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摘要：為研究寒冷地區高速公路中小跨徑橋梁典型病害特征及關聯因素，系統性統計橋梁檢測多維多源數據，分析高速公路中小跨徑橋梁典型病害特征，定量描述了各類病害，結合多種類型病害及關聯因素，挖掘出不同因素與高速公路中小跨徑橋梁主要病害的相關性。本文選擇運營時間、跨徑兩個指標和3個橋梁部位病害指標(上部承重結構、橋墩、橋臺),通過實際調查寒冷地區1379座高速公路中小跨徑橋梁不同部位病害的數目,來分析寒冷地區中小跨徑橋梁病害特征及關聯因素。
關鍵詞：寒冷地區；中小跨徑橋梁；大數據；病害規律；相關性
1概述
據統計，我國2019年全國公路橋梁總量達87.83萬座，年增速3%。隨著橋梁服役時間的推移，材料性能衰退、結構損傷發展等因素影響，橋梁的承載能力會逐步減小。相關文獻統計，我國公路橋梁不同結構形式的平均大修年限為30年。養護維修中，往往對大橋、特大橋使用安全性關注度較高，忽略中小橋的安全運營。中小跨徑橋梁在東北地區高速公路橋梁中占比達80%以上。研究寒冷地區高速公路中小橋典型病害分布及發展規律，分析中小跨徑橋梁病害特征及關聯因素對橋梁的長期安全運行與養護維修方案有極大的影響。
2橋梁病害調查
為了客觀和全面的了解寒冷地區中小跨徑橋梁的現狀，需對該地區在役橋梁進行詳細地調查，把握橋梁的總體情況。此次調查選取1379座高速公路中小跨徑橋梁，數據調查截止時間為2020年。依據《公路橋涵養護規范》（JTGH11-2004）、《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/TH21-2011），對橋梁主要部件及其附屬結構進行現場檢測，并針對梁（板）、橋臺、橋墩、基礎構件的麻面、剝落、裂縫、滲水泛堿、位移、空洞、孔洞、沖刷、淘空等病害從位置、面積、深度、長度、寬度等方面進行詳細調查，根據病害類型、嚴重程度、位置進行分類整理。
3病害特征分析
根據橋梁檢測數據庫，選取橋梁主要構件的病害有效數據信息進行病害特征歸類及統計分析，得到橋梁主要構件不同病害比例。橋面系病害日常維修頻率高，病害數據誤差較大，不進行統計分析。由圖1可以看出，在中小跨徑橋梁中，上部承重構件及橋臺發生病害的的比例較大。上部承重構件發生的主要病害類型是梁（板）剝落，病害占比達23.2%，且病害發展較快。尤其是邊梁（板）對應泄水孔處混凝土腐蝕最為普遍，該類病害發展迅速，一般2～3年，混凝土腐蝕深度就能超過鋼筋保護層厚度，導致鋼筋腐蝕，同時鋼筋銹蝕、膨脹，又加劇了混凝土的剝落。本文中橋梁所在地區為寒冷地區，年降雪周期長達6個月，年平均降雪日數為23天，年降雪量30毫米以上。冬季向橋面撒鹽化雪除冰，使得橋面水中含有大量氯離子，加劇了對混凝土的腐蝕。橋面雨水經泄水管、伸縮縫、橋面鋪裝裂縫等滲透、漫流至梁（板）、橋墩、橋臺，腐蝕混凝土。同時在凍融循環的反復作用下，容易導致混凝土開裂和剝落，加劇了混凝土的破壞程度和速率。橋臺發生的主要病害是橋臺剝落、橋臺豎向裂縫，病害占比分別為27.4%與14.5%。中小跨徑橋梁的臺帽、臺身出現混凝土腐蝕、剝落、露筋的病害非常普遍。該類橋橋臺頂多為橋面連續結構，橋面橫向開裂較為普遍，橋面雨水(摻和冬季除雪除冰鹽氯離子)下滲入侵混凝土，腐蝕鋼筋。本文所調查橋梁基本處于平原、丘陵地區，中小橋橋臺多為鋼筋混凝土薄壁臺，受車輛荷載、溫度、基礎沉降、施工工藝等因素影響，臺身易產生豎向裂縫。橋墩病害所占比例均較小，主要是因為中小跨徑橋梁中橋墩構件數量較少，且橋面多無伸縮縫，減少了橋面雨水對橋墩結構的腐蝕。
4病害關聯性分析
4.1病害與運營時間的關聯性本文所選取橋梁共涉及5種建成年限，時間間隔為5~6年。根據橋梁建成年限不同，將病害進行統計分析，得到橋梁各構件病害比例如表1所示。2018年建成橋梁由于運營時間短，處于病害形成初期階段，各病害比例較為均勻，但梁（板）剝落、橋臺剝落、橋臺裂縫仍處于較高比例，與其它4重建成年限病害發展規律相符。隨著病害的發展，占比較高的麻面病害逐步發展為剝落病害，將進一步提高剝落病害比例。橋臺裂縫病害雖然占比較高，但隨著運營時間的增加，其病害比例并未增加。2013、2008、2002、1996年的橋梁，其橋臺裂縫占比基本一致，這也與橋臺裂縫病害的發展規律相符。隨著時間的推移，溫度、基礎沉降、施工工藝等因素影響對橋臺的影響減弱，不再出現新的裂縫，裂縫數量及寬度趨于穩定狀態。（圖2）隨著運營時間的增加，梁（板）剝落、橋臺剝落病害逐漸增加，運營時間為2~12年（以2020年為統計節點）時病害增長速度高于運營時間，為18、24年。
4.2病害與跨徑的關聯性根據橋梁的跨徑不同，將病害數據進行分類。分別按6m、8m、10m、13m、16m、20m，六種跨徑進行統計分析，得到以下數據。（表2）由跨徑-病害分布圖可以發現，在中小跨徑橋梁中，梁（板）剝落、麻面病害隨跨徑長度的變化趨勢基本一致，病害占比隨著跨徑的增大而增加。在6m、8m跨徑橋梁中該類病害占比明顯低于10m以上跨徑橋梁。這與橋面排水形式、橋面匯水面積、結構形式有一定關系。6m、8m跨徑橋梁泄水管少，甚至不設置泄水管，通過橋面縱坡排水；且橋梁跨徑越小，其橋面匯水面積越小。以上兩點使橋面滲透、漫流至梁（板）的雨水減少，降低對梁（板）的腐蝕。10m以上跨徑橋梁基本為空心板結構，而6m、8m跨徑橋梁中整體現澆板結構占有一定比例，整體現澆板結構無鉸縫，可避免鉸縫處滲水腐蝕梁（板）。（圖3）橋臺剝落、橋臺裂縫病害與跨徑長度的變化趨勢相反，6m、8m、10m跨徑橋梁中該類病害占比明顯高于13m以上跨徑橋梁。10m以下跨徑橋梁的橋臺多為薄壁臺，該類橋臺易產生豎向裂縫，且橋頭處易滲水腐蝕橋臺。13m以上跨徑橋梁，其橋臺中柱式臺、肋板臺增多，該類橋臺不易產生豎向裂縫，且橋墩構件增多，橋臺構件所占比重降低，在病害中占比隨之降低。
5結論
5.1在中小跨徑橋梁中，梁（板）剝落、橋臺剝落、橋臺豎向裂縫病害的比例較大。
5.2梁（板）剝落病害占比達較大，且病害發展較快。尤其是邊梁（板）對應泄水孔處混凝土腐蝕最為普遍。隨著運營時間的增加，梁（板）剝落病害逐漸增加，運營時間為2~12年（以2020年為統計節點）時病害增長速度高于運營時間，為18、24年。梁（板）剝落病害隨跨徑長度的變化趨勢基本一致，病害占比隨著跨徑的增大而增加。在10m以上跨徑橋梁中該類病害占比明顯高于6m、8m跨徑橋梁。
5.3橋臺發生的主要病害類型是橋臺剝落、橋臺豎向裂縫。橋臺裂縫病害雖然占比較高，但隨著運營時間的增加，其病害比例并未增加。橋臺剝落、橋臺裂縫病害與跨徑長度的變化趨勢相反，6m、8m、10m跨徑橋梁中該類病害占比明顯高于13m以上跨徑橋梁。
參考文獻
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作者:閔兆興 單位:遼寧省交通規劃設計院有限責任公司