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          高速公路橋梁巡檢養一體化管養創新與實踐
          2022-12-30 來源:養護與管理 作者:景海林 高偉等

            摘要:在橋梁建設到投入使用的運營管理全壽命周期內,主體和附屬結構不可避免地產生病害和損傷,導致土建結構狀態的不利性改變和結構損傷與劣化。

            為規范橋梁養護管理工作,保障橋隧運行安全,作者以北京市高速公路橋梁養護為基礎樣本,多年探索并制定巡檢養護一體化方案,通過規范化、標準化和信息化的手段開展橋梁巡檢養護工作,將橋梁養護分類按比例科學投入,對不同地段受不同氣候影響,不同狀況采取特殊養護方式等方面進行研究總結,確保了交通運輸部關于橋梁管養責任劃分、資金保障、信息公開、分類處置、四新技術等十項制度的有效落實,保障橋梁能夠及時得到經濟、合理、科學的養護或維修,使其在設計使用年限內始終保持優良的服務水平。

            一、高速公路橋梁巡檢養一體化管養模式創新實踐的背景

           ?。ㄒ唬┚o貼新時代交通強國戰略 正視橋梁大國與橋梁強國的差距

            毫無疑問,中國是橋梁大國——超過100萬座公路和鐵路橋梁,世界上任何一個國家都無法企及。就跨度而言,世界最大跨徑的前十座懸索橋、斜拉橋、鋼拱橋,以及前十座最長跨海大橋,中國均占據半壁江山乃至更多。

            北京市自1993年第一條高速公路開通以來,至今總里程破千公里。高速公路發展的步伐是大踏步,交通的四通八達為車輛出行帶來便利,車流量也由開始穩步增長,到如今跳越式增長。由2007年日均交通流量為10萬輛,到如今的日均百萬輛。

            據統計,2021年“五一”小長假,北京市高速公路日均交通流量為290萬輛,高峰日交通量已突破300萬輛。車流量的增幅遠遠超過了20年前高速公路設計預想概念,在超負荷運營狀態下,目前道路、橋梁、隧道和涵洞的養護標準和要求隨之改變,近年來,由于重載、重壓、重負荷下,橋梁坍塌事故頻發,因此需要對橋梁需要特別關注,橋梁的事故是災難性的事件,同時也是可規避的事故風險,橋梁事故對每個人是痛心的事。保障橋梁運營安全,需提高橋梁養護管理水平,立足當前橋梁養護問題研究相應方案,更好的延長橋梁使用壽命,對高速公路橋梁安全和橋梁養護發展具有里程碑式意義。

           ?。ǘM足首都城市功能定位 改變傳統橋梁養護觀念和模式

            隨著我國社會經濟和科技穩定持續的發展,以前的交通體系已經不能滿足現在的交通運輸需要,北京作為首都,有著“四個中心”的功能定位,對道路橋梁的運輸速率和運輸效率的需要日益增長,相關的交通建設項目也在不斷的發展和進行。

            橋梁需要承擔巨大的承載壓力,會出現縫隙、破損等問題的產生,而傳統的養護管理方法已經不能滿足于現狀的需求,為了能夠在一定程度上減少此類事件的發生和保障交通運營的正常進行,對道路橋梁進行管理和養護并且探索創新途徑十分有必要。

           ?。ㄈ┨岣邞睋岆U保障能力 實現首都高速快速暢通

            高速公路規模不斷擴大,機動車數量與日俱增,道路突發事件,將對高速公路橋梁運營造成嚴重影響,對城市安全運行產生重大危害,日常橋梁養護管理常遇到的有交通事故、機電系統及供電系統重大故障、火災事故、危險化學品事故、惡劣天氣、冬季除雪防滑工作等突發事件,橋梁養護管理對不同的應急事件需制定相應的應急事件處置或處理方案。特別是緊急情況下(自然災害,嚴重的交通事故,群體性事件,危險品車輛事故等),應急響應過程松散,搶險措施方法相對單一,成為制約應急響應能力提升的瓶頸。

            二、高速公路橋梁巡檢養一體化管養模式創新實踐的主要做法

           ?。ㄒ唬┛茖W布控,以點帶面,構建橋梁管養體系

            橋隧管理實行“統一管理,分級實施”的原則。集團公司負責橋隧的統一管理、技術指導和實施監督工作。各養護公司負責橋梁日常養護管理的具體實施。各檢測單位負責定期檢查、特殊檢查工作的具體實施。首發集團公司建立橋隧專業工程師團隊、專業養護技工隊伍和橋隧應急搶險隊伍。建立健全橋隧“三級三類三重點”巡查體系,以病害早發現、早處置為原則,在經常性檢查的基礎上,開展定期檢查,掌握多種維修加固技術及施工工藝。建立完整的橋隧檔案數據庫,實現信息化動態化管理,為保障橋梁運行安全奠定基礎。

            首發養護公司下屬的12個養護項目部采取分區域化管理。橋隧應急搶險隊負責全路網范圍內專業橋隧搶險工作,充分發揮地域優勢,整體提升橋隧應急保障的快速處置能力。

           ?。ǘ┩晟茦蛄吼B護標準 科學制定養護措施

            橋梁運營服內養護工作總體目標是“技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理”。管養單位在橋梁檢查、檢測、保養、維修等各方面積極吸取先進的技術手段,提高橋梁養護的質量和效率。以“全壽命管養”理念為基礎,合理安排養護資金,在保證質量的前提下,創造最大的經濟效益。

            養護策略上建立健全巡檢養護管理機構組織,明確橋梁巡檢養護管理人員的職責分工,加強對巡檢養護管理人員的技術陪訓巡檢養護工作推行專業化、機械化,積極利用先進的專業檢查工具,充分利用監控通信系統和其他方法收集各類信息,提高工作實效。高度重視橋梁的技術狀況調查與收集,對各種病害采取有效、先進、經濟的措施進行修復并對修復后的病害迸行跟蹤調查。

           ?。ㄈ╅_展橋梁運營安全風險評估 增強突發事件應急保障能力

            按照《公路橋梁和橋梁工程設計安全風險評估指南》的規定,對于養護段內橋梁運營期的風險事件等級分為4類,對橋梁運營期的主要風險事件進行了評估,評估綜合考慮了風險事件發生的概率和風險事件產生的損失兩個方面的影響。按照《公路橋梁和橋梁工程設計安全風險評估指南》的規定,風險概率和風險損失各自分為5個等級,采用風險矩陣的方式組合確定風險等級。

           ?。ㄋ模┓治鲆讚p性 確保安全性

            1、空心板(實心板)單板受力

            在公路橋梁的梁板式橋中,由于板間餃縫被剪斷,反映在橋面上會形成梁板間的縱向裂縫,造成車輛通過時的荷載不能通過餃縫進行傳遞,所受荷載只能由單個梁板承受,這種病害稱為空心板(實心板)單板受力。

            空心板(實心板)單板受力是結構易損性分析的一大重點,根據首發養護公司養護區段橋梁概況分析,橋梁中空心板(實心板)梁橋占較大比例,簡支空心板梁橋單板受力是導致該類橋梁局部坍塌的重大風險源。

            在日常進行檢查時,管養單位特別注意檢查餃縫混凝土和橋面鋪裝層的狀況,如發現橋面鋪裝縱向裂縫,應首先判斷是否與板梁間的勾縫位置吻合,其次由于橫向聯系的喪失還伴隨著梁板撓度的加大,因此可通過重車行駛時觀測梁板撓度的情況或跨中部位是否有明顯的凹陷來判斷,一旦確定為單板受力應引起足夠重視,應及時上報公司橋隧辦公室并建議對該橋梁采取應對措施,以防止危險發生。

            2、獨柱、彎坡橋梁傾覆

            養護區段內匝道橋由于本身彎坡、坡度的特點,尤其是獨柱的彎坡橋,受力比較復雜,近年來也發生了不少彎坡橋外傾失穩的事故。管養單位重點關注腹板及是否有因扭轉引起的弧形裂縫,獨柱墩是否承受大偏壓出現環狀結構 性裂縫,分聯處梁體外緣是否有錯臺等,并結合針對彎梁橋扭轉問題的結構分析,進行嚴謹的綜合分析,綜合判斷彎梁是否存在外傾失穩危險,排除彎坡橋是否有橫向傾覆的安全隱患。

           ?。ㄎ澹┓e極開展預防性養護,分類決策出效益

            預防性養護技術理念的提出是對養護理念的革新,把養護工作者的思維從路面發生結構性破壞再去維修的被動狀態,轉變到了在結構出現損壞之前就積極采取措施的主動狀態,以此來延長結構壽命,減少養護維修費用。

            預防性養護是伴隨著橋梁壽命全周期而進行的,分為周期性養護措施(非基于狀態)和基于狀態養護措施,主要包括:經常性和預防性的保養、輕微破損部分的維修(即病害處置)等內容,以恢復和保持結構的良好使用狀態。預防性養護設計應進行方案比選和費用效益分析。參考歷年來的橋梁檢測數據、病害監測結果、養護歷史,設計包括短期預防性養護方案設計與中長期預防性養護規劃設計。

            預防性養護設計流程

            常見問題及預養護措施:

            1、大量使用融雪劑造成的耐久問題

            融雪劑是冬季常用的除雪方法,國內外常見的融雪劑按主要成分一般分為醋酸鉀(有機融雪劑)和氯鹽兩類。氯鹽類融雪劑因其價格便宜、效果明顯而被廣泛使用。但其中含有的氯化物,如氯化鈉、氯化鈣等物質極易對環境造成破壞。預防性養護措施推薦使用有機融雪劑消融積雪??刂朴昧?、撒布嚴要求、積雪謹慎處理,確保溶液濃度保持在一個較低的水平撒布要求是將道路積雪控制在假融狀態,即雪還沒有完全融化,保持松散狀態,這樣可以有效控制含有融雪劑的雪水對路面的滲透,減少對路面和橋梁的腐蝕。

            2、鋼結構的防腐問題

            大氣環境下的鋼結構受陽光、風沙、雨雪、霜露及一年四季的溫度和濕度變化作用,其中大氣中的氧和水分是造成橋梁鋼結構腐蝕的重要因素。預防性養護措施為電弧噴涂防腐,利用電弧噴涂設備,對兩根帶電的金屬絲(如鋅、鋁等)進行加熱、熔融、霧化、噴涂形成防腐涂層,外加有機封閉涂層的長效防腐復合涂層。隨著防腐技術的發展,從長效經濟性考慮,噴鋁涂層最為經濟,但一次性投入大,施工良好的涂層可在10年內無需維修。

            3、伸縮縫錨固區混凝土破損問題

            近年來城市橋梁伸縮縫養護維修中存在以下突出問題:錨固區混凝土破損病害的普遍多發和維修后的反復多發,甚至返修。伸縮縫外部工作環境橋面伸縮縫由于設置在梁端構造薄弱部位,隨著交通量的增加和汽車載重量的增大,直接承受車輪荷載的反復沖擊作用,而且長期暴露在大自然中,所處環境比較惡劣,因材料的磨損和疲勞,以及混凝土面板或梁的結合強度不夠,是橋梁結構最易遭到破壞而又較難修復的部位。伸縮縫錨固區混凝土病害的維修應在病害初期采用開裂灌膠、碎塊重鑄、保持行車平順等諸多預養護手段,這樣就避免后期擴大維修規模、成本和難度。

           ?。┘訌姂惫芾?妥善處置突發事件

            為了加強高速公路橋梁交通安全管理,及時有效地應對和處置突發事件,應急處置預案遵循“安全第一、預防為主、快速反應、以人為本”的原則,以快速有效處置橋梁交通事故引發的結構安全損傷為重點,及時采取有效措施保障人員生命安全、減少國家財產損失,使結構安全災害降到最低。管養單位建立橋梁專家組及技術支持組等非常設機構,確定人員,應急響應發生后視情況快速到位,提供技術支持。橋梁結構損傷發生后,應急指揮部視情況啟動相應應急預案,視情況要求橋梁專家組和技術支持組(設計、施工、檢測)到場并開展后續工作。

            三、北京市高速公路橋梁巡檢養一體化管養模式創新實踐的效果

           ?。ㄒ唬┛茖W開展橋隧維養工作,三類橋數量逐年下降,橋梁通行能力顯著增強

            截止2021年11月,集團公司所轄20條道路上橋梁共計2558座。按照全長和跨徑分類,其中特大橋86座,大橋743座,中橋962座,小橋767座;截止2021年11月,集團公司管養橋隧技術狀況評定結果為:一類橋585座、二類橋1959座、三類橋13座、四類橋1座(京藏北沙灘橋左幅),無五類橋。一、二類橋占橋梁總數99.5%;一類隧道4座、二類隧道30座、三類隧道2座。集團公司科學開展橋隧維養工作,三類橋數量逐年下降,橋梁通行能力顯著增強。

           ?。ǘ┵Y金利用率顯著提高

            集團公司以大數據為依托,建立以橋梁技術狀況評定結果、服務水平、資金需要及投資效益評估結果等因素為依據的決策機制,分類采取養護管理措施,采取最恰當的橋梁養護措施,提高決策的科學化水平和養護資金的使用效率。2020年橋梁養護投資3000余萬元,處置橋梁病害1000余處,取得良好效果。其中京港澳高速通道橋護欄改造691延米、進一步提升防撞等級。

           ?。ㄈ蛄吼B護應急能力顯著提升

            按照首都“四個中心”戰略定位和建設要求,結合首都橋梁運營中交通服務功能標準高等特點,集團公司高度重視信息公開制度,在設置橋梁信息牌的基礎上,通過條幅、路網電子信息屏、報紙、電視及各種新媒體媒介加大宣村力度,提升用戶滿意度。2020年,在橋梁突發事件處置方面,48小時完成京港澳高速K34+130通道橋整體置換,36小時完成京藏高速辛莊橋邊梁更換,獲得北京市交管局高度認可。

           ?。ㄋ模┙煌ㄟ\輸部橋隧檢測評價檢查獲肯定

            集團公司傳承發揚“工匠精神”,營造“鼓勵創新,崇尚技能”的創新文化氛圍,在橋隧管理中研究推廣新材料、新工藝、新技術、新設備等應用,獲得多項科技創新榮譽,擁有多項國家專利產品。其中,京哈高速儒林橋使用超快硬混凝土大大縮減了混凝土養生時間,京昆高速使用液體伸縮縫止水帶實用性良好,京開高速公路K23+068通道橋的加固工程利用MPC復合材料快速加固鋼筋混凝土橋梁,伸縮縫微創維修法、伸縮縫支座復位修復器獲得國家級專利證書,2020年重點橋梁檢測獲得交通部高度認可。

            作者:景海林 高偉 溫騰,北京首發公路養護工程有限公司



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