正視盲區 對症下藥 ——大跨徑橋樑管養實踐與挑戰

編者按

我國擁有眾多寬闊的河流、峽谷和漫長的海岸線。為了適應交通運輸的需要，政府在近20年的時間內耗費巨資，在國省道幹線公路跨越江、河、湖、海的咽喉控制部位，建設了大量的長、大跨徑橋樑。根據交通運輸部2001～2016年的統計數據表明，我國公路橋樑總數從2001年底的28.4萬座，發展到2016年底的80.53萬座，平均每年新增的公路橋樑數量超過3萬座左右。圖1、圖2分別為近年來我國公路橋樑數量增長變化，以及公路橋樑中特大型橋樑數量增長變化。

圖1 2001～2016年公路橋樑數量增長變化

圖2 2004～2016年特大橋樑數量增長變化

經多年發展，現階段我國橋樑養護管理制度已形成初步體系。交通運輸部先後頒發了《公路橋涵養護規範》(JTG_H11-2004)、《公路橋樑技術狀況評定標準》(JTGT H21-2011)、《公路橋樑承載能力檢測評定規程》(JTG/T J21-2011)用以規範各項養護評定工作。同時，頒布了《公路橋樑養護管理工作制度》的通知(交公路發〔2007〕336 號)、《交通運輸部關於進一步加強公路橋樑養護管理的若干意見》(交公路發〔2013〕321 號)兩項管理文件，其內容對橋樑養護工作作出較為詳細的規定。相關資料表明，「十二五」期間，我國大型橋樑管養規範化水平不斷提高。

但是，大跨徑橋樑的養護工作具有養護盲區多、易損構件多、養護投資多的特點，而相應的養護標準、養護經驗和專業養護隊伍卻很缺乏。

同時，大跨徑橋樑病害頻發。根據「十二五」期間調研結果，我國大跨徑橋樑普遍存在拉索(吊杆)護套破損、拉索(吊杆)振動異常、索夾滑移、吊杆腐蝕斷裂、鋼箱梁疲勞開裂、鋼橋面鋪裝破損、錨錠滲水、疊合梁橋面板開裂滲水、螺栓損傷、預應力混凝土連續剛構橋下撓超限等典型病害。大跨徑橋樑的管養水平還需要進一步提高。

大跨徑橋樑養護工作

面臨的突出問題

橋樑在服役過程中，由於受到諸如施工缺陷、材料退化、極端荷載和偶然事故等各種內外因素的作用和影響，結構安全性不能得到完全保障，需通過檢測養護、維修加固等措施，確保運營安全。檢修通道的設置對於養護工作的開展至關重要，檢修通道設置不全或者維修不及時，會增加整體結構運營風險。

2016 年國省幹線重點橋樑監測項目中，對涉及的40座橋樑檢修通道情況進行調查。其中，有1 座斜拉- 懸吊體系橋樑，3 座懸索橋，3 座斜拉橋，21 座梁式橋，12 座拱橋。檢查發現，部分橋樑檢修通道設置不全，且已設置的部分檢修通道也存在保養問題，主要問題如下：

(1) 檢修通道疏於管理與維護

巡檢過程中發現，由於管養單位疏於對檢修通道進行管理與維護，多數檢修通道產生了一定病害，影響了其使用性能，部分通道甚至存在安全隱患。

(2) 橋樑主要構件未設置檢修通道或通道設計不合理

橋樑的主要構件未設置檢修通道或設計的通道不合理導致無法使用，是長大橋養護的重要問題。

① 未設置檢修通道

40 座被檢查橋樑中，主梁內部不可進入的橋樑為6座梁橋、1 座斜拉橋。不能進入的原因主要為未設置人孔或人孔設計不合理。在設計階段，由於設計人員對橋樑運營期的養護管理認識不足，為方便起見，往往不進行檢修通道的設計。結構一旦建成後，由於某些構件或部位不具有檢修通道，工作人員無法對這些位置進行檢查，導致了養護盲區。

② 檢修通道設計不合理

在巡檢過程中發現，12 座拱橋的拱上結構均具備相應的通道，大多數均為拱肋自身或依附拱肋而建的結構，但檢查的範圍和深度存在問題，不能覆蓋所有的拱上結構，箱形拱橋、肋拱橋可藉助橋樑檢測車到達拱橋拱頂截面上緣位置及其附近下緣位置，其餘位置如拱腳至主拱圈1/4 處均難以抵近檢查。

(3) 纜索體系橋樑橋塔外部、斜拉索或吊索的檢查問題

大部分纜索體系橋樑在橋塔外不設置檢修通道。對於斜拉索或吊索，由於數量較多、長度不一，很難設置合適的檢修通道進行檢查。另外，除了結構檢查方面的問題，由於不具備相應的檢修通道，管養單位對纜索體系橋樑橋塔外部以及索結構的維修問題一直是橋樑養護工作中的難點。

大跨徑橋樑養護細節多技術複雜，橋樑的管養單位在工作過程中，會有意無意地忽略一些技術工作，造成養護工作在某些細節投入不足，久而久之形成養護盲區。

圖3 懸索橋主要養護盲區

(1)懸索橋主要養護盲區

① 檢查中易忽略部位為橋墩及橋台。主要原因是養護主管部門對下部結構重視不夠，沒有形成定期檢查機制。

② 索塔無損檢測也是檢查中易忽略的項目。忽視索塔的無損檢查，更多是主觀原因造成，養護主管單位沒有對大體積混凝土結構劣化危害有足夠的認識。

圖4 斜拉橋主要養護盲區

(2)斜拉橋主要養護盲區

① 橋樑空間變位測量開展情況不容樂觀，除主梁標高外，其餘各檢查項未開展比例均較高。部分養護單位在運營階段偏重外觀檢查，忽視結構變位監測，造成此項檢測工作開展率較低。

② 索塔及箱梁混凝土無損檢測開展率不高。索塔的無損檢測開展率不高，是纜索承重體系養護單位的共同不足，主要原因是裂縫等索塔混凝土病害無法避免，造成管養單位的主觀上忽視對其他項目的檢測。

③ 拉索PE 損傷檢測、拉索開倉檢查未開展率較高，斜拉索振動監測各橋均未開展。無損檢測開展不高的原因，一方面由於管養單位未意識到專門檢測的作用，另一方面由於這幾項檢測費用較高，無特殊需求的單位一般不開展。

圖5 梁式橋主要養護盲區

(3)梁式橋主要養護盲區

① 混凝土T 梁橋檢查檢測的主要盲區為構件連接部位檢查。T 梁橋抵近檢查難度並未較混凝土箱梁高，但由於構件更多，容易出現連接部位病害，養護單位理應更加重視。調查表明，T 梁橋養護單位檢查檢測意識需要增強。

② 混凝土箱梁內部檢查檢測工作未開展率較高。部分原因是進入箱梁內部通道設置不足。管理單位養護意識不足，也是檢查工作開展不力的重要原因。

圖6 拱橋主要養護盲區

(4)拱橋主要養護盲區

① 大多數拱橋在養護中，忽視了對主拱圈的特殊檢查，所有此類橋型拱肋特殊檢測開展不好。管養單位明顯未意識到鋼結構焊縫及塗層的檢測的重要性，養護工程師定期培訓中，也應重視對相關病害及養護檢測方法的介紹。

② 懸吊體系檢查檢測項目綜合未開展率較高，明顯高於懸索橋相同構件比例。PE 損傷檢測、吊索振動監測均未開展。中承、上承式拱橋的管養單位應加強吊索系統的檢查養護意識，防止發生吊索鏽蝕、斷絲等結構性病害。

經多年國省幹線重點橋樑監測工作調研，絕大多數大跨徑橋樑均已編製養護手冊，但養護規劃比較缺乏，大部分養護單位處於被動養護的狀態，頭痛醫頭腳痛醫腳，達不到預防性養護的要求。主要表現出了以下幾個方面的欠缺：

(1)由於沒有對橋樑結構做有效的風險評估和易損性分析，所以無法掌握結構的薄弱位置。在經常檢查和定期檢查中，沒有重點，導致在出現損傷的初期，無法及時發現損傷。

(2)由於沒有提前做好技術儲備，當發現結構損傷時，無法判斷損傷原因，也無法及時形成有效的補救方案。

(3)由於對未來養護費用的規模缺乏了解，在橋樑損傷集中爆發時，無法籌備足夠的資金進行維修，導致損傷惡化，甚至產生安全事故。

針對大跨徑橋樑

養護問題的解決方案

檢修通道全覆蓋設計

圖7 特大跨徑橋樑檢查車

圖8 特大跨徑橋伸縮縫下方

(1)注重特大跨徑橋樑的檢修通道設計

特大跨徑橋樑新建時應貫徹可維修設計理念，充分考慮後期養護需求，設置橋樑檢修通道。對於通道的設置，應注重以下幾個要點：

① 設置梁底檢查車

特大跨徑橋樑在條件允許的情況下應設置梁底檢查車，特別是斜拉橋及懸索橋，梁底檢查車設置技術已比較成熟，設置梁底檢查車可減少大量的檢修盲區且花費不高。

② 應在特大跨徑橋樑主橋、引橋之間的伸縮縫下方，留有設置檢修通道的空間，如條件允許，可設置檢修通道。

③ 引橋伸縮縫、橋台處伸縮縫下部空間應足夠維修人員進行檢查維修。

④ 應設置便於拆裝的防塵罩

舊式支座防塵罩採用螺釘固定的方式，每次檢查非常不方便，而且耐久性較差。大部分橋樑的防塵罩幾乎都不可用。設置易拆裝的防塵罩便於檢查。

圖9 橋台處應有足夠的維修空間

圖10 易拆裝的支座防塵裝置

(2)對特大跨徑橋樑檢修通道進行定製化設置

橋樑結構類型多種多樣，一般的橋樑結構可以採用通用形式的檢修通道，但對於某些特殊結構形式的橋樑來說，需要設計專門的檢修通道。雖然設計專門的檢修通道需要投入一定的費用與人力、物力，但為了實現特殊、複雜結構的養護與維修，設計專門的檢修通道是必要的。

虎門大橋輔航道由於主梁根部梁高較高，主梁外表面已無法採用橋樑檢查車進行抵近。為此，管養單位在主梁梁底設置了檢查車。該梁底檢查車可上下伸縮，能夠實現對於變截面箱梁外表面的全面檢查，在國內尚屬首次。

圖11-a 虎門大橋輔航道橋樑底檢查車

圖11-b 虎門大橋輔航道橋樑底檢查車

(3)高精尖電子設備與檢修通道相結合

隨著科學技術的發展，針對橋樑檢測工作研發出了許多電子檢測設備或系統。這些電子設備具有操作簡單、效率高、功能多等優點，大大降低了人工檢查橋樑的工作量。目前，有橋樑管養單位在檢修通道內安裝了各類電子設備，以實現對橋樑結構檢查的自動化、電子化，取得了較好的效果。

圖12 箱梁頂板視頻快速檢查系統

圖12 為箱梁頂板視頻快速檢查系統。通過在箱梁內部檢修通道上安裝軌道，並設置有沿軌道移動的攝像設備，就能夠實現對箱梁內表面的檢查。根據採用攝像設備的類型，可以獲得不同角度、不同側面、不同解析度的圖像，檢查人員無需進入箱梁內部，使橋樑的檢查工作變得簡單容易。

(4)制定檢修通道設計規程

本次巡檢過程中發現的各類橋樑檢修難題，需要在橋樑設計中引起重視。在今後的橋樑設計中，應貫徹全壽命管理的理念，及時吸納運營養護中的經驗，切實提升橋樑檢修設計水準;同時，應加強橋樑檢修設計的系統研究，在橋樑設計規範中完善檢修方面的相關要求。

前述分析可知，絕大部分盲區的形成，由檢修通道不足及技術力量不足導致。針對形成原因，主要建議如下：

(1) 採用智能技術手段高效開展外觀檢查與振動監測

① 纜索機器人檢查斜拉索表觀狀況

對斜拉索自由長度的PE 護套的缺損情況，可採用纜索檢測機器人進行檢查，對斜拉索外觀進行360 度錄像和拍照，檢測時在地面通過無線傳輸回來的視頻信號對外觀作實時監控。

② 無線智能設備監測斜拉索振動

斜拉索振動監測採用無線智能索力計，對纜索支承型橋樑的索力振動進行測量，無需額外配備數據採集儀、濾波器，無需連接模擬信號線纜，自動完成無線自組網，體積小巧，安裝方便，可支持拆卸多次利用;數據能無線關聯到彙集網關，實現感測數據上傳。

(2)定期開展支座專項檢查

建議定期開展支座專項檢查，採用外觀檢查與專門檢查相結合的手段進行。

① 重視外觀檢查深度。支座外觀檢查可採用病害照相記錄的方式。檢查過程中，對每個支座的正、反面進行拍照。詳細記錄支座各部件病害。

② 開展支座滑板專門檢查。滑板和不鏽鋼在溫度、荷載的作用下，不斷的產生相對運動。當滑板和不鏽鋼之間的磨耗值達到一定程度時，支座滑板會逐漸變薄甚至完全被磨耗掉。

(3)完善橋樑檢修通道

調查中發現，部分橋樑主要構件未設置檢修通道、通道設計不合理或由於疏於管養，檢修通道存在病害、缺失、故障等問題，造成檢查不能正常進行。這些問題不僅給橋樑結構檢查工作帶來了盲區，也給橋樑的正常運營帶來了安全隱患。因此，需要對橋樑的檢修通道進行完善。

新設檢修通道前，應對經過詳細計算，並採取合適的加固措施。例如在混凝土主樑上增設人孔，孔洞的尺寸大小應經過驗算，不能影響整體結構和局部位置的力學性能，必要時在開孔處粘貼鋼板補強後進行開孔。

圖13 橋樑中長期養護規劃主要內容

為了改變養護規劃不足的被動養護的局面，有必要編製橋樑的中長期養護規劃。規劃的期限一般為20 ～ 30 年。其中，前5 年為規劃初期，5 ～ 15 年為規劃中期，15 年之後是規劃後期。規劃內容可分為基礎研究、主體內容和更新管理三部分，具體如圖13 所示。

我國的基礎設施已經進入存量管理時代，大跨度橋樑養護工作的比重增加、難度加大是各級管理部門共同面對的挑戰。經多年發展，我國大跨度橋樑養護工作標準化程度得到提升，但面臨的問題也比較嚴峻。本文通過分析大跨徑橋樑養護現狀及養護工作的主要問題，給出針對性研究成果及工作建議，期待橋樑管養及建設部門，在設置檢修通道、掃除養護工作盲區、進行養護工作規划上投入更多精力。隨著既有橋樑使用壽命的增加及新建橋樑建成通車，我國大跨度橋樑養護工作將會愈加繁重，這既是挑戰也是機遇。相信通過不斷研究養護技術，探索橋樑養護理念，大跨度橋樑養護創新將成為助力我國基礎設施事業蓬勃發展的重要動力。

文/ 馮良平 常志軍 胡斌

作者單位/中交公路規劃設計院有限公司

編輯/陳晨

美編/落曦

責編/宋鴿

審校/盛超廖玲

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