基于網格化評估的九江二橋環氧瀝青鋼橋面鋪裝病害養護技術

2023-12-12 10:39:38盧普南

黑龍江交通科技 2023年11期

盧普南

(江西九江長江公路大橋有限公司,江西九江 332000)

九江長江公路大橋(以下簡稱九江二橋)線路全長17 km,全橋長8 462 m,為福州-銀川高速公路重要組成部分之一。鋼橋面鋪裝部分長1 141 m,鋼橋面系寬度約為39 m,面積為36 500 m2,采用雙層環氧瀝青鋪裝方案,總鋪裝厚度為5.5 cm。分上、下兩層施工,下面層分6幅攤鋪、上面層分4幅攤鋪,于2013年8月15日完成鋪筑,養生2～3個月后,于10月28日正式建成通車。九江二橋至今已通車運營第9年,接近15年設計使用期中后期,長期的飽和交通量使鋪裝承受著巨大壓力,橋面鋪裝病害發展迅速。對此,江西九江長江公路大橋有限公司于2022年5月組織調研檢測組對九江二橋進行橋面鋪裝調研,檢測組分別對九江二橋九江方向和湖北方向橋面鋪裝病害展開檢測工作,并用網格化評估方法對環氧瀝青鋼橋面鋪裝病害進行評估。

1 檢測及評估方法

1.1 人工巡查

九江長江公路大橋鋼橋面鋪裝部分長1 141 m,橋面鋪裝病害分布相對一般瀝青路面較為集中,存在一定的規律性。因此,目前人工巡查仍然是大跨徑鋼橋面鋪裝病害檢查較為有效的方式,可以對鋪裝整體技術狀況、病害程度及分布整體把握。人工巡查的主要記錄內容有鋪裝病害的類型、位置、面積以及處理方案等。根據人工巡查的結果確定鋪裝的性能狀態,并建立病害長期觀測數據庫,及時制定鋪裝養護方案,特別是針對突發性病害制定應急養護措施。

1.2 鋪裝強度檢測

本研究依據行業標準《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》,采用回彈儀檢測鋼橋面鋪裝環氧瀝青混凝土的質量和強度,并進行了一些室內外研究應用的探索。回彈強度測試儀主要用于測試混凝土的抗壓強度,是一種現場檢測常用的無損檢測儀器,可以快速、簡單、經濟地獲得混凝土的抗壓強度。

1.3 脫空檢查

紅外熱成像脫空識別技術是一種新型無損檢測技術。其主要是利用紅外熱成像設備探測目標物體表面紅外輻射能量,利用轉換裝置以電信號的形式體現出來,并最終以彩色圖或灰度圖形式顯示于顯示器中,根據成像的特征來判斷檢測目標表面或內部是否存在脫空現象。在實際的檢測現場還要參考回彈儀數值和人工敲擊聽聲音的方法進一步驗證紅外熱成像脫空識別檢測的結果。

1.4 鋼橋面鋪裝使用性能網格化評估

為了量化九江二橋環氧瀝青鋼橋面鋪裝技術狀況,主要利用鋼橋面鋪裝破損狀況指數(SDPCI)(Steel Deck Pavement Condition Index)進行橋面使用性能評價[1]。SDPCI值計算公式如下

SDPCI=100-a0DRa1

(1)

(2)

式中:a0為15.00;a1為0.412;DR為鋼橋面鋪裝破損率,不同病害類型導致鋼橋面損壞面積總和與調查范圍鋼橋面鋪裝面積的百分比,%;Ai為第i類橋面破損面積,m2;A為調查范圍內的鋼橋面鋪裝面積(為調查的長度與有效鋪裝寬度的乘積),m2;wi為不同鋪裝病害類型導致破損的權重系數。

具體不同鋪裝病害類型導致破損的權重系數如表1所示。

表1 環氧瀝青混凝土鋪裝病害權重系數

鋪裝技術狀況指數SDPCI的數值范圍為0～100,其數值越大,代表橋面狀況越好。依據SDPCI的數值進行破損狀況評級,具體分級如表2所示。

表2 破損狀況評級表

通過對九江二橋鋪裝層病害跟蹤調研及紅外熱成像脫空識別檢測,將橋面病害數據進行計算與評估分析,主要采用鋼橋面鋪裝破損狀況指數(SDPCI)、層間狀況指數(PDR)、以及裂縫狀況指數(PCR)從鋪裝整體到細部進行全方位、多層次的評估,量化橋面使用性能指數,為養護方案決策提供支撐。

網格化評估可以將鋼橋面鋪裝使用性能更為準確、精細地反映出來。橫向按照橋面分車道、輪跡帶以及縱肋進行劃分,縱向按照上、下坡段,纜索分區以及單塊正交異性板橫隔板間距等進行劃分。通過網格化橋面性能評估,不僅可以反映橋面病害分布,還可以反映橋面與鋼箱梁結構的病害對應關系。

2 典型病害處置

本著“預防為主、防治結合”的基本方針,結合九江二橋現狀要求,兼顧2021年現場維修情況及對鋼橋面環氧瀝青鋪裝的初步調研情況,結合環氧瀝青鋪裝坑槽修補情況,針對九江二橋鋼橋面環氧瀝青鋪裝現狀,制定日常養護方案。

對于環氧瀝青鋪裝已出現的坑槽破損部位采用高韌冷拌樹脂混凝土進行修補,對于環氧瀝青鋪裝表面的裂縫病害采用高滲透樹脂灌縫進行處治,對于環氧瀝青鋪裝的鼓包、脫空等隱性病害采用高壓注漿的方法進行修復,采取以上措施使九江二橋鋼橋面環氧瀝青鋪裝層的使用壽命得以延長。

2.1 坑槽修補

環氧瀝青鋪裝出現坑槽病害應及時進行處治,在溫度、濕度、荷載等多種因素的相互影響作用下,如處治不及時將造成防水粘結層被腐蝕、鋼板銹蝕、局部性鋪裝整體崩潰的惡性病害情況。為了減緩坑槽病害大面積擴展的速率,減少非必要的經濟消耗,延長環氧瀝青鋪裝層的使用壽命,應及時對坑槽病害進行處治[2]。

針對環氧瀝青鋪裝特點,日常養護主要采用快固型高韌冷拌樹脂混凝土坑槽修補技術。高韌冷拌樹脂混凝土坑槽修補技術的基本結構為環氧樹脂防水黏結層+環氧樹脂粘層+55 mm高韌冷拌樹脂混凝土鋪裝層。

2.2 裂縫修補

裂縫是鋼橋面鋪裝最為典型的病害,裂縫如果不及時進行修補,雨水通過裂縫滲入鋪裝層底部將侵蝕鋼板,最終造成鋪裝層局部崩潰性破損。通過實施裂縫修補達到裂縫封閉防水效果,防止裂縫病害進一步拓展,從而起到延長鋪裝層使用壽命的作用[3-4]。

依據鋼橋面環氧瀝青裂縫的寬度,采取不同形式的裂縫處治方式,當裂縫寬度≥5 mm采取V形切槽填縫的方式進行處治,當裂縫寬度<5 mm采取直接灌縫的方式進行處治。

2.3 脫空處治

鼓包、脫空病害是鋼橋面鋪裝較為隱蔽的一種病害,如果不及時進行處治,將成為嚴重影響鋪裝面使用性能的一個巨大隱患。高壓注漿技術由于其工藝與一般路面壓漿技術有一些區別,其在鋼橋面鋪裝當中的應用相對較少。高壓注漿技術不僅可以處治明顯的鼓包、脫空病害,還對由脫空引起的雞爪形裂縫、環形裂縫等并發病害處治有較好的效果[5]。

針對鋼橋面鋪裝脫空病害,采用紅外熱成像脫空識別技術檢查出鋼橋面鼓包脫空位置并標記,用鉆孔注漿方式進行處治,經過處治后的鋪裝層與鋼板粘結層渾然一體,達到協同一體化工作的效果,使鋪裝層的使用壽命得以延長。

以往對鼓包、脫空病害處治主要采用開挖回填的方式。而高壓注漿技術是一種微創性的養護技術,與之相比大大提高了養護的經濟效益。高壓注漿技術主要通過動壓力的作用將高滲透性的環氧樹脂粘結劑注入到鼓包、脫空病害位置以及鋪裝層的裂縫中,以達到對病害位置進行填充、封閉、粘結的修復方式[6-7]。

3 網格化評估

為了使九江二橋鋼橋面養護決策有更精確的依據,研究采用網格化評估方法對鋼橋面使用狀況進行分析,可以更精細化地評估鋼橋面的使用性能,可以更直觀地看到橋面病害分布特征。基于大跨徑橋梁纜索的縱向分布、渠化交通條件下的輪跡帶橫向分布特點,建立單元段網格化的評價管理方法[8],橫向車道分布為重車道、行車道、超車道;縱向分區按照纜索進行分區,相鄰兩根纜索為一個單元區,一個單元區可看成是一跨,即一個簡支梁,節點是纜索連接位置,如S5表示S5～S6之間的網格。

根據每單元區破損病害類型以及對應的權重等級,計算每單元區破損指數SDPCI的分值以及破損狀況評價等級,并采用不同顏色網格對應優、良、中、次、差五種評價等級,繪制鋼橋面鋪裝性能網格化坐標評價等級圖。將全橋按照吊索把每車道分為79個網格,全橋6車道共計474個網格,以鋼橋面環氧瀝青鋪裝破損狀況指數SDPCI評估各車道使用性能狀況。

4 評估結論及預測

通過分析,九江二橋全橋破損影響面積247.79 m2,見表3。鋪裝破損為九江二橋最為典型的病害,調研顯示,全橋鋪裝破損共計137處,其中九江方向59處,湖北方向78處。通過紅外熱成像掃描發現脫空3處,面積約25 m2,鼓包共計24處。

表3 九江二橋鋼橋面環氧瀝青鋪裝破損影響面積及破損率

將評級為中、次、差的段落影響面積匯總如表4所示。

表4 中次差段落破損影響面積單位:m2

統計近5年養護維修面積如表5所示。

表5 近5年養護面積

目前橋面鋪裝評級為中、次、差的段落破損影響面積為177.89 m2,如表4所示。其在未來1年內面臨著維修的需求,考慮到病害發展,按照1.2倍系數考慮,2022年下半年至2023年上半年預估維修量約為213 m2。通過近5年養護工程量情況發現,近五年年平均維修197.47 m2,如表5所示,且通過維修,目前維修量呈暫時下降趨勢。同時,通過日常養護對路面及前期維修的坑槽進行注漿、灌縫保養,以延長其使用壽命,從而降低坑槽維修量,預估2023年下半年至2024年上半年維修量按照年平均乘0.9系數折算,預估工程量為178 m2;2024年下半年至2025年上半年預估維修量為160.2 m2。脫空注漿按照每年50處考慮,灌縫按照每年500 m考慮。后期考慮橋面前期坑槽的維修保養以及新增病害,脫空、注漿按照1.1倍系數遞增考慮。

綜上,對未來三年養護需求量匯總,如表6所示。