基于橋梁周期性養(yǎng)護(hù)中信息化監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用分析

黃燎

摘要 高速公路橋梁需要進(jìn)行周期性養(yǎng)護(hù)，通過收集分析橋梁各項(xiàng)數(shù)據(jù)，制定橋梁養(yǎng)護(hù)加固施工方案，并將信息化監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于橋梁周期性養(yǎng)護(hù)中，準(zhǔn)確檢測(cè)橋梁受力狀況。基于此，該文章論述了橋梁信息化監(jiān)控平臺(tái)主要內(nèi)容，分析了橋梁信息化養(yǎng)護(hù)工藝及養(yǎng)護(hù)效果，指出了運(yùn)用該技術(shù)可提升橋梁極限彎矩值，增加其承載力，防止出現(xiàn)新裂縫，將裂縫對(duì)橋梁的影響降到最低，從而全面提升橋梁的安全性。

關(guān)鍵詞 高速公路項(xiàng)目；公路養(yǎng)護(hù)信息化；周期性監(jiān)控調(diào)整；監(jiān)控技術(shù)

中圖分類號(hào) U445.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）12-0066-03

0 引言

受各種因素的綜合影響，高速公路橋梁出現(xiàn)各種病害問題，導(dǎo)致道路無(wú)法正常運(yùn)營(yíng)。建設(shè)高速公路橋梁的施工環(huán)境復(fù)雜，且存在各種不穩(wěn)定因素。橋梁養(yǎng)護(hù)施工時(shí)，盡管可收集到一些數(shù)據(jù)信息，但并不能滿足養(yǎng)護(hù)施工對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)際需求，致使橋梁養(yǎng)護(hù)效果較差。在道路建設(shè)軟土地基、路面施工等方面，信息化監(jiān)控技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，并極大地提升了施工質(zhì)量。為解決當(dāng)前高速公路橋梁養(yǎng)護(hù)方面出現(xiàn)的問題，該文將信息化監(jiān)控技術(shù)融入養(yǎng)護(hù)方案，并開展相關(guān)方面的研究。

1 工程概述

某高速公路橋梁工程為典型的簡(jiǎn)支T型橋梁結(jié)構(gòu)，橋梁的長(zhǎng)度、寬度分別為24 m、16 m，單跨內(nèi)設(shè)計(jì)橫隔梁共計(jì)四道，與橋面方向一致。橋面由瀝青混凝土澆筑而成，橋梁建成后至今共運(yùn)營(yíng)12年多。在運(yùn)營(yíng)期內(nèi)，需對(duì)橋梁實(shí)施周期性養(yǎng)護(hù)，一方面是為確保橋梁安全運(yùn)營(yíng)，另一方面是為增加橋梁的使用年限。

2 基于信息化監(jiān)控技術(shù)的橋梁周期性監(jiān)測(cè)平臺(tái)

橋梁在運(yùn)營(yíng)過程中，因受較重荷載，長(zhǎng)期處于疲勞狀態(tài)，且受到風(fēng)雨侵蝕，橋梁材料嚴(yán)重老化，致使橋梁出現(xiàn)裂縫等病害。由于我國(guó)部分橋梁后期運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)的養(yǎng)護(hù)工作比較薄弱，導(dǎo)致許多橋梁得不到及時(shí)養(yǎng)護(hù)，受損嚴(yán)重，需要花費(fèi)巨大的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行修補(bǔ)。為解決上述問題，可采用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)收集橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息，當(dāng)橋梁出現(xiàn)初期病害時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即向養(yǎng)護(hù)人員發(fā)出提示信息，及時(shí)開展橋梁養(yǎng)護(hù)工作[1]。在橋梁各處布置傳感器，提取橋梁的各項(xiàng)受力數(shù)據(jù)，并通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)輸送至服務(wù)器，開展數(shù)據(jù)分析，在此基礎(chǔ)上制定科學(xué)有效的養(yǎng)護(hù)方案。根據(jù)養(yǎng)護(hù)方案內(nèi)容，在橋梁指定位置布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，收集橋梁受力數(shù)據(jù)，如圖1所示。

傳感器的型號(hào)、技術(shù)參數(shù)等內(nèi)容明確后，在橋梁上選定合適位置，布設(shè)傳感器。傳感器的主要作用是對(duì)混凝土基體表層變化實(shí)施監(jiān)測(cè)，可采用黏貼、打孔注膠或膨脹螺絲等方式安裝傳感器。布設(shè)完畢后，采用熔接光纖實(shí)現(xiàn)串聯(lián)，串聯(lián)步驟如下：①確定傳感器的間距，據(jù)此將串接光纜切斷；②將各傳感器串聯(lián)起來(lái)，有效保護(hù)各個(gè)熔接點(diǎn)；③安裝結(jié)束，通過傳感器捕捉橋梁受力信號(hào)，從而確定各測(cè)點(diǎn)的極限彎矩?cái)?shù)值，通過分析該數(shù)值可掌握橋梁的承載力。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)輸送至Web服務(wù)器，后者對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)行放大、濾波等分析處理，處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)輸送至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，進(jìn)行全面分析[2]。

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于信息化監(jiān)控平臺(tái)的研究成果不斷涌現(xiàn)，有些平臺(tái)因其較高的適用性，在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，可租用這類平臺(tái)滿足自身需求。當(dāng)前高速公路橋梁養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、養(yǎng)護(hù)效果差，主要原因是橋梁病害信息數(shù)據(jù)收集、分析工作相互割裂，橋梁養(yǎng)護(hù)任務(wù)安排、施工建設(shè)、項(xiàng)目驗(yàn)收等環(huán)節(jié)未實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，橋梁養(yǎng)護(hù)流程嚴(yán)重脫節(jié)，數(shù)據(jù)信息無(wú)法有效傳遞共享。所以，要解決上述問題，可使用信息化監(jiān)控平臺(tái)，及時(shí)收集橋梁信息、養(yǎng)護(hù)施工數(shù)據(jù)及建設(shè)方信息等，并進(jìn)行完整的存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)在橋梁的全壽命周期內(nèi)做好養(yǎng)護(hù)管理[3]。

3 應(yīng)用信息化監(jiān)控平臺(tái)的高速公路橋梁養(yǎng)護(hù)工藝

通過信息化監(jiān)控平臺(tái)收集橋梁的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，在處理分析后，獲取到橋梁測(cè)點(diǎn)的受力信息，確定橋梁出現(xiàn)裂縫病害的部位，設(shè)計(jì)出科學(xué)的養(yǎng)護(hù)方案，對(duì)病害部位實(shí)行及時(shí)有效的養(yǎng)護(hù)。

3.1 排水養(yǎng)護(hù)

高速公路橋梁在運(yùn)營(yíng)過程中，降水后形成的積水會(huì)侵蝕橋梁材料，嚴(yán)重影響橋梁使用年限。為將積水快速排放，可在橋面設(shè)置排水體構(gòu)造，加鋪砂墊層，其厚度定為20 cm，上覆一層填料，該結(jié)構(gòu)可將橋面積水快速排放，減少橋梁所受的侵蝕[4]。

3.2 加固養(yǎng)護(hù)

通過信息化監(jiān)控系統(tǒng)收集橋梁信息數(shù)據(jù)，對(duì)其分析處理后得出橋梁的重點(diǎn)受力部位，在薄弱處澆筑混凝土，實(shí)現(xiàn)加固養(yǎng)護(hù)。采用該養(yǎng)護(hù)方法，能加大橋梁構(gòu)件截面，增加配筋，提升其剛強(qiáng)度，使整體構(gòu)造更加穩(wěn)定，防止出現(xiàn)更大的裂縫。

（1）只要外部環(huán)境符合施工要求，各種結(jié)構(gòu)樣式橋梁的加固，都可采用這種養(yǎng)護(hù)法。加固養(yǎng)護(hù)需要外包澆筑混凝土，橋梁荷載量會(huì)加大。所以，在施工前需要對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)部位的承載力進(jìn)行有效評(píng)估，確保符合施工要求。

（2）施工過程中要注意如下事項(xiàng)：①混凝土外包厚度要求超過40 mm，一般澆筑厚度為50 mm；②加固受壓部位外包混凝土厚度應(yīng)不小于150 mm，且該部位表面需進(jìn)行毛化處理，其表層凹凸深度超過6 mm；③支撐加固也是提升橋梁承載力的方法之一，將支擋安裝到橋梁下端，有效提升橋梁的穩(wěn)定性[5]。

3.3 縫隙養(yǎng)護(hù)

采用信息化監(jiān)控技術(shù)獲取到橋梁出現(xiàn)的裂縫病害信息，信息內(nèi)容主要有裂縫數(shù)量、長(zhǎng)度及裂縫繼續(xù)開裂的概率等，從而全面了解橋梁伸縮縫的病害信息[6]。橋梁裂縫病害不但會(huì)嚴(yán)重影響橋面通行安全，還會(huì)縮短橋梁的使用年限。根據(jù)圖2所示結(jié)構(gòu)，養(yǎng)護(hù)橋梁裂縫。

通過分析圖2可知：橋梁伸縮縫存在凹凸不平的問題，運(yùn)用切削、挖鑿等手段進(jìn)行優(yōu)化，若達(dá)不到預(yù)期效果，必須考慮安裝新構(gòu)件。針對(duì)橋梁上端橫向部位出現(xiàn)的病害，可采取以下方案解決該問題：①將板梁鉸縫清理干凈，鉸縫內(nèi)增設(shè)鋼筋，運(yùn)用植筋將板梁連接起來(lái)；②采用焊接工藝處理板梁結(jié)構(gòu)，前后所用的鋼筋規(guī)格型號(hào)須確保一致；③有效處理錨固鋼結(jié)構(gòu)問題，原來(lái)的結(jié)構(gòu)預(yù)埋件處，加裝鋼筋網(wǎng)后，將錨固環(huán)焊接固定[7]。

4 應(yīng)用分析

采用信息化監(jiān)控技術(shù)，對(duì)高速公路橋梁實(shí)行周期性養(yǎng)護(hù)，將傳感器安裝于橋梁各個(gè)測(cè)點(diǎn)，收集分析橋梁的各受力信息，完整記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，具體見表2。

通過分析表2可知，橋梁承載力大小是由從不同測(cè)點(diǎn)獲取到的極限彎矩?cái)?shù)值體現(xiàn)，二者為正相關(guān)。按照該橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其極限彎矩?cái)?shù)值需超過200.00 N·m；分析表2中的數(shù)據(jù)可知，從橋梁的五個(gè)測(cè)點(diǎn)獲取的數(shù)值均未超過200.00 N·m，不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。這說(shuō)明實(shí)施橋梁周期性養(yǎng)護(hù)時(shí)，需對(duì)測(cè)點(diǎn)就近部位采取有效措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。實(shí)施高速公路橋梁養(yǎng)護(hù)過程，必須確保每項(xiàng)施工環(huán)節(jié)，嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[8]。周期性養(yǎng)護(hù)施工結(jié)束后，繼續(xù)通過信息化監(jiān)控技術(shù)，測(cè)量橋梁五個(gè)測(cè)點(diǎn)的極限彎矩?cái)?shù)值，與施工前的記錄數(shù)據(jù)做比較，由此獲得表3的內(nèi)容。

通過分析表3數(shù)據(jù)可知，采用此養(yǎng)護(hù)方法，對(duì)高速公路橋梁實(shí)施周期性養(yǎng)護(hù)，對(duì)比施工前后數(shù)據(jù)，橋梁各測(cè)點(diǎn)的極限彎矩?cái)?shù)值明顯變大，且均符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，由此可證明高速公路橋梁的承載能力，也得到明顯提升，信息化監(jiān)控技術(shù)在高速公路橋梁周期性養(yǎng)護(hù)中，應(yīng)用效果顯著[9]。

采用信息化監(jiān)控技術(shù)，對(duì)高速公路橋梁實(shí)行周期性養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)施工結(jié)束后，根據(jù)在橋梁上設(shè)置的五個(gè)測(cè)點(diǎn)，橋梁被劃分為5個(gè)區(qū)域，獨(dú)立記錄各區(qū)域出現(xiàn)的裂縫數(shù)量，所得結(jié)果如圖3所示。

通過分析圖3可知：①運(yùn)用信息化監(jiān)控技術(shù)，對(duì)高速公路橋梁實(shí)施周期性養(yǎng)護(hù)，在施工結(jié)束一段時(shí)間后，橋面的第1～3個(gè)區(qū)域未再出現(xiàn)裂縫病害；第4個(gè)區(qū)域出現(xiàn)2處裂縫，第5個(gè)區(qū)域出現(xiàn)1處裂縫，出現(xiàn)的裂縫都比較小，最長(zhǎng)的裂縫只有1.20 mm；②養(yǎng)護(hù)施工后，所出現(xiàn)的這些小裂縫，對(duì)橋梁正常運(yùn)營(yíng)并不構(gòu)成影響，橋梁受力狀況也不會(huì)出現(xiàn)明顯變化。新出現(xiàn)的裂縫，不會(huì)影響高速公路橋梁的正常運(yùn)行，對(duì)其受力也不會(huì)造成影響；③對(duì)于出現(xiàn)新裂縫的區(qū)域，可采用信息化監(jiān)控技術(shù)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，確定受力部位；若是有害裂縫，可通過灌注高強(qiáng)混凝土進(jìn)行修補(bǔ)，以增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免裂縫病害加劇[10]。

根據(jù)上述實(shí)例應(yīng)用分析可知，針對(duì)高速公路橋梁，采用信息化監(jiān)控技術(shù)開展周期性養(yǎng)護(hù)，可精準(zhǔn)掌控橋梁健康狀況、產(chǎn)生病害的部位及程度，采用適宜的維修方案，有效提升其承載能力。周期性養(yǎng)護(hù)完工后，有些部位盡管還會(huì)出現(xiàn)部分裂縫，但對(duì)橋梁的穩(wěn)定、安全運(yùn)營(yíng)不會(huì)產(chǎn)生影響，橋梁通行車輛的安全可得到充分保障。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高速公路橋梁的正常運(yùn)營(yíng)，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展意義重大。針對(duì)高速公路橋梁的周期性養(yǎng)護(hù)，該文采用信息化監(jiān)控技術(shù)，并以具體橋梁項(xiàng)目為研究案例，介紹了養(yǎng)護(hù)方法的具體應(yīng)用效果。養(yǎng)護(hù)高速公路橋梁，還需不斷研究新材料、開發(fā)新技術(shù)，才能不斷推進(jìn)高速公路橋梁的安全運(yùn)營(yíng)。

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