基于检测数据的城市桥梁主要病害分析与防治对策

胡正河

（邢台市信都区地方道路管理站，河北邢台 054000）

1 城市桥梁的现状调查

某城市位于长江中下游地带，其下属的某一区内河流纵横，分布密集，故而为便利出行，该城区范围内拥有大量的桥梁工程，且大多有一定的使用年限。经实际对区域内桥梁数量的统计，发现该区内桥梁总共达到236个，一般分布在老城区以及其他区镇范围。根据该城市于2016年所作的统计显示，该区的城市桥梁与全市所有总数的比值占到了约十分之一。该区域内的城市桥梁数量变化具体如图1所示，其中该时间段的桥梁BCI（城市桥梁状况指数）评分如图2所示，经检测判断为不合格桥梁在全部桥梁中的占比如图3所示。时间跨度为2007年至2016年间。

图1 十年间的区内城市桥梁数量变化

图2 十年间全桥BCI的平均值变化

图3 十年间不合格桥梁的占比

由图1～图3的相关数据可知，该区的城市桥梁数量总体在十年内有所波动，基本表现为缓慢的增长趋势。但在全桥的城市桥梁状况指数方面，在十年区间内基本呈现为不断下降的形势，表明该区的城市桥梁整体使用性能与技术检测情况不容乐观，评分不断走低，同时其趋势和幅度也比较显著。另外也可看出，该区的所被判断为不合格桥梁的占比也逐年上升，表明现存桥梁病害较大，且逐年加大，导致桥梁功能遭受相应的影响。

2 城市桥梁的主要病害类型与原因分析

2.1 桥面系的主要损坏情况分析

桥面系的评定项目主要分为六类，既包括桥面的铺装、伸缩缝以及桥头的平顺度等主要指标，也包括排水系统、人行道块件以及防护栏杆与护栏等辅助性指标，本次列出了十年间的其中的两项技术状况评价项目，即桥头平顺度与伸缩缝的损毁情况，具体可参见图4所示。

由图4中发展趋势可以看出，桥梁伸缩缝的损坏占比在十年间逐步上升，其中2011年损坏比例增加尤其明显。另外，桥梁伸缩缝是城市桥梁桥面系的主要部件，属于技术状况评价的主要指标，但全区范围内接近有一般的桥梁的伸缩缝都或多或少存在伸缩缝的病害现象，实际中发现大多为伸缩缝渗水以及被堵塞等现象较为频繁和常见。同时，对桥头平顺度而言，其对城市桥梁的通行效果影响较大，其损坏占比也呈现整体上升趋势，且全区范围内也达到了约40%的桥梁病害发生率。桥梁伸缩缝的损坏以及桥头平顺度的不佳状况，反映了该区城市桥梁在例行养护方面有漏洞，是日常管理中比较明显的薄弱一环。

图4 十年间的桥头平顺度、伸缩缝损坏占比

2.2 上部结构的主要损坏情况分析

桥梁上部结构的评定项目主要分为五类，主要由梁式组件、钢结构物以及横向联系等指标构成，本次列出了十年间的其中主要的一项技术状况评价项目，即横向联系的损毁情况，具体可参见图5所示。

图5 十年间的桥梁横向联系损坏占比

由图5中发展趋势可以看出，桥梁横向联系的损坏占比在十年间呈现逐步上升，其中2013与2016年的损坏比例增加尤其明显。横向联系是桥梁整体性的一个体现，其损坏将对桥梁的承载能力以及横向方面的整体性能有着显著的不良影响，桥梁横向联系的损坏占比约为20%附近，表明该城市桥梁的简支板梁间的铰缝损坏这一病害比较频繁，这也从另外一方面表明了这十年间桥梁所承受的荷载大小、数量以及频率等都增加明显。

2.3 下部结构的主要损坏情况分析

桥梁下部结构的评定项目也是主要分为五类，主要由基础、桥墩的墩台身以及桥梁台帽盖梁等指标构成，本次列出了十年间的其中主要的一项技术状况评价项目，即桥梁台帽盖梁的损毁情况，具体可参见图6所示。

由图6中发展趋势可以看出，桥梁台帽盖梁的损坏占比在十年间呈现为逐步上升的趋势，其中各年间的损坏比例增加较为平均。在实际调查中发现，桥梁台帽盖梁的损坏主要发生在桥梁侧面，其中的挡块较多出现了剪切裂缝，其原因是挡块遭受了桥梁横向变形所带来的挤压作用所致。桥梁台帽盖梁的损坏尽管对城市桥梁的实质性承载能力没有显著的减弱作用，但还是表明了该城市桥梁的下部结构在日常养护中存在不足。

图6 十年间的桥梁台帽盖梁损坏占比

2.4 城市桥梁主要病害的原因分析

通过前文所述的三种桥梁结构病害的检测数据可知，桥面系、上部结构、下部结构等经典病害的发展趋势总体上均呈现为上升趋势，经城市桥梁的总体技术状况分析与专家分析，可将原因分析总结为三个主要方面：

（1）该区内的出行交通量增幅明显，相应的城市桥梁所需要承受的交通载荷也出现明显上升，由此对城市桥梁的总体技术现状提出更高要求与更大压力。

（2）该区内的城市桥梁日常管理与例行检查方面存在一定的缺陷，不能满足相应标准的养护要求，导致城市桥梁的病害不断发展与蔓延，没有得到有效控制。

（3）被判断为不合格桥梁的占比逐年上升趋势，表明不合格桥梁的总数不断攀升，反映了该区针对城市桥梁的工程性技术措施防治不到位，全区的城市桥梁有一定的占比均为带病服役，对潜在的通行安全造成威胁，且该类桥梁的不断增多使全区的桥梁技术状况评价不断走低。

3 城市桥梁主要病害的防治对策和建议

3.1 对城市桥梁加强维修与定期保养

以伸缩缝的防治为例，主要是对城区的桥梁进行专门的伸缩缝维护与修理，并应用新材料与新技术手段，从而使伸缩缝正常功能恢复，减少对其平常养护量。

本区区域内中小型桥梁较多，且为伸缩缝病害的主要发生位置。针对这一特点，调查发现，多数伸缩缝采用的是简易或型钢伸缩缝，其占全部的数量达85%。伸缩缝堵塞后，将产生附加病害，如桥头桥车现象以及桥面无法排水而积水等，对交通出行体验造成不良影响，更重要的是其会导致桥梁结构不能正常伸缩变形，引发应力集中，损坏结构性能。

基于此，该区的市政相关部门针对这一问题进行了专项维修，主要是采用新型弹塑体材料，去覆盖填充伸缩缝，从而省去清理工作，桥面积水问题也得以解决，改善了行车舒适性。经弹塑体材料的使用记录，其耐久性良好，6年内没有发生老化及性能下降的情况，且在桥梁铺装维修后仍能发挥功能，在城区轻交通工况较为适应。新型弹塑体材料使该区的中小型桥梁伸缩缝功能得到有效恢复，实施效果良好。其主要工艺步骤如图7所示。

图7 新型弹塑体材料的伸缩缝主要工艺步骤

3.2 对城市桥梁进行定期检测与科学判断

以横向联系为例，在对城市桥梁进行定期检测时，为合理地对桥梁技术现状进行评估，对其铰缝的损坏情况尽快科学界定，应采用新型检测技术与判断准则。

在桥梁横向联系的检测过程中，发现其部分损坏情况较为严重，对桥梁整体的承载能力影响明显，尤其是空心板梁间的铰缝受损时，且已导致部分桥梁实行限载的情况。为此，准确对桥梁横向联系的受损程度进行科学判断，并基于此进行相应的合理措施维修，是摆在城市桥梁治理者面前的重要难题。

在该区城市桥梁的定期检测时，相关市政部门为对铰缝的破损情况进行程度鉴定，使用了相对位移法的原理，并实行了铰缝专项检查（主要针对铺装层有纵向裂缝的桥梁）。与此同时，在铰缝损坏的程度判定准则方面，引入了无量纲的统计特征值α。

假设所测试桥孔的跨径为L，铰缝相对位移最大值设为Δ，则由以下计算公式，即可得到无量纲的统计特征值α，即为判定系数。

对于不同的铰缝结构的损坏状态，其相应的无量纲参数α的界限值具体参见表1所示。

表1 对应铰缝不同状态的α界限值

在该区城市桥梁被检测的37条铰缝中，按照表1的判定方法，只有一座桥梁出现了α界限值大于0.57的情况，因此其被定为铰缝破坏；另有9条铰缝的α值在0.14～0.57区间内，虽然也有一系列的表观病害，例如铺装层渗水以及纵向开裂等，但遵照判定方法，仍被定为铰缝损坏的程度；而受检测的其余的27条铰缝中，相应的α界限值均较低，故归属于完好状态。

综上所述，基于相对位移法的检测和统计特征值α的判定准则，在铰缝损坏程度的科学界定方面具有良好的可靠性和操作性。针对铰缝界定为破坏的，应当对其优先进行整治维修，因铰缝破坏后，相邻的空心板梁为单梁受力，该受力状况十分不利于正常的安全承载。而对于铰缝被损坏状态的，则要综合相关因素，如桥梁的损坏程度、通行压力等，再应用封闭注胶等合理的整治措施，使城市桥梁的横向整体性得以提升，从而有效控制铰缝损坏的发展进程，延长使用寿命。

3.3 对城市桥梁制定管理措施与改建计划

为实现对区内城市桥梁的有效管理，对于那些判定为不合格的桥梁，首先要研究考察其病害程度、现场条件以及通行压力等方面因素，既要加强日常管理，如例行巡查、限高限载等，也要迅速采取工程性措施，尽快制定针对不合格桥梁的改造维修计划，争取早日将桥梁的技术状况得以恢复。

以本次检测判定为不合格的9座桥梁为例进行分析：有4座属于区级文物保护单位或文物保护点，其已经不存在通行价值，但文物价值较高，故需要在落实封闭措施的基础上，按照修旧如旧的准则进行保护性维修；另有4座桥梁为钢筋混凝土桥梁，其建设于20世纪五十年代，部分构件老化程度大，如盖梁、墩台、板梁等，且设计使用寿命已经超过，故而需要采取拆除后重建的措施；剩余的一座不合格桥梁的下部结构发生了深度的碱骨料病害现象，该桥位于主干路沿线，因此应结合城区道路的改建计划进行相应的改建处理，从而避免潜在隐患。

4 结语

在城市化进程快速推进的当下，城市桥梁的通行压力和承载能力要求有了进一步的提高，其面临的病害问题对人们的日常出行和交通安全造成了较大的影响，越来越得到各界的关注。因此，对其存在的病害问题进行分析，科学采取针对性的技术措施和管理手段非常有必要。

本文以长江中下游某城区内的桥梁为例，对其在十年间的桥梁数量、BCI指标以及不合格桥梁比例进行了统计。在此基础上，结合检测数据分析了其病害现状与主要分析，最后采取了针对性的有效措施，取得了良好的防治效果，为此类城市桥梁病害分析与处理提供借鉴思路。