我国公路桥梁检测评价与加固技术的现状与发展

1我国公路桥梁检测评价与加固技术的现状与发展交通部公路科学研究院，张劲泉1引言公路交通是人类社会生命线工程的重要组成部分，公路桥梁作为公路交通基础设施的咽喉工程，在公路运输系统中发挥着至关重要的作用。由于使用荷载和环境因素等的作用，将导致桥梁使用性能衰退、结构安全与耐久性降低，造成桥梁适应性不足，甚至出现桥毁人亡事故。作为人造结构物的桥梁，客观上也有其“生、老、病、死”的生存过程，采用科学的技术手段与方法对其实施及时有效的养护维修与管理，是保证其健康、安全服役，最大效能发挥其经济效益的关键。因此，桥梁养护管理技术一直以来都是国际桥梁界的关注的热点问题。发达国家的经验表明，通常桥梁在建成投入使用的20～30年后，将愈来愈多地面临耐久性降低和安全性不足等问题，且越是经济发达的国家所面临的问题越突出。我国自上世纪80年代起开始，公路建设事业步入了高速发展时期，建设了大量各类桥梁，目前公路桥梁总数已突破57万座，成为仅次于美国的世界第二桥梁大国。随着服役时间推移和交通运输事业的持续蓬勃发展，我们所面临的桥梁养护管理工作任务也日趋艰巨，客观上对桥梁检测、评价、维修加固和养护管理等技术提出了更高的要求。为适应不断增长的养护维修市场需求，解决桥梁养护工作中的瓶颈性技术问题，自上世纪60年代开始，我国在公路桥梁领域立体开展了大量科研项目和计划，尤其值得一提的是，进入21世纪后，我国交通行业主管部门加大了对相关技术研究的支持力度，通过这些项目的实施，形成了较为健全的公路桥梁养护管理技术体系，对保障桥梁安全服役和路网畅通起到了关键性支撑作用。2我国公路桥梁的技术现状截至2007年底，我国共有公路桥梁570016座/23191812延米，其中永久性桥梁552216座/22795222延米、半永久性桥梁11502座/270234延米、临时性桥2梁6298座/126357延米。公路桥梁中混凝土桥梁占到了90%以上的绝对多数。桥梁数量众多、总体技术状况不容乐观是目前我国公路桥梁的主要特点。具体表现在以下几方面：(1)公路路网中还有为数不少的半永久性桥梁（数量比：2.0%）与临时性桥梁（数量比：1.1%），它们的承载能力普遍偏低，难以适应当前交通运输需求，其抵抗自然灾害的能力较差，安全隐患突出，急需进行“永久化”改造。(2)1950年～1980年期间，按1981年以前颁布的不同版本的技术标准设计建造的桥梁，设计荷载标准偏低、桥面宽度狭窄。虽然，在“六五”、“七五”期间对它们进行了全面的技术改造，但由于当时资金有限，技术改造主要是以加固补强和加宽为主的。这些桥梁经过20余年的重载交通频繁运行，普遍老化、衰退严重，绝大多数桥梁处于“带病”工作状态。(3)八十年代前修建的少筋混凝土桥梁（如：壳体桥、少筋微弯版组合梁桥、二铰板拱和双曲拱桥等）、桁架拱桥、刚架拱桥、以及带挂孔的钢筋混凝土双悬臂结构和预应力混凝土T型刚构桥等，由于它们构造与施工上的特点以及结构体系上的弱点，使它们无法适应当前的频繁重载交通，存在冲剪与压溃破坏甚至构件掉落的危险。使用中的辽宁盘锦田庄台辽河大桥挂梁脱落就是一个典型例证。(4)八十年代修建的预应力混凝土斜拉桥、中承式和下承式吊杆拱桥，由于受当时桥梁建设技术的限制，拉索和吊杆的防腐层普遍出现过早的老化损坏，钢束和锚头锈蚀严重；加上当时对锚固区的构造以及抗风、雨振措施考虑欠合理，安全系数取值又偏小，致使拉索和吊杆易出现疲劳破坏。由于构造和手段的限制，目前对它们无法进行更深入的检查，导致拉索和吊杆的破坏存在极大的突然性。广州海印大桥斜拉索和四川宜宾小南门桥吊杆断裂破坏就是典型示例。(5)改革开放后，我国公路建设的高速发展初期建设的不少桥梁也存在安全与耐久性方面的隐患。比如：近二十年，我国在大江大河上、深沟峡谷间修建了为数众多的预应力混凝土连续梁和连续刚构桥，由于在设计和施工上存在一定的缺陷或不足，致使这些桥梁在投入使用1到6年后，普遍暴露出预应力管道压浆不饱满或漏压浆、后期预应力损失偏大，主梁跨中下挠过大、梁体斜向和纵横向开裂等危及桥梁正常使用与耐久性的缺陷与病害；再如：我国近些年修建的高速公路上，采用预制安装施工方法修建了大量的钢筋混凝土和预应力混凝土空心板3梁与小箱梁桥，这些桥梁在投入使用以后，普遍出现了梁端支承受力不匀、支座滑脱造成梁体受力不均，横向联接薄弱、铰缝纵向开裂，单板或单梁受力特征显著，在当前频繁重载交通下，存在极大的安全隐患。(6)我国地域辽阔，区域经济发展水平和自然环境差异较大，造成不同地区的桥梁病害和损伤表现出较强的区域分布特点。如沿海地区的钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁，普遍存在钢筋锈蚀、混凝土保护层层离或剥落等耐久性问题；西北、华北地区由于季节性河流较多、温差较大，下部结构的磨蚀与侵蚀问题较突出；东北等寒冷地区，混凝土桥梁结构的冻融损伤问题较典型；南方地区的基础冲刷和水毁问题较严重。(7)近些年来，由于经济的快速发展，公路交通流量出现了持续迅速的增长，加之在我国的货物运输车辆中普遍存在、屡禁不止的超载现象，极大地增加了路网中桥梁结构的负担，低等级公路上的桥梁压垮现象时有发生，高速公路桥梁也普遍暴露出过早损坏的不正常现象。(8)历年桥梁调查结果显示，我国桥梁有相当一部分处于“带病”工作甚至在“危险”状态。虽然交通运输部每年都安排大量资金用于国省道危旧桥梁的改造和技术提升，但随着我国经济的快速发展，近些年我国公路交通的通行量和单车荷载重量均呈快速增长趋势，加之我国目前公路桥梁中荷载等级较低（汽—20级以下）的桥梁总数大，尤其是农村公路上的桥梁技术状况相对较差，致使公路桥梁中的危桥比例不降反升。表2-1列举了近些年全国危桥调查的基本情况，其中1999～2005年统计结果不含农村公路，2006、2007两年统计农村公路后，危桥的数量及其所占比例均有大幅上升。近五年全国危桥的基本情况表2-1年份永久性桥梁总数危桥数量危桥所占比例（%）座数延米座数延米按座数按延米1999年230778800566144511604911.932.002000年240630865511251761866322.152.162001年28411710649704101313579093.573.362002年29939711612187108043910433.613.372003年31077312466143104433784393.363.0442004年32162613376416133034688884.143.512005年33661814747542146595373844.353.642006年5336202039909263094177817411.828.722007年5700162319181298623306870417.3013.23总的看来，我国公路桥梁的总体技术状况不容乐观。我国虽已成为世界桥梁大国，但在桥梁的养护管理方面还有很多不足和亟待解决的技术和管理问题。随着国民经济的持续发展，这些问题会不断的暴露和显现出来，并成为制约公路交通事业持续健康发展的关键因素，也将成为我国走向世界桥梁强国过程中必须突破的一个关键环节。3近年来的主要进展为解决我国公路桥梁养护管理工作中的关键技术问题，我国交通主管部门围绕桥梁养护的各个环节，持续立体开展了较系统的研究和技术推广工作，极大地丰富和完善了技术成果，形成了较完善的技术体系，提高了行业技术水平，推动了行业科技进步。尤其是“十五”以来，依托西部交通建设科技项目、部省联合攻关项目和部交通应用基础研究项目等科研项目平台，交通运输部针对制约公路桥梁养护管理的瓶颈性技术问题，把握行业热点问题和国际前沿，从基础理论研究、应用技术研发、成果转化与推广等方面设立百余项科研项目，取得了一系列技术成果与突破，主要有以下几个方面：(1)桥梁养护检查、技术状况评价与养护管理技术“七五”“、八五”和“九五”期间，通过“公路桥梁使用功能评价方法”、“公路桥梁管理信息系统”和“公路桥梁周期费用分析与状况预测模型研究”等一系列部重点项目和国家推广项目“公路桥梁管理系统推广”的实施，构建了我国公路桥梁技术状况和使用功能评价方法与标准体系。在桥梁技术状况评定方面，其主要成果是：构建了通过对桥梁各部件技术状况的综合评定，确定桥梁的技术状况等级的评定方法。本方法的核心内容将桥梁各组成部件作为“串联”系统，依据缺损程度、缺损对使用功能的影响程度、缺陷发展变化状况进行量化评分，采用标度法并叠加发展趋势修正的方法，对桥梁5各部件进行技术状况评定（详见表3-1），并在专家调查评估、层次分析和模糊评估的基础上，依据桥梁各部件重要程度采用权重理论，对桥梁的技术状况做出综合评定。桥梁技术状况综合评定模型：SBSPDWSBCIWSPCIWDCIBCI（3-1）式中：DCI、DW为桥面系的评分值及相应的权重；SPCI、SPW为上部结构的评分值及相应的权重；SBCI、SBW为下部结构的评分值及相应的权重。桥梁部件缺损及技术状况评定方法表3-1缺损状况及标度组合评定标度缺损程度及标度程度小→大少→多轻度→严重标度012缺损对结构使用功能的影响程度无、不重要小、次要大、重要0＋1＋2012123234以上两项评定组合标度01234缺损发展变化状况的修正趋向稳定发展缓慢发展较快－10＋10123123412345最终评定结果012345桥梁技术状况及分类完好良好较好较差差的危险一类二类三类四类五类在桥梁使用功能评定方面，其主要成果是基于桥梁结构缺损状况、荷载标准足够性和桥面收缩状况三个方面，在系统分析国外公路桥梁使用功能评价方法的基础上，采用层次分析理论和专家调查评估方法，提出了适合我国国情的桥梁使用功能评定模型。这成为指导我国公路养护部门制定桥梁养护、维修和改造计划，确定养护维修资金投放优先次序的重要技术依据。也为维护使用者利益和安全，保证投资效益，确定桥梁养护、维护与改善需求提供了技术手段。公路桥梁使用功能评定模型：33221151100RRRDq（3-2）式中：qD为桥梁使用功能评定值，以0~100表示，数值越小，功能缺损越大，6维修或改善需求越大；1、2、3为结构缺损状况，载重标准不足和桥面收缩功能相应的权重；1R、2R、3R为上述三项功能的缺损值，采用0~5整数权度评分，值越大缺损越小；、、分别为与公路类别、交通量、绕行距离因素相关的重要性系数。上述成果形成了我国《公路养护技术规范》(JTJ073-96)、《公路桥涵养护规范》(JTGH11-2004)和《公路桥梁技术状况评定标准》(报批稿)的核心技术依据，依据成果开发了桥梁养护管理综合系统（CBMS），并通过国家推广项目进行了推广应用，在31个省市建立了桥梁养护管理系统，入库桥梁达23万余座。这些技术成果的形成和推广应用，大大提升了我国公路桥梁日常养护工作的科学性、有效性和经济性，形成了桥梁养护的基础理论体系和应用技术平台。近10多年以来，我国特大桥建设事业的蓬勃发展，大型桥梁所具有的复杂性和特殊性对养护管理工作提出了更高的要求，特大桥养护管理技术应运而生，交通部也专门立体开展了梁桥安全预警技术和监测系统等方面的研究。虎门大桥、杭州湾大桥、苏通大桥等均结合自身特点，量身定制了各自的养护管理系统、健康检测系统和养护管理手册等技术文件。另外，在一些经济发达地区，区域公路基础设施的安全问题变得日益突出，桥梁因其在道路运输系统中的重要性，往往被寄予高度关注。北京市就在2008年专门设立了“桥梁结构安全监测与养护管理技术研究”项目，以期系统研究解决桥梁的使用安全与保障等问题。(2)桥梁检测与承载力评定方法桥梁检测与承载力评定技术是判定桥梁安全性的重要手段和依据，是桥梁评定的最核心内容，其涉及检测、荷载试验、评定方法和检测仪器设备等多方面内容。图3-1桥梁养护管理综合系统7我国自“六五”期间开始加大力度开展相关理论和应用技术研究。“九五”之前，通过“大跨径混凝土桥梁的试验方法”、“桥梁检测与试验设备”、“用动力法快速检测钢筋混凝土筒支梁