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国省干线公路桥梁预防性养护技术及病害分析 ——以镇江市为例

时间:2023-09-11 20:06:27

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国省干线公路桥梁预防性养护技术及病害分析 ——以镇江市为例

桥梁作为公路的重要组成部分,其技术状况和安全性能直接关系到整个路网的正常运营。桥梁在运营过程中,由于频繁承载甚至超载,加之自然条件的侵蚀和交通事故等因素的影响,其损伤和局部破坏不可避免。同时,随着使用年限的增加,桥梁损伤的种类和部位也越来越多,程度也日益严重[1]。为适应交通运输发展的需要,传统的矫正性养护方式已不能满足现代桥梁使用的要求,要改变目前被动养护的局面,最有效的方法是实施预防性养护[2]。桥梁预防性养护是指在桥梁还未发生损坏前或产生轻微病害尚未影响正常使用和承载能力前,通过前瞻性和预见性的调查手段及时发现桥梁性能退化迹象,对症采取保护性养护措施,防止微小病害进一步扩大,以减缓桥梁使用性能恶化速度,使桥梁始终处于良好的服务状态。因此,桥梁处于什么样的技术状况是决定其能否开展预防性养护的前提条件。本文通过对江苏省镇江市主要国省干线公路桥梁技术状况进行统计分析,从整体上把握服役桥梁的现状,建立桥梁技术状况预测模型,确定属于预防性养护范畴的病害,提出推进桥梁预防性养护技术的对策。

主要包括以下几个方面:一是各地农村饮水安全工程建设中管材选型,二是各地农村供水工程管材使用的经验,三是各地农村供水工程管材使用中存在的问题。通过调研,对工程建设中管材的采购方式、政府主管部门对管材质量的监管、材料选用、施工安装及工程运行过程中存在的问题等进行全面了解。

1 桥梁技术状况调查分析

1.1 桥梁数量及类型

镇江市主要国省干线公路共有12条,分别为G104、G312、G523、S122、S238、S241、S243、S226、S308、S337、S338和S340,分别分布在句容市、丹阳市、扬中市、丹徒区、镇江市市区和G312国道镇江段公路养护站6个区域,共有桥梁187座,跨径总长20 953.54 m。各区域桥梁类型及使用年限统计如图1所示。

,江西省强对流天气多、降雨量大、覆盖范围广,全省共出现24次明显降雨过程,1月1日至11月10日,全省平均降雨量达1857mm,比常年多20%。各级政府、防汛部门高度重视山洪灾害防御工作。

(a) 跨径 (b) 桥型

(c) 上部结构形式 (d) 使用年限

图1 各区域桥梁类型及使用年限统计

由图1可以看出,镇江市主要国省干线公路桥梁中:①中桥所占比例最高,为51%,小桥占比次之,为35%,两者合计占比为86%。②梁式桥所占比例最高,为98%。③空心板梁桥占比最高,为84%。④使用年限为6~的桥梁占比最高,为27%;使用年限为26~30年的桥梁占比次之,为25%;使用年限分别为<5年、11~和16~的桥梁所占比例相差不大,分别为16%、10%和14%;使用年限超过30年的桥梁占比最小,仅为1%。根据《公路桥涵设计通用规范》[3],镇江市主要国省干线公路桥梁的主体结构均未达到设计使用年限,但部分桥梁(47%)的栏杆、伸缩缝和支座等可更换部件超过了设计使用年限。

1.2 桥梁技术状况

本文根据《公路桥梁技术状况评定标准》[4],对上述187座桥梁进行技术状况评定。在进行桥梁技术状况评定时,左右幅分别按2座桥梁评定,独立匝道按1座桥梁评定,共计360座桥梁。同幅主引桥分别评定,以最低评分作为该幅桥最终评定结果;左右幅分别评定,以最低评分作为整桥的最终评定结果。360座桥梁的技术状况评定结果统计如图2所示。

(a) 整体 (b) 桥面系

(c) 上部结构 (d) 下部结构

图2360座桥梁的技术状况评定结果统计

为了明确数量和程度用语的含义,本文定义10%以下为“个别”,10%~50%为“部分”,50%以上为“大部分”。由图2可以看出:①就桥梁整体技术状况而言,所有桥梁均为Ⅰ类或Ⅱ类等级。其中,大部分为Ⅱ类等级,部分为Ⅰ类等级,不存在Ⅲ类及以下等级。②就桥面系技术状况而言,大部分桥梁为Ⅱ类等级,部分桥梁为Ⅰ类等级,个别桥梁为Ⅲ类等级,不存在Ⅲ类以下等级。③就上部结构技术状况而言,大部分桥梁为Ⅱ类等级,部分桥梁为Ⅰ类等级,个别桥梁为Ⅲ类等级,不存在Ⅲ类以下等级。④就下部结构技术状况而言,所有桥梁均为Ⅰ类或Ⅱ类等级。其中,大部分为Ⅰ类等级,部分为Ⅱ类等级,不存在Ⅲ类及Ⅲ类以下等级。

综上可知,桥梁下部结构的技术状况较好,上部结构和桥面系的技术状况较差,且桥面系更为严重,这与桥面系直接承受荷载有关。因此,上部结构和桥面系是定期检查和日常养护的重点部位。各线路桥梁技术状况评定结果统计如图3所示。

图3 各线路桥梁技术状况评定结果统计

由图3可以看出,镇江市各主要国省干线公路中,S340和S226的桥梁技术状况较差,所有桥梁均为Ⅱ类等级,等级较高且较新的G523和G104的桥梁技术状况较好,Ⅰ类桥梁比例达到或超过了50%。

1.3 桥梁技术状况与使用年限

不同使用年限桥梁的技术状况评定结果统计如图4所示。

一般来说,一个人的好奇心越重,生命力也就越强。年轻人精力充沛,所以对各种事情才格外好奇,对外部世界有极大的新奇感,这都是自然的。还有许多人担心自己被时代抛在后面,没法与大家对话,总想知道更多的事情。不要封闭自己,这是我们被一再告诫的。

(a) 桥面系

(b) 上部结构

(c) 下部结构

(d) 单体

(e) 整体

图4 不同使用年限桥梁的技术状况评定结果统计

由图4可以看出,使用年限为0~25年的桥梁的技术状况基本呈下降趋势,且下部结构表现最为显著;使用年限超过25年后,桥梁的技术状况呈现出一定的提升,这与“对桥面系和上部结构为Ⅲ类的桥梁进行中修、对Ⅱ类桥梁进行小修和对Ⅰ类桥梁进行正常保养”的相关规定有关;在此之后,桥面系的技术状况又呈现出明显的下降趋势。

《公路桥梁技术状况评定标准》将桥梁总体技术状况划分为Ⅰ~Ⅴ类共5个等级[4]。结合桥梁预防性养护的概念,将桥梁预防性养护的对象确定为技术状况为Ⅰ类和Ⅱ类的桥梁。上述桥梁技术状况调查分析表明,镇江市主要国省干线公路桥梁均能维持正常的使用功能,从技术状况层面上为开展桥梁预防性养护提供了良好的基础。

2 桥梁技术状况预测

桥梁技术状况的退化受到多种因素的影响,是一个非线性的过程[5-6]。因此,本文采用非线性退化模型进行桥梁技术状况的预测,非线性退化模型如式(1)所示。桥梁技术状况退化曲线如图5所示。

南宋以降的史乘、笔记小说、方志都有中原移民南方的记载,庄绰《鸡肋编》称:“建炎之后,江、浙、湖、湘、闽、广西北流寓之人遍满。”叶绍翁《四朝闻见录》云:“绍兴和议既坚,淮民咸知生聚之乐,桑麦大稔。福建号为乐区,负戴而之者谓之‘反淮南’。”据福建研究客家的学者谢重光对闽西客家族谱进行统计,闽西客家78个种姓中迁徙了156次,“其中除12种姓不是宋代迁入外,其余的六七十种姓氏,都有在宋代时入迁闽西的支派”。平江府(今江苏常州)、建康府(今江苏南京)、临安府(今浙江杭州)等地也涌入了大量中原移民。如淳熙十一年平江府有“土著居民8.3万户,外来移民及其后裔约有9万户,确实多于当地人”。

(1)

式中,D(t)为桥梁结构在t时刻的技术状况;D0为桥梁结构的初始技术状况;α为桥梁技术状况退化速率参数;β为环境影响系数;t1为桥梁技术状况开始退化的时间。

图5 桥梁技术状况退化曲线

结合建成后未进行过大规模维修的镇江市国省干线公路桥梁技术状况的长期检测评定数据,进行参数回归分析拟合,以反映桥梁在自然状况下的劣化趋势,可以得出适用于镇江市国省干线公路桥梁的退化模型参数,即α=0.55,β=0.002 5,t1=4,如式(2)所示。

(2)

由式(2)可以得出,在自然劣化状态下,当使用年限t=17时,桥梁技术状况D<80分,为Ⅲ类桥梁。因此,从桥梁技术状况层面确定的预防性养护时机为第。

3 桥梁常见病害调查分析

3.1 桥梁常见病害

根据定期检查结果,对桥梁常见病害进行统计,具体如图6所示。

(a) 上部结构病害

(b) 支座病害

(c) 下部结构病害

(d) 桥面系病害

图6 桥梁常见病害统计

由图6可以看出:①对于桥梁上部结构而言,混凝土剥落、掉角、破损,铰缝脱落、渗水、析白,钢筋锈蚀,混凝土蜂窝、麻面以及梁板渗水、析白等病害的发生频率较高,需要重点关注。②对于桥梁支座而言,剪切变形、开裂、外鼓和脱空病害的发生频率较高,均超过10%,其中尤以支座外鼓和脱空最为频繁。③对于下部结构而言,护坡、锥坡杂草丛生,墩身破损、钢筋锈蚀,盖梁裂缝、露筋、破损,台背破损、排水不良,台身破损、裂缝、钢筋锈蚀及台帽开裂、露筋锈蚀病害的发生频率较高,均超过10%,其中尤以盖梁裂缝、露筋、破损最为频繁。④对于桥面系而言,伸缩缝锚固区混凝土开裂、破损病害的发生频率最高,超过50%,需要重点关注。

3.2 常见病害成因分析

1) 混凝土剥落、掉角、破损

混凝土保护层不足,表面混凝土破损后,导致钢筋发生氧化反应,桥面雨水渗入侵蚀上部结构,梁板长期处在潮湿环境下,导致表面混凝土起壳、剥落。

2) 铰缝病害

在新的发展形势下,广播电视媒体与互联网思维的融合是必然趋势,在二者融合的过程中,要相互汲取对方的优势,两者都需要进行改革和创新,实现求同存异,相互发展、相互补充的目的。新媒体形式重视的是信息建设,节目的方式与广播电视媒体类似,但也拥有完善的与用户互动的方法。而广播电视更加重视在信息方面的传播。所以,在广播电视与互联网媒体的融合中,就要借助新媒体的互动方法、广播电视的信息传播价值,为用户带来更好的信息接收体验和感受。

铰缝受剪截面小,且深度不够,缝内没有钢筋连接,横向连接弱,无法承担横向荷载。绞缝为后浇混凝土,与预制空心板连接时,新旧混凝土结合面间抗拉强度大大降低。铰缝宽度不够,混凝土不易浇筑均匀密实,内部易形成孔洞,应力集中效应明显。在车辆荷载下,铰缝易出现疲劳破坏。

3) 支座外鼓和脱空

当橡胶与支座内加劲钢板之间黏结不良时,在竖向力作用下易导致钢板与橡胶脱离,进而引起橡胶不均匀鼓凸。结构自重不均衡和车辆偏载会导致支座脱空。

最后,同伴反馈的再分类。 梳理同伴反馈内容和功能分类的相关文献后发现:①学者们将表达支持/反对同伴写作文本的评论单独列为一类,如,评价反馈、情感反馈和验证反馈; ②对同伴反馈内容分类的研究较多且比较系统,对功能分类的研究较少且系统性不强; ③同伴反馈按内容的分类存在与功能分类诸多重叠现象,如表扬、批评、鼓励反馈等。 而且,不论是同伴反馈内容的分类还是功能的分类,都是体现反馈的两大方面:激励和提供信息。 因此,本文整合学者们对于反馈内容和反馈功能的分类,避免以往分类的重叠部分。

4) 盖梁裂缝、露筋、破损

盖梁最大拉应力位于桥墩顶处上缘,盖梁墩顶处上缘纵向裂缝与承受的作用力有关,为受力裂缝。盖梁上缘其他部位拉应力处于较低水平,裂缝主要是温差和混凝土收缩所致。桥梁伸缩缝不能正常伸缩,导致盖梁出现斜向裂缝,裂缝靠近两边支座,呈45°向两侧发展,严重时甚至贯穿盖梁底部。边缘处和施工振捣不均匀处易发生混凝土剥落、露筋等病害。钢筋长期暴露在空气中极易发生锈蚀。

通过几年的治理,项目规模大,质量高。坡改梯工程布局合理,路沟池凼配套齐全,梯坎牢固,梯面平整,土层深厚。经果林、水保林适地适树,工程整地,栽植规范,成活率高,苗木长势喜人。先后涌现出开县津关溪小流域五坝坡改梯、五坝柑橘园、津关沼气工程,周家沟小流域桑坪坡改梯、毛成油桃园和沿江溪小流域宝丰梨园、宝丰水保林、中山农村饮水工程等规模大、质量高的治理工程(治理点)。

5) 伸缩缝锚固区混凝土开裂、破损

产业动态区域集聚指数,反映出一定时间段内某一产业向某地区的聚集情况,体现了产业在区域间转移的方向和速度。产业动态集聚指数小于1代表产业转出,而且数值越小,表示转出强度越大;产业动态集聚指数大于1代表产业转入,而且数值越大,表示转入强度越大。公式为:

推进管理会计在全面预算管理中的整合,还应该注重将企业的管理会计、预算管理以及绩效评价体系系统的整合,通过企业全面预算分解企业的战略发展目标,明确企业的阶段性目标,根据企业战略目标的推进实施,对企业经营发展实际情况进行全面的掌握分析,同时设定科学合理的考核指标,准确的掌握全面预算的绩效情况,进而以绩效考核为企业的全面预算执行情况以及目标完成情况提供准确的依据。此外,还应该将绩效考核情况与企业内部的奖惩机制挂钩,更好的促进企业全面预算管理目标的实现。

伸缩缝装置施工安装时,后浇混凝土振捣不足导致其密实度差,混凝土强度达不到要求,使伸缩缝装置两侧混凝土易发生破损。运营阶段受到行驶车辆冲击及主体结构振动将会造成混凝土破碎。

4 预防性养护病害的确定

桥梁病害多种多样,并不是所有病害都适合采用预防性养护措施,如严重病害必须采取矫正性养护措施。当桥梁总体技术状况评定等级为Ⅱ类时,桥梁“有轻微缺损,对桥梁使用功能无影响”,显然,此时进行预防性养护较为合理;当桥梁总体技术状况评定等级为Ⅲ类时,桥梁“有中等缺损,尚能维持正常使用功能”,已经与预防性养护的初衷不符。因此,桥梁预防性养护的对象为技术状况评定等级为Ⅰ类和Ⅱ类的桥梁。《公路桥梁技术状况评定标准》对桥梁技术状况的评定过程能够反映出不同病害类型和严重程度对桥梁技术状况的影响,采用分层评定法对混凝土梁式桥常见病害进行评定,将使桥梁技术状况为Ⅰ类和Ⅱ类的病害确定为预防性养护病害的范畴。此外,考虑到单因素分析及桥梁结构组成权重的影响,对于主要部件,超过标度为3的病害不作为预防性养护病害的范畴,对于次要部件,超过标度为2的病害不作为预防性养护病害的范畴。预防性养护病害确定流程如图7所示。

根据图7所示流程,可以确定混凝土桥梁预防性养护病害及养护对策。部分混凝土桥梁预防性养护病害及对策如表1所示。

图7 预防性养护病害确定流程

表1 部分混凝土桥梁预防性养护病害及对策

病害类型病害特征定性描述定量描述养护对策上部结构剥落、掉角局部混凝土剥落或掉角,较大范围混凝土剥落或掉角累计面积<构件面积10%,或单处面积<1.0 m2修补表面缺陷、贴碳纤维布、粘结界面胶、防腐涂装支座支座老化变质、开裂轻微老化,表面有脏污,出现裂缝裂缝宽度≤1.0 mm,裂缝长度≤相应边长的25%环氧树脂砂浆填充、更换支座下部结构墩身裂缝较少裂缝,缝宽未超限缝长≤墩身直径或墩身宽度的1/8缝宽<0.2 mm:喷涂、粘贴碳纤维布、表面封闭缝宽≥0.2 mm:灌浆法封闭灌浆、压力注浆桥面系沥青混凝土桥面铺装变形局部出现波浪拥包波浪拥包面积≤10%,波峰波谷高差≤25 mm精铣刨、铣刨重铺、就地热再生

通过以上分析可知,大部分预防性养护病害属于《公路桥梁技术状况评定标准》中标度为1~2或1~3范围内的病害,所占比例为58.43%,即此类病害为局部轻度缺损和污染,或出现轻度功能性病害,但发展缓慢,尚能维持正常的使用功能。

5 小结

(1) 镇江市主要国省干线公路桥梁以中小型空心板梁式桥为主,且主体结构均未超过设计使用年限,但部分桥梁的可更换部件,如栏杆、伸缩缝和支座等超过设计使用年限。

(2) 就整体技术状况和下部结构技术状况而言,镇江市主要国省干线公路桥梁均为Ⅰ类或Ⅱ类等级,不存在Ⅲ类及以下等级;就桥面系技术状况和上部结构技术状况而言,大部分桥梁为Ⅱ类等级,个别桥梁为Ⅲ类等级,不存在Ⅲ类以下等级,为开展预防性养护提供了良好的基础。

(3) 采用非线性指数型退化模型对桥梁结构寿命进行预测,计算简单,使用方便,且对检测时间的选取没有特别的要求,为确定预防性养护的时机提供了技术支撑。从桥梁技术状况层面确定的预防性养护时机为第。

(4) 根据桥梁预防性养护的内涵,将桥梁预防性养护的对象确定为技术状况为Ⅰ类和Ⅱ类的桥梁。采用分层评定法进行计算,得出大部分预防性养护病害属于标度为1~2或1~3范围内的病害,其所占比例为58.43%。

参考文献

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[6]彭建新.基于寿命周期成本的桥梁全寿命设计方法研究[D].长沙: 湖南大学, .

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