橋梁工程養護與智能化應用分析

葛飛

（安徽省交規院工程智慧養護科技有限公司，安徽合肥 230000）

0 引言

橋梁長期處于外界環境之下，橋梁表面可能出現開裂現象，內部結構也容易因其他因素而出現構件沉陷、結構變形等問題，如劇烈撞擊可能導致橋梁結構受損，如果沒有及時采取有效補救措施，可能導致鋼筋外露生銹，以及混凝土剝落現象。雖然近年來橋梁養護管理系統實現了由文字檔案向數字化資料管理轉變的目標，但橋梁養護依然依賴人工，當耗費大量時間收集橋梁信息后，依然需要依靠經驗豐富的養護人員分析處理各種數據，養護工作容易受到主觀因素影響，因此亟須加快智能化技術在橋梁工程養護中的推廣。

1 智能化技術在橋梁工程養護中的應用價值

首先，智能化傳感器和監測系統可以實時監測橋梁結構的狀況，包括振動、應變、裂縫等。通過數據分析和診斷算法，可以及時發現結構問題，預測潛在的損壞或故障，并做出相應的維修和養護計劃。其次，利用互聯網和遠程通信技術，可以實現橋梁的遠程監控和維護。工程師可以通過遠程系統獲取實時數據，進行遠程巡視和分析，及時發現問題并采取措施，減少橋梁問題對交通的影響，提高維護效率和橋梁運行安全性。再次，通過建立數據庫和使用數據挖掘技術，可以對橋梁養護歷史數據進行分析，預測維護需求和壽命周期成本，提前進行維修和保養工作，優化資源分配，延長橋梁的使用壽命并減少維護成本。最后，智能材料和修復技術的應用可以提供更可靠的修復和養護方法。例如，自愈材料、納米材料和傳感器嵌入技術等，可用于加固和修補橋梁結構，提高其耐久性和抗災性能[1]。

2 橋梁工程養護中的智能化技術

2.1 回聲波檢測法

回聲波檢測法（Echo Testing）是橋梁工程養護中常用的一種無損檢測方法，主要用于檢測和評估橋梁結構中的缺陷、損傷和裂縫等。回聲波檢測法基于聲波在材料中傳播的原理，在橋梁結構表面施加聲波脈沖，根據反射的聲波信號來識別結構內部的缺陷或異常。這種方法可被用于不同類型的橋梁結構，如混凝土、鋼結構或木結構。回聲波檢測法不需要對橋梁結構進行破壞性檢測即可準確識別結構內部的缺陷和損傷，而且相較于傳統人工檢測方法，回聲波檢測法可以更快速地掃描整個結構，并提供準確的數據分析結果。回聲波檢測法在識別小尺寸缺陷和裂縫方面也有很好的效果。應用該方法時需要使用特定的儀器設備，向被測結構表面發送聲波脈沖，通常通過敲擊或振動裝置產生，然后接收并記錄由結構內部缺陷或界面反射而回來的聲波信號，使用傳感器或接收器將信號轉換為電信號，根據接收的回波信號特征，分析和評估結構內部的缺陷，損傷或裂縫的位置、類型、尺寸和嚴重程度。

2.2 光纖傳感檢測法

光纖傳感檢測法是一種基于光纖傳感技術的橋梁結構檢測方法。該方法在橋梁結構上布設光纖傳感器，并通過檢測光纖傳感器上的光信號變化來獲取橋梁結構信息。光纖傳感器通常由一根或多根光纖組成，通過測量光信號的衰減、散射、干涉等變化，檢測結構的應變、溫度、變形等參數。在橋梁工程養護中，光纖傳感器可以用于監測橋梁結構的裂縫、撓度、應力等關鍵參數，從而實現對橋梁結構健康狀況的實時監測和評估。該檢測方法的優勢在于光纖傳感器可以實現微小變化的監測，能夠提供準確的監測數據，而且可以布設在橋梁結構的多個位置，實現對整個結構的全面監測，同時提供實時監測數據，及時反饋橋梁結構的變化情況。另外，光纖傳感器對電磁干擾、溫度變化等外界因素具有較好的抗干擾能力，但設備成本較高、安裝工藝繁復、數據處理靈敏度不足[2]。

2.3 探地雷達檢測法

探地雷達檢測法是一種利用地質雷達技術進行橋梁結構檢測和評估的方法。該方法通過發送高頻電磁波信號，然后接收并分析信號的反射和散射情況，以獲取地下結構的信息。該技術應用范圍包括：第一，地下隱患檢測。探地雷達可以檢測橋墩、橋臺等地下結構存在的裂縫、空洞、土體松散、水位變化等問題，幫助發現安全隱患。第二，樁基檢測。探地雷達可以用于檢測橋梁樁基的位置、深度、直徑、形狀等參數，以評估橋梁承載能力和穩定性。第三，土層分析。探地雷達可以探測土壤的層位、密度、含水量等信息，對于評估土質條件和土層穩定性而言具有重要意義。與其他檢測技術相比，該技術在橋梁結構地下部分的檢測和養護工作中更具使用價值，因為其可對整個橋梁結構的地下部分進行全面檢測，有助于綜合評估橋梁整體安全狀況。同時，該方法能提供分辨率極高的地下結構圖像，為橋梁養護人員提供有效參考信息。

2.4 激光檢測法

激光檢測法是一種利用激光技術進行橋梁結構檢測和評估的方法。該方法通過發送激光束，并測量激光束與橋梁結構的相互作用，以獲取橋梁結構的形狀、表面缺陷、變形等信息。除了可以掃描整個橋梁結構，獲取其幾何形狀和尺寸，評估橋梁的結構完整性和形變外，激光掃描儀還可以投射光線到橋梁表面，通過檢測光線的反射和散射情況，識別和測量表面的裂縫、破損等缺陷。激光測距儀可以測量橋梁結構的變形情況，如撓度、沉降等，用于評估橋梁的穩定性和承載能力。該檢測方法的技術優勢在于能提供精準的橋梁結構數據，并且不必與橋梁結構直接接觸，無橋梁損傷風險，此外，激光掃描儀可以快速獲取大范圍的數據，可有效節省檢測時間和人力成本。但強光干擾、多次反射等情況會影響測量結果的準確性，應用該方法時需要加以注意[3]。

2.5 低應變檢測法

低變速檢測法是一種利用低速高精度變速測量儀進行橋梁結構檢測和評估的方法。該方法通過測量橋梁結構上各個監測點的位移、速度和加速度等參數，判斷結構的安全性和穩定性。其優勢在于可以提供精確的位移、速度和加速度等參數，并以此評估橋梁結構的變形和振動情況，也可在采用連續數據采集技術的情況下，實現實時監測橋梁結構變化的目的，提前發現潛在問題。在應用該方法時應做好以下工作：第一，安裝傳感器。在橋梁結構的關鍵點安裝低速高精度變速測量器，并保證其穩固可靠。第二，數據采集。通過變速測量儀對橋梁結構的各個監測點進行連續數據采集，記錄位移、速度和加速度等參數隨時間的變化情況。第三，數據處理與分析。對采集的數據進行處理和分析，計算出結構的變形、振動特性等關鍵參數，并與設計標準進行比較和評估。但該方法成本較高，而且在數據處理和分析過程中需要較為復雜的算法和模型，因此應用范圍較小。

2.6 電化學檢測技術

橋梁工程養護中的電化學檢測技術是指利用電化學原理評估橋梁結構腐蝕和耐久性信息的方法，評估指標包括電位、電流、電阻等。該技術可在不破壞橋梁結構的基礎上進行取樣，然后通過測量和分析電化學參數得到定量評估結果，常被用于檢測橋梁工程結構是否存在腐蝕現象、腐蝕程度、具體腐蝕位置等信息，以及橋梁腐蝕現象的原因，以制定更為合理的養護措施。該方法在定期監測和記錄橋梁結構電位變化的過程中能計算出腐蝕速率，進而推測該橋梁的壽命和維護需求。電化學檢測技術也存在一些限制，如設備成本較高，對操作人員的綜合能力有較高要求。此外，此方法不適宜單獨評測結構復雜的橋梁，需與其他檢測技術結合應用。

3 智能化技術在道路橋梁養護中的具體應用

3.1 檢測混凝土橋梁外部缺陷及養護措施

混凝土橋梁是現代道路橋梁常用結構形式，由于混凝土自身性質，混凝土橋梁在使用一段時間后容易出現外部缺陷。在檢測混凝土橋梁外部缺陷時，檢測人員可以穿戴或佩戴智能手環、智能眼鏡等傳感設備，在檢測人員巡檢過程中這些設備會自動記錄關鍵參數，并將數據傳輸到云端平臺進行分析和處理。

通常情況下混凝土橋梁外部缺陷有：第一，裂縫、脫落、麻面。可采用表面修復工藝，為保證美觀性，應盡量選擇與原混凝土相匹配的修補劑和修補砂漿等修補材料，修補后還需進行養護以確保修補層性能。第二，滲水。一旦發現滲水問題，應立即采取防水措施，常用防水材料包括涂料、膠體材料和聚合物改性防水材料等，可根據實際使用需求選擇材料。第三，變形。當混凝土橋梁出現變形問題時，通常需要進行加固加筋作業，可采取碳纖維加固、鋼板加固、鋼筋混凝土增強等工藝，有效提高橋梁承載能力和抗震性能。

除基礎養護工作外，還應重視定期檢測工作，通過各種技術手段，如無損檢測、結構健康檢測等技術，及時發現并修復橋梁外部缺陷，保障橋梁的安全和穩定[4]。

3.2 檢測鋼橋梁外部缺陷及養護措施

通過智能化技術確定鋼橋梁外部缺陷情況后，針對相關問題采取養護措施，具體如下：第一，對于表面出現的銹蝕、脫落和破損等缺陷，可以采用表面修復的方法進行處理；常見的表面修復方法有噴涂防腐漆、粉末涂層等，以避免鋼結構發生進一步氧化和腐蝕。第二，鋼橋梁在使用過程中容易受到大氣條件和環境因素的影響，因此需要進行防腐處理，常用的防腐方法包括環氧涂層、熱鍍鋅、噴涂防腐漆等，以延長橋梁的使用壽命。第三，針對嚴重的外部缺陷，如裂縫、脫焊、斷裂等，需要進行修復和加固，具體措施包括焊接、鋼板增強、加固鋼筋等方法，以恢復橋梁的結構穩定性和承載能力。第四，定期進行橋梁的結構檢測，包括視覺檢查、物理測量和無損檢測等，及時發現和處理潛在的缺陷。同時，根據實際情況制訂相應的維護計劃，對重點部位進行加強保養。第五，在橋梁養護中，可以采取相關防護措施來減少外部因素對鋼橋梁的侵蝕，如設置擋板、排水系統、遮雨棚等，以降低水分、鹽分和污染物對橋梁的影響。第六，定期清洗鋼橋梁，去除積塵、污染物和鹽分等，以保持橋梁表面的整潔，延長防腐涂層的使用壽命。

3.3 檢測混凝土橋梁內部缺陷及養護措施

混凝土橋梁施工過程中會受到外部因素影響，在混凝土澆筑環節容易出現混凝土漏振、過振、離析問題，導致混凝土內部產生孔洞、縫隙和夾層。如果在施工過程中未及時發現這些問題，在投入使用一段時間后可能出現各種問題。因此，當發現混凝土構件中存在空洞和空隙時，需要進行修補或填充，可以使用特殊的注漿材料或灌漿劑進行填充，以提高結構的密實性和強度。如果發現鋼筋存在銹蝕問題，需要對受影響的鋼筋進行處理，可以采用除銹工藝，如刷除銹劑、噴砂、水壓清洗等，再進行防腐處理，如涂覆防腐涂層、包裹防腐材料等，以保護鋼筋不再受到腐蝕。對于混凝土構件中出現的裂縫，應根據裂縫的類型和程度采取適當的處理方法，常見的處理方式包括填充、注漿、噴涂防裂劑等，以增強構件的承載能力和抗裂性能。若預應力混凝土橋梁出現預應力筋損壞或腐蝕情況，需要進行修復或更換受影響的預應力筋，通常以剪切和焊接的工藝為主。定期檢測內部缺陷情況，可采用無損檢測技術，如聲波檢測、超聲波檢測、雷達檢測等先進技術，也可以使用視覺檢查方法[5]。

3.4 檢測預應力鋼束缺陷及養護措施

預應力鋼束是混凝土結構中重要的承載部分，其缺陷可能對橋梁的安全性和穩定性造成嚴重影響。如果發現預應力鋼束存在腐蝕問題，則需要對其進行除銹和防腐處理。可以采用機械去銹、噴砂清理等方式，再對鋼束進行防腐處理，如涂覆防腐漆、包裹防腐材料等。若發現預應力鋼束斷裂，需要對受影響的鋼束進行修復或更換，修復方法包括焊接修復、加固套管等，對于嚴重斷裂、無法修復的鋼束，需要更換整根或部分鋼束。預應力鋼束錨固處是關鍵的連接點，如果此處出現缺陷，需要及時處理，常見的缺陷包括腐蝕、斷裂、錯位等，處理方法包括修復、加固、更換錨具等，以確保鋼束的正常錨固和傳力。對于存在嚴重缺陷或疲勞問題的預應力鋼束，應進行加固和補強，常用方法包括加設鋼板、鋼筋套管、碳纖維片等，以提高受損區域的承載能力和穩定性。

4 結語

綜上所述，在信息時代和智能時代背景下，各種先進技術、設備、系統被廣泛應用于各個領域。橋梁作為道路工程的一部分，若工程質量出現問題，不僅會影響其正常使用，更可能引發重大安全事故，危及人員生命財產安全。做好橋梁檢測和養護工作，既可以延長橋梁使用壽命，還可以確保通行安全，將智能化技術應用于橋梁養護中，可以實現精準定位，通過數據分析選擇最合適的養護方案，大幅度縮短檢測和養護時間，節省成本。