况的衰变预测模型。国内多条高速公路桥梁多次定期检查资料的综合分析结果显示，桥梁全寿命技术状况预测模型符合指数分布规律。

式中：[Dr（t）]为桥梁服务t年时的预测技术状况评定得分；[Dr（t0）]为桥梁衰变模型起点[t0]时的技术状况评定得分；[Dr（ts）]为桥梁服务[ts]时的预期技术状况评定得分；[t]为桥梁预测时间，a；[t0]为桥梁衰变模型起点时间，a；[tS]为桥梁达到一定技术状况水平的预期服务时间，a；[ξ] 为桥梁主要病害综合影响系数；[ ξq] 为通行荷载影响系数。

式（1）中“＋1”是为保证当[t]＝[t0]时，公式成立。

以津蓟特大桥（左幅）为例，建立技术状况衰变基本模型。初始条件为[Dr（t0）]＝100（初始状态）；[Dr（ts）]＝40（4类桥）；[t0]＝0；t＝30；[Dr（t）]＝80.9（2021年度技术状况得分）；[ξ]＝1.0；[ξq]＝1.15。将初始参数带入桥梁技术状况衰变模型，计算出桥梁技术状况衰减至四类桥时所需要的年限[tS]为41.56 a。

4 结语

桥梁病害会随着高速公路运营时间的增加呈发展趋势，所以要予以高度重视，对桥梁病害产生的原因及发展程度进行详细分析，提高检测的针对性，确保检测和评定方法选择的合理性。在桥梁养护过程中，制订科学合理的养护方案，控制桥梁病害进一步发展并结合预防性养护的特点，合理的选取开展预防性养护工作，提高桥梁结构的使用寿命。

参考文献：

[1]张喜刚，刘高，马军海，等.中国桥梁技术的现状与展望[J].科学通报，2016，61（S1）：415-425.

[2]JTG 5120—2021，公路桥涵养护规范[S].

[3]张劲泉，王文涛. 桥梁检测与加固手册[M]. 北京：人民交通出版社，2007.

[4]金辉.公路桥梁典型病害診断与处治图解手册[M]. 北京：人民交通出版社，2015.

[5]广东省公路管理局.广东省公路桥梁维修加固技术指南[M]. 北京：人民交通出版社，2011.

[6]JTG/TH 21—2011 ，公路桥梁技术状况评定标准[S].

[7]GB/T 12897—2006，国家一、二等水准测量规范[S].

[8]JTGF 80/1—2017，公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程[S].