运营期斜拉桥病害系统性检测与养护管理技术应用研究

王建林

（山东省公路桥梁检测中心有限公司,山东 东营 257000）

0 引言

随着交通网络的不断发展和完善，斜拉桥作为一种重要的桥梁形式，在现代城市交通中起到了至关重要的作用。然而，由于长期运营和自然环境的影响，斜拉桥在使用过程中会产生各种各样的病害问题。这些病害问题如果不能及时发现和处理，将直接影响斜拉桥的安全性、可靠性和寿命。因此，该文通过对运营期斜拉桥病害检测与养护管理进行深入研究，以期实现对斜拉桥病害的快速、准确、全面的检测和评估，为养护决策提供科学依据。

1 工程概况

某大桥主桥为（112+270+112）m 双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，索塔采用“H”形钢筋混凝土结构，斜拉索呈扇形布置，采用φ7 mm 镀锌高强钢丝，锚固端采用防腐油脂防护。该次检测方向为由北至南。

2 斜拉桥常见病害及系统性检测

在营运期间，斜拉桥养护检测除对桥梁外观、各构件病害进行检查外，同时还需对斜拉索、主梁、索塔、墩台与基础及桥梁自振特性等进行系统性检测，以充分了解桥梁的健康状态与技术状况。

2.1 斜拉索

斜拉索作为斜拉桥的主要受力构件，起着承受载荷、提供横向支撑和增加桥梁稳定性的作用。如果斜拉桥的斜拉索失效，则整座桥梁将面临倒塌的危险。通过检测可以获取斜拉索的结构状态以及质量退化情况，从而决定采取何种修复措施。斜拉索的检测项目主要有索套、减振系统、锚具和钢丝索等[1]。

（1）索套检测内容主要涉及外观检测、尺寸、形状检测、腐蚀和锈蚀检测等。首先，外观检测内容包括检查索套表面是否有明显的损伤、磨损、腐蚀和变形等情况；尺寸和形状检测包括测量索套的直径、壁厚、长度以及索套端部的连接状态等，确保索套的尺寸和形状符合设计要求，能够提供足够的保护和支撑作用；对于不锈钢索套，还要进行锈蚀检测，主要采用非破坏性检测技术，如超声波检测、磁粉检测等方法。

（2）减振系统检测主要是检查减振器的工作状态、阻尼效果以及结构完整性，确保减振器的各个组件和连接部位安装牢固，不存在松动、断裂或变形等问题。

（3）斜拉索锚具分为塔端锚具和梁端锚具，主要检查锚具与桥塔或桥墩之间的连接是否牢固，是否存在松动或变形等问题。还应对锚具进行防腐蚀处理的有效性检测，确保锚具能够有效抵御腐蚀和环境侵蚀。可以根据现场情况打开锚具后盖观察锚杯内是否有积水和锈蚀，防锈油是否失效。

（4）斜拉索检测主要包括外观检查和拉索索力检测。外观检查主要检查是否有明显的锈蚀、腐蚀、磨损、断丝或变形等情况。而斜拉索作为斜拉桥结构的主要承重元件，其受力情况直接关系到斜拉桥的结构安全性[2]，因此索力检测应作为重点检查项目。通过索力检测，可以及时发现索力异常或过大的情况，避免因索力失控而导致桥梁结构的破坏或垮塌。索力测试常采用振动测试法，即利用斜拉索自身的振动特性进行测试。通过激励斜拉索产生振动，然后通过振动传感器等装置测量振动信号，并将其转化为索力值。振动测试可以在实际使用条件下进行，具有实时性和连续性的优势。

2.2 主梁

斜拉桥主梁结构需要进行定期检测，以发现和评估可能存在的问题和损伤。主梁是斜拉桥的承载结构，其健康状况对桥梁的安全性和可靠性有重要影响。以下为斜拉桥主梁的检测内容：

（1）外观检测：对主梁外表面进行目视检查，包括观察是否破损剥落、钢筋锈胀保护层胀裂脱落、蜂窝麻面等问题，检测是否有明显的损伤或变形。

（2）线形检测：主要检测主梁桥面线形和轴线线形。线形检测可以帮助监测主梁的形状、挠度和变形情况，及时发现结构的异常或失稳，以确保斜拉桥的结构安全性。通过检测数据的分析，可以判断主梁是否超出设计要求的变形范围，避免潜在的结构问题。

（3）混凝土质量检测：主要包括强度测试、厚度测量等，以评估混凝土结构的完整性和健康状况。

2.3 索塔

（1）钢缆状态检测：检查索塔上的钢缆是否存在断股、腐蚀、锈蚀、变形等问题，确保钢缆处于良好的工作状态，保持足够的强度和稳定性。

（2）索塔结构稳定性检测：检查索塔结构是否发生倾斜、变形、开裂等问题，可以通过测量索塔垂直度、观察表面裂缝数量等进行评估。

（3）索塔基础检测：重点检查索塔基础的混凝土质量、坑孔稳定性、沉降情况，以及基础是否受冲刷淘空等。

2.4 桥梁自振特性检测

在斜拉桥营运期间，斜拉桥处于不断受力的状态，会受到风荷载、交通荷载等外部激励的作用。通过自振特性检测，可以评估斜拉桥在这些激励下的响应情况，判断结构的安全性，有助于发现潜在的结构问题和脆弱点，及时采取加固措施，确保斜拉桥的安全运行。

2.5 支座

斜拉桥通常采用橡胶支座，因此需要检测橡胶的老化程度、变形情况以及橡胶与金属部分的粘接情况，以判断橡胶支座的可靠性和寿命，并及时进行更换或维修工作，同时应对支座的稳定性进行检查，包括支座是否倾斜、移位或松动。通过测量支座的水平度、垂直度等参数，评估支座是否处于正常工作状态，以确保桥梁结构的稳定性和安全性；此外，还应对支座的防腐层进行检测，检查防腐层是否存在破损、剥落或老化现象。

2.6 墩台与基础

（1）病害检查：检查墩台表面是否存在风化、渗水、开裂、剥落、露筋等情况；墩台内部是否有裂缝、空洞、锈蚀等问题；台背填土有无沉降裂缝、挤压隆起及受冲刷等情况；墩台与基础有否滑动、倾斜、下沉或冻拔。

（2）沉降监测：通过安装监测设备对斜拉桥的墩台和基础进行沉降监测，以便及时发现和跟踪墩台和基础的沉降情况，评估其是否超出设计范围。

2.7 桥面及附属设施

桥梁附属设施包括桥面铺装、伸缩缝、排水系统、栏杆、照明设备等，其完好程度直接影响斜拉桥的安全性及耐久性，主要检测内容如下：①桥面铺装表面的平整度，检查是否存在凹陷、波浪状或坑洼等问题；②伸缩缝是否有异常变形或位移，密封材料是否存在老化、裂纹或损坏情况，伸缩缝内是否有杂物、积尘，是否造成明显跳车；③检查桥面的排水系统是否畅通和正常工作；④检测桥面照明系统的照明效果和灯具是否正常工作。确保夜间行车时有足够的照明，提供良好的视觉条件；⑤桥面的栏杆和护栏是否完好、稳固，确保能够起到有效的安全防护作用；⑥标志、标线等是否完好、清晰可见。

3 检测结果分析

该次斜拉桥检测以目测为主，同时配备照相机、裂缝测宽仪以及其他辅助检测器具与设备等必要的量测仪器，其中重点对斜拉索、主梁、索塔以及自振特性进行检测。

3.1 斜拉索检测

（1）通过对斜拉索系统进行检查发现，部分锚具、锚头表面发生轻微锈蚀，且存在防腐油脂变质的现象；减振装置外观质量良好，未见明显病害；多处拉索PE 护套表面发生开裂或断裂，其中，开裂或断裂在10 处以上的斜拉索有4 根，且该类斜拉索内部的钢丝表面均出现了不同程度的锈蚀。

（2）利用频率法测试斜拉索索力，该次测试采样频率设置为80 Hz，采样时间为5 min。索力测试结果表明：各索的索力分布比较均匀，主塔两侧索力分布均匀，全桥沿顺桥向的索力对称性良好，未发现斜拉索内力突变现象。

3.2 主梁检测

（1）经检查，主梁出现的病害主要为梁体桥面板存在多处裂缝、露筋、蜂窝麻面等现象；翼缘板边缘处多处出现渗水现象。

（2）主梁混凝土强度检测结果表明，混凝土强度推定值均>60 MPa，达到设计强度的等级要求。

（3）主梁桥面线形检测采用独立高程系统，桥面实测线形如图1 所示。由图1 可看出，桥面对称性良好，线形较为平顺。

图1 桥面实测线形分析图

3.3 索塔检测

该次索塔检测重点为索塔垂直度，通过测试塔柱上两布置测点的纵桥向和横桥向相对距离及高差，计算得到索塔的垂直度。索塔垂直度检测结果如表1 所示。

表1 索塔垂直度检测结果汇总表

观察表1 结果可知，索塔垂直度实测值与理论值基本一致（纵桥向设计垂直度为0%，横桥向为0%），索塔技术状况良好。

3.4 自振频率检测

该次测试设置采样频率为100 Hz，采样时间40 min，采用有限元软件Midas Civil 进行结构自振特性计算，计算结果如表2 所示。

表2 主梁自振频率结果汇总表

观察表2 结果，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21—2011）中相关规定可得出，桥梁上部结构的整体性能和技术状况处于完好状态。

4 斜拉桥的养护管理

4.1 建立桥梁健康监测系统

桥梁健康监测系统可以实时监测斜拉桥的结构状况，提供及时的数据和警报，以帮助工程师和技术人员进行养护和维修。主要流程包括传感器安装、数据采集与传输、数据分析与处理、异常情况警报。通过建立桥梁健康监测系统，可以实时掌握斜拉桥的健康状态，及早发现桥梁病害问题，确保桥梁的运营安全。

4.2 建立健全桥梁养护管理系统

要实现对斜拉桥的养护，建立健全桥梁养护管理系统十分关键。首先建立桥梁信息库，信息库中包括设计图纸、结构参数、材料规格、施工记录等信息，然后制定包括养护周期、养护内容、养护方法以及预算等的养护计划，还应设立养护责任部门，并明确各自职责和权限，最后建立数据管理系统，对巡查和检测所得的数据进行收集、整理和分析。通过建立健全桥梁养护管理系统，可以为快速、科学地进行养护决策提供有力的理论依据。

4.3 做好桥梁的日常巡查

按照《公路桥涵养护规范》的要求，每年应进行经常性检查与定期检查。根据斜拉桥的特点和养护要求，制定每天、每周或每月的巡查计划。确定巡查的时间、范围和内容，并明确负责的人员。巡查过程中要认真记录发现的问题和异常情况，并及时进行处理和维修。根据问题的严重程度和紧急程度，安排专业人员进行修复或采取临时措施，确保桥梁的正常使用。

4.4 建立桥梁养护管理档案

桥梁养护过程中应注意收集资料并及时进行归档整理，建立养护管理档案。并且随着桥梁服役时间的增长，档案系统内的各项资料应进行补充丰富。完善的桥梁养护管理档案可以帮助各有关部门对桥梁质量进行精准评估，为斜拉桥养护工作的开展提供可靠的理论依据。在建立档案时，相关部门需进行养护任务的详细划分，以帮助各部门明确各自的养护工作内容。各养护单位工作职责如表3 所示。

表3 养护单位工作职责表

5 结论

斜拉桥在运营期间会产生各种各样的病害问题，如果不能及时发现和处理，将影响斜拉桥的安全性与稳定性。同时，斜拉桥一旦开通运营，养护管理工作随之展开，其工作质量的好坏将直接影响斜拉桥的使用寿命。因此，该文依托某实体工程，展开了运营期斜拉桥病害系统性检测与养护管理技术应用研究，得到主要结论如下：

（1）该大桥主桥的系统性检测结果显示，桥梁结构构件虽有损伤，但尚未影响桥梁安全，因此可将其完好状况等级评定为合格级。

（2）为做好斜拉桥的养护管理工作，实现“保障桥梁运营安全、延长桥梁使用寿命”的目标，该文提出了建立桥梁健康监测系统、建立健全桥梁养护管理系统、做好桥梁的日常巡查、建立桥梁养护管理档案等方法。