基于检测数据的山东省高速公路桥梁现状调查与分析

徐光铭，郭如意

（1.山东高速交通建设集团股份有限公司，山东 济南 250000;2.山东省公路设计咨询有限公司）

1 引言

截至2020 年底，山东省高速公路通车里程达到7473公里，由2017年底的全国第10位跃居至第5位，到“十四五”末，预计通车里程将超过10000公里。桥梁作为高速公路的咽喉，一旦发生事故，必将严重影响高速公路的通行能力。山东省地域广泛，东西跨度较大，既有漫长的海岸线，又有平原及山区地貌，桥梁结构在不同的气候及交通量影响下，会产生不同的具有地域特征的病害类型。了解并掌握各种桥梁病害的发生规律，有利于采取有针对性的养护措施。彭松、周承涛等[1，2]在调查了湖北、贵州国省道及高速公路桥梁技术状况的基础上，总结了现有桥梁病害类型，并进行了简单的问题分析，但没有做进一步的研究。本文着重分析了山东省2020 年的高速公路桥梁检测报告，总结归纳了山东省内高速公路桥梁的现状，并对不同地域环境、不同桥龄、不同跨径桥梁病害类型进行了统计分析，提出了指导性的养护建议。

2 调查统计

2.1 桥梁检测总体状况

依据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）的规定，把桥梁技术状况等级分为1～5类。根据检测结果，受检桥梁技术状况如图1所示。

图1 桥梁总体技术状况统计

从图1 可以看出，在所检桥梁中，一类桥与二类桥数量分别为3408 座和3574 座，在数量上相差不大，无三类及以下桥梁，说明山东省内高速公路桥梁的总体技术状况比较好，在桥梁养护力量上的投入比较大。

2.2 按桥梁跨径分类

从图2 可以看出，特大桥、大桥占比仅为10.67%，中、小桥仍然是在役桥梁的主力军，占比达89.33%。在中、小桥中，一类桥与二类桥占比基本持平，在特大桥、大桥中一类桥占比仅为35.84%，二类桥占比达64.16%；尤其在特大桥类型中二类桥占比高达86.3%，远大于中小桥类型中二类桥占比。在养护水平一致的情况下，特大桥、大桥的养护技术难度明显高于中、小桥，在养护专业化上需要进一步提升，专业人员和专业设备都需要加大投入。

图2 各跨径桥梁技术状况分布

2.3 按地理位置分类

图3、图4 分别为山东省沿海地区和内陆地区几条路线上的桥梁技术状况统计，可以看出沿海地区线路上二类桥在比例上远远超过一类桥，其中S19高速参检桥梁全部为二类桥；内陆地区路线上的桥梁技术状况明显好于沿海地区的桥梁，一类桥在比例上明显高于二类桥，尤其是G25路线上桥梁的总体技术状况明显好于其他线路，在此次参检线路中桥梁技术状况最优。由此可知，沿海地区的环境对桥梁结构的影响非常大，尤其是氯离子对混凝土结构的影响，因此需要在沿海地区加强对混凝土结构防腐蚀方面的养护，提高混凝土结构的耐久性[4]。

图3 沿海地区路线桥梁技术状况统计

图4 内陆地区路线桥梁技术状况统计

2.4 按不同桥龄分类

由图5可以看出，本次受检的桥梁桥龄主要集中在11a～20a，占到63.3%。在桥龄为1a～5a、6a～10a、11a～15a 的桥梁中，一类桥的占比分别为56.3%、58.1%、52.7%，说明桥梁一般在15a 以内病害发展情况还不算太坏，只要能保证桥梁的正常养护，桥梁技术状况一般能达到一类桥的标准；而桥龄在16a以上的桥梁技术状况会逐渐变差，尤其是20a 以上的桥梁，受限于当时的施工技术水平，桥梁技术状况普遍较差，需要采取有针对性的养护措施，提高其技术状况水平。

图5 不同桥梁技术状况统计

3 桥梁常见病害分析

3.1 主要桥型

本次受检桥梁主要结构形式有简支梁、连续梁、刚构桥、拱桥以及斜拉桥，分布如图6所示。可以看出，目前高速公路桥梁结构形式以梁桥为主，总数量占到95%左右。梁桥结构形式简单，力学指标明确，施工难度低，在跨径较小的情况下，是设计施工的首选类型。

图6 主要桥梁结构形式分布

3.2 梁桥

梁桥是目前高速公路桥梁结构形式中主要的形式，包括简支梁和连续梁。梁桥的结构受力比较明确，存在的病害种类及原因也相对容易确定。

梁桥存在的最常见病害是裂缝，包括梁底的纵向裂缝、横向裂缝、斜向裂缝以及腹板的各种裂缝。近些年发现存在的比较严重的问题是预应力箱梁沿波纹管出现的裂缝，如图7 所示，由于波纹管灌浆质量不能保证，个别会出现存水现象，一旦出现预应力钢筋严重锈蚀现象，必将影响桥梁结构的安全性[5,6]。

图7 沿波纹管走向裂缝

梁桥产生此类裂缝的主要原因有：混凝土的收缩徐变，梁体浇筑及养护过程中温差较大，产生温缩裂缝；梁桥建设年代久远，且受限于当时的施工水平，随着车流量的逐渐增大，产生结构受力裂缝；波纹管压浆过程中压浆质量控制不好，保护层厚度不均匀，造成预应力钢筋过早受到环境的侵蚀，产生裂缝[7]。

梁桥混凝土结构钢筋锈胀也是比较突出的问题，如图8 所示，由于保护层不够以及长期受雨水侵蚀，造成梁桥混凝土结构钢筋锈胀，此类问题在一些运行时间较长的线路上更为突出，需要加以重视。此外，由于近些年超载车越来越多，加上环境影响，梁桥的支座问题越来越突出，尤其是一些运行时间较长线路，支座普遍存在剪切变形、老化开裂、脱空等现象。

图8 底板钢筋锈胀

3.3 刚构桥

刚构桥在种类上又分为T 型刚构、门式刚构、斜腿刚构以及连续刚构，其中T型刚构和斜腿刚构多为跨高速路的天桥，车辆通过较少，在本次检测中发现病害较少，技术状况等级多为一类；门式刚构和连续刚构多为高速主线上的桥梁，且近5 年修建的居多，整体技术状况较好，存在的主要病害是表观温缩裂缝以及局部雨水侵蚀。

3.4 拱桥

目前，高速公路上的拱桥多以小跨径为主，拱圈为混凝土材质，拱脚多以砌石为主，存在的病害主要是局部的拱圈和侧墙开裂。其中，侧墙开裂多是由于近些年的超载所致，造成局部侧墙土压力的增大，侧墙外倾，从而导致开裂；拱圈开裂一般宽度较小，且未发现有渗水迹象，分析为温缩裂缝，影响不大[8]。

此外，在高速主线上还存在一些修建年代较早的混凝土拱桥，此类拱桥在近些年的修建中已很少出现。病害主要类型为钢筋锈胀，产生的原因主要是钢筋保护层过薄及长期受雨水侵蚀，尤其在一些沿海地区，更容易产生钢筋锈胀现象，使结构耐久性大大降低[9，10]。

3.5 斜拉桥

受检桥梁中，仅有一座斜拉桥，为准确掌握斜拉桥拉索的索力状态及外观质量，检测中对每一根拉索均进行了索力测试及机器人爬锁检测，如图9～图11所示。

图9 爬锁机器人

图10 爬锁机器人检测拉索外观

图11 拉索索力测试结果

结果显示，斜拉索PE护套在外观上基本保持良好，虽有局部轻微刮痕，但不影响正常使用。斜拉索索力实测值与理论计算值偏差介于-8.27%～6.34%，介于允许偏差±10%以内，受力状态良好。

此外，斜拉桥存在的最普遍的问题是混凝土开裂问题，包括塔身及梁体内外的裂缝，但大部分都已经进行了封闭，且近两年的观测结果显示均处于稳定状态，没有继续发展。

3.6 其他

检测结果显示，在高速公路桥梁上普遍存在台前护坡及锥坡的沉陷问题，产生的主要原因是施工时碾压不密实、填料不均匀、后期雨水冲刷。此类问题虽然短期内影响不大，但长此以往，必然影响桥头处路基的稳定性，造成严重的跳车现象。

4 提高高速公路桥梁结构安全性的措施建议

4.1 加大对特大桥、大桥的检查养护力度

特大桥、大桥往往在结构形式上比较特殊，存在的安全隐患点比较隐秘，采取常规检查手段难以及时发现问题，安全隐患较大。管养部门需要结合高科技的检查仪器，不断提升管养技术能力，对桥梁重点部位进行深入检查，确保桥梁结构安全。

4.2 提高沿海地区桥梁结构的抗腐蚀能力

桥梁结构在外界因素影响下，耐久性会逐渐下降，严重影响桥梁的结构安全，尤其在沿海地区，其耐久性下降速度更快。管养部门可以通过组织沿海地区桥梁结构耐久性专项评估，对沿海地区桥梁结构耐久性能进行提升改造，延长桥梁使用寿命。

4.3 加大桥下易燃物及超高车辆隐患的治理

桥下易燃物的堆积，存在火灾隐患，而混凝土结构在遭受火灾后会受热胀裂，材料变脆，严重影响桥梁的承载能力，管养部门应及时清理桥下堆积易燃物，消除火灾隐患。通过本次检测发现，限高限宽牌的缺失依然是普遍现象，而超高车辆对桥梁造成的损害后果不可估量，需要引起相关部门的重视，应采取适当的措施予以治理。

4.4 提高养护技术能力，及时开展预防性养护

对桥梁常规病害的处理措施基本成熟，但在实际施工中，由于技术水平的差异，病害的处理效果参差不齐，需要在桥梁养护专业化施工方面，打造专业的桥梁养护队伍，提升病害处理效果；随着桥梁预防性养护概念的提出，要不断总结经验，运用四新技术，实施开展桥梁预防性养护，提高桥梁结构寿命。

4.5 加强对“三特”桥梁的健康监测

特大桥、特殊结构桥、特别重要桥往往处于高速公路的咽喉位置，一旦出现问题，严重影响高速路网的通行能力。建议在常规定期检查的基础上，逐步开展对全部“三特”桥梁的健康监测，实时获取桥梁结构在实际交通荷载下的动静力反应数据，掌握桥梁的整体结构状况，便于及时采取相应的处理措施。

5 结语

桥梁病害的产生受到多种因素的影响，本文在分析桥梁病害产生时考虑了不同地域环境、不同跨径及不同桥龄的影响，提出：①应在特大桥、大桥等大跨径桥梁养护上提高专业人员及专业设备的投入；②针对沿海地区桥梁应增强桥梁防腐工作；③对桥龄在20a以上的桥梁要加强针对性的养护措施；④应打造专业养护队伍，提高养护技术水平，及时开展预防性养护。

本文以山东省高速公路桥梁检测结果为依据，归纳总结的意见针对性强，对山东省高速公路桥梁结构养护管理工作具有一定的指导意义。但其他因素（如交通量、原材料等）对桥梁病害的影响，本文没有考虑进来，且各种因素之间交互产生的影响更加复杂，需要作进一步的研究。