運營期斜拉橋病害系統性檢測與養護管理技術應用研究

王建林

（山東省公路橋梁檢測中心有限公司,山東 東營 257000）

0 引言

隨著交通網絡的不斷發展和完善，斜拉橋作為一種重要的橋梁形式，在現代城市交通中起到了至關重要的作用。然而，由于長期運營和自然環境的影響，斜拉橋在使用過程中會產生各種各樣的病害問題。這些病害問題如果不能及時發現和處理，將直接影響斜拉橋的安全性、可靠性和壽命。因此，該文通過對運營期斜拉橋病害檢測與養護管理進行深入研究，以期實現對斜拉橋病害的快速、準確、全面的檢測和評估，為養護決策提供科學依據。

1 工程概況

某大橋主橋為（112+270+112）m 雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，索塔采用“H”形鋼筋混凝土結構，斜拉索呈扇形布置，采用φ7 mm 鍍鋅高強鋼絲，錨固端采用防腐油脂防護。該次檢測方向為由北至南。

2 斜拉橋常見病害及系統性檢測

在營運期間，斜拉橋養護檢測除對橋梁外觀、各構件病害進行檢查外，同時還需對斜拉索、主梁、索塔、墩臺與基礎及橋梁自振特性等進行系統性檢測，以充分了解橋梁的健康狀態與技術狀況。

2.1 斜拉索

斜拉索作為斜拉橋的主要受力構件，起著承受載荷、提供橫向支撐和增加橋梁穩定性的作用。如果斜拉橋的斜拉索失效，則整座橋梁將面臨倒塌的危險。通過檢測可以獲取斜拉索的結構狀態以及質量退化情況，從而決定采取何種修復措施。斜拉索的檢測項目主要有索套、減振系統、錨具和鋼絲索等[1]。

（1）索套檢測內容主要涉及外觀檢測、尺寸、形狀檢測、腐蝕和銹蝕檢測等。首先，外觀檢測內容包括檢查索套表面是否有明顯的損傷、磨損、腐蝕和變形等情況；尺寸和形狀檢測包括測量索套的直徑、壁厚、長度以及索套端部的連接狀態等，確保索套的尺寸和形狀符合設計要求，能夠提供足夠的保護和支撐作用；對于不銹鋼索套，還要進行銹蝕檢測，主要采用非破壞性檢測技術，如超聲波檢測、磁粉檢測等方法。

（2）減振系統檢測主要是檢查減振器的工作狀態、阻尼效果以及結構完整性，確保減振器的各個組件和連接部位安裝牢固，不存在松動、斷裂或變形等問題。

（3）斜拉索錨具分為塔端錨具和梁端錨具，主要檢查錨具與橋塔或橋墩之間的連接是否牢固，是否存在松動或變形等問題。還應對錨具進行防腐蝕處理的有效性檢測，確保錨具能夠有效抵御腐蝕和環境侵蝕?？梢愿鶕F場情況打開錨具后蓋觀察錨杯內是否有積水和銹蝕，防銹油是否失效。

（4）斜拉索檢測主要包括外觀檢查和拉索索力檢測。外觀檢查主要檢查是否有明顯的銹蝕、腐蝕、磨損、斷絲或變形等情況。而斜拉索作為斜拉橋結構的主要承重元件，其受力情況直接關系到斜拉橋的結構安全性[2]，因此索力檢測應作為重點檢查項目。通過索力檢測，可以及時發現索力異?；蜻^大的情況，避免因索力失控而導致橋梁結構的破壞或垮塌。索力測試常采用振動測試法，即利用斜拉索自身的振動特性進行測試。通過激勵斜拉索產生振動，然后通過振動傳感器等裝置測量振動信號，并將其轉化為索力值。振動測試可以在實際使用條件下進行，具有實時性和連續性的優勢。

2.2 主梁

斜拉橋主梁結構需要進行定期檢測，以發現和評估可能存在的問題和損傷。主梁是斜拉橋的承載結構，其健康狀況對橋梁的安全性和可靠性有重要影響。以下為斜拉橋主梁的檢測內容：

（1）外觀檢測：對主梁外表面進行目視檢查，包括觀察是否破損剝落、鋼筋銹脹保護層脹裂脫落、蜂窩麻面等問題，檢測是否有明顯的損傷或變形。

（2）線形檢測：主要檢測主梁橋面線形和軸線線形。線形檢測可以幫助監測主梁的形狀、撓度和變形情況，及時發現結構的異?；蚴Х€，以確保斜拉橋的結構安全性。通過檢測數據的分析，可以判斷主梁是否超出設計要求的變形范圍，避免潛在的結構問題。

（3）混凝土質量檢測：主要包括強度測試、厚度測量等，以評估混凝土結構的完整性和健康狀況。

2.3 索塔

（1）鋼纜狀態檢測：檢查索塔上的鋼纜是否存在斷股、腐蝕、銹蝕、變形等問題，確保鋼纜處于良好的工作狀態，保持足夠的強度和穩定性。

（2）索塔結構穩定性檢測：檢查索塔結構是否發生傾斜、變形、開裂等問題，可以通過測量索塔垂直度、觀察表面裂縫數量等進行評估。

（3）索塔基礎檢測：重點檢查索塔基礎的混凝土質量、坑孔穩定性、沉降情況，以及基礎是否受沖刷淘空等。

2.4 橋梁自振特性檢測

在斜拉橋營運期間，斜拉橋處于不斷受力的狀態，會受到風荷載、交通荷載等外部激勵的作用。通過自振特性檢測，可以評估斜拉橋在這些激勵下的響應情況，判斷結構的安全性，有助于發現潛在的結構問題和脆弱點，及時采取加固措施，確保斜拉橋的安全運行。

2.5 支座

斜拉橋通常采用橡膠支座，因此需要檢測橡膠的老化程度、變形情況以及橡膠與金屬部分的粘接情況，以判斷橡膠支座的可靠性和壽命，并及時進行更換或維修工作，同時應對支座的穩定性進行檢查，包括支座是否傾斜、移位或松動。通過測量支座的水平度、垂直度等參數，評估支座是否處于正常工作狀態，以確保橋梁結構的穩定性和安全性；此外，還應對支座的防腐層進行檢測，檢查防腐層是否存在破損、剝落或老化現象。

2.6 墩臺與基礎

（1）病害檢查：檢查墩臺表面是否存在風化、滲水、開裂、剝落、露筋等情況；墩臺內部是否有裂縫、空洞、銹蝕等問題；臺背填土有無沉降裂縫、擠壓隆起及受沖刷等情況；墩臺與基礎有否滑動、傾斜、下沉或凍拔。

（2）沉降監測：通過安裝監測設備對斜拉橋的墩臺和基礎進行沉降監測，以便及時發現和跟蹤墩臺和基礎的沉降情況，評估其是否超出設計范圍。

2.7 橋面及附屬設施

橋梁附屬設施包括橋面鋪裝、伸縮縫、排水系統、欄桿、照明設備等，其完好程度直接影響斜拉橋的安全性及耐久性，主要檢測內容如下：①橋面鋪裝表面的平整度，檢查是否存在凹陷、波浪狀或坑洼等問題；②伸縮縫是否有異常變形或位移，密封材料是否存在老化、裂紋或損壞情況，伸縮縫內是否有雜物、積塵，是否造成明顯跳車；③檢查橋面的排水系統是否暢通和正常工作；④檢測橋面照明系統的照明效果和燈具是否正常工作。確保夜間行車時有足夠的照明，提供良好的視覺條件；⑤橋面的欄桿和護欄是否完好、穩固，確保能夠起到有效的安全防護作用；⑥標志、標線等是否完好、清晰可見。

3 檢測結果分析

該次斜拉橋檢測以目測為主，同時配備照相機、裂縫測寬儀以及其他輔助檢測器具與設備等必要的量測儀器，其中重點對斜拉索、主梁、索塔以及自振特性進行檢測。

3.1 斜拉索檢測

（1）通過對斜拉索系統進行檢查發現，部分錨具、錨頭表面發生輕微銹蝕，且存在防腐油脂變質的現象；減振裝置外觀質量良好，未見明顯病害；多處拉索PE 護套表面發生開裂或斷裂，其中，開裂或斷裂在10 處以上的斜拉索有4 根，且該類斜拉索內部的鋼絲表面均出現了不同程度的銹蝕。

（2）利用頻率法測試斜拉索索力，該次測試采樣頻率設置為80 Hz，采樣時間為5 min。索力測試結果表明：各索的索力分布比較均勻，主塔兩側索力分布均勻，全橋沿順橋向的索力對稱性良好，未發現斜拉索內力突變現象。

3.2 主梁檢測

（1）經檢查，主梁出現的病害主要為梁體橋面板存在多處裂縫、露筋、蜂窩麻面等現象；翼緣板邊緣處多處出現滲水現象。

（2）主梁混凝土強度檢測結果表明，混凝土強度推定值均>60 MPa，達到設計強度的等級要求。

（3）主梁橋面線形檢測采用獨立高程系統，橋面實測線形如圖1 所示。由圖1 可看出，橋面對稱性良好，線形較為平順。

圖1 橋面實測線形分析圖

3.3 索塔檢測

該次索塔檢測重點為索塔垂直度，通過測試塔柱上兩布置測點的縱橋向和橫橋向相對距離及高差，計算得到索塔的垂直度。索塔垂直度檢測結果如表1 所示。

表1 索塔垂直度檢測結果匯總表

觀察表1 結果可知，索塔垂直度實測值與理論值基本一致（縱橋向設計垂直度為0%，橫橋向為0%），索塔技術狀況良好。

3.4 自振頻率檢測

該次測試設置采樣頻率為100 Hz，采樣時間40 min，采用有限元軟件Midas Civil 進行結構自振特性計算，計算結果如表2 所示。

表2 主梁自振頻率結果匯總表

觀察表2 結果，根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/TJ21—2011）中相關規定可得出，橋梁上部結構的整體性能和技術狀況處于完好狀態。

4 斜拉橋的養護管理

4.1 建立橋梁健康監測系統

橋梁健康監測系統可以實時監測斜拉橋的結構狀況，提供及時的數據和警報，以幫助工程師和技術人員進行養護和維修。主要流程包括傳感器安裝、數據采集與傳輸、數據分析與處理、異常情況警報。通過建立橋梁健康監測系統，可以實時掌握斜拉橋的健康狀態，及早發現橋梁病害問題，確保橋梁的運營安全。

4.2 建立健全橋梁養護管理系統

要實現對斜拉橋的養護，建立健全橋梁養護管理系統十分關鍵。首先建立橋梁信息庫，信息庫中包括設計圖紙、結構參數、材料規格、施工記錄等信息，然后制定包括養護周期、養護內容、養護方法以及預算等的養護計劃，還應設立養護責任部門，并明確各自職責和權限，最后建立數據管理系統，對巡查和檢測所得的數據進行收集、整理和分析。通過建立健全橋梁養護管理系統，可以為快速、科學地進行養護決策提供有力的理論依據。

4.3 做好橋梁的日常巡查

按照《公路橋涵養護規范》的要求，每年應進行經常性檢查與定期檢查。根據斜拉橋的特點和養護要求，制定每天、每周或每月的巡查計劃。確定巡查的時間、范圍和內容，并明確負責的人員。巡查過程中要認真記錄發現的問題和異常情況，并及時進行處理和維修。根據問題的嚴重程度和緊急程度，安排專業人員進行修復或采取臨時措施，確保橋梁的正常使用。

4.4 建立橋梁養護管理檔案

橋梁養護過程中應注意收集資料并及時進行歸檔整理，建立養護管理檔案。并且隨著橋梁服役時間的增長，檔案系統內的各項資料應進行補充豐富。完善的橋梁養護管理檔案可以幫助各有關部門對橋梁質量進行精準評估，為斜拉橋養護工作的開展提供可靠的理論依據。在建立檔案時，相關部門需進行養護任務的詳細劃分，以幫助各部門明確各自的養護工作內容。各養護單位工作職責如表3 所示。

表3 養護單位工作職責表

5 結論

斜拉橋在運營期間會產生各種各樣的病害問題，如果不能及時發現和處理，將影響斜拉橋的安全性與穩定性。同時，斜拉橋一旦開通運營，養護管理工作隨之展開，其工作質量的好壞將直接影響斜拉橋的使用壽命。因此，該文依托某實體工程，展開了運營期斜拉橋病害系統性檢測與養護管理技術應用研究，得到主要結論如下：

（1）該大橋主橋的系統性檢測結果顯示，橋梁結構構件雖有損傷，但尚未影響橋梁安全，因此可將其完好狀況等級評定為合格級。

（2）為做好斜拉橋的養護管理工作，實現“保障橋梁運營安全、延長橋梁使用壽命”的目標，該文提出了建立橋梁健康監測系統、建立健全橋梁養護管理系統、做好橋梁的日常巡查、建立橋梁養護管理檔案等方法。