预防性养护在大跨径斜拉桥养护中的应用分析

白德山

（福建省三顺交通工程有限公司，福建漳州363000）

0 引言

大跨径斜拉桥是桥梁工程的重要类型，其特点为用拉索直接将主梁拉在桥塔上，相较于梁式桥，大跨径斜拉桥的跨越能力更佳，运营起来也更为复杂，尤其是养护作业涉及一系列复杂的工作环节、技术要点，常为技术人员带来困难。因此有必要加强对大跨径斜拉桥后期养护，特别是预防性养护的研究，将桥梁病害控制在萌芽阶段。

1 工程概况

厦漳跨海大桥桥梁的概况：位于厦门岛西南部，2013年5月28日投入运营。跨径组合：北汊主桥（95+230+780+230+95）m。结构体系：连续半漂浮体系双塔双索面斜拉桥；索塔采用钻石形，高227m，塔柱采用空心箱形断面，全桥设200 根斜拉索。竣工时，在同类型桥梁中居全国第六，世界第十，也是国内在极端腐蚀环境中，跨径最大的斜拉桥。南汊主桥（135+300+135）m，钢—混凝土组合梁，半漂浮体系，索塔采用H 型，塔柱采用矩形空心截面，全桥设96 根斜拉索。

2 预防性养护的概述

2.1 预防性养护的内涵

养护是道路工程在投入运营阶段的重要环节之一，具体包括对工程的保养、维护与修复等。传统养护作业多为矫正性养护，即在工程出现病害、丧失部分功能后，采取措施，矫正病害，具有一定的滞后性。随着工程养护理念的不断更新，目前对大跨径斜拉桥的养护，推荐采用预防性养护措施，即不以桥梁出现病害、丧失功能为进行养护作业的必要条件，在桥梁处于良好状态时，有计划、有目的地展开养护作业，以延缓桥梁病害的出现时间，延长桥梁的使用寿命。

2.2 预防性养护的特点

相较于矫正性养护，预防性养护的特点如下。

2.2.1 计划性

预防性养护不以病害的出现为前提，但仍有明确的工作目标，相关工作人员会结合桥梁的具体情况，编制养护方案，让各项养护作业得以顺利实施。例如，在养护斜拉桥时，为避免构件涂层脱落，会提前针对构件层出现的裂缝，制定修复方案。

2.2.2 系统性

预防性养护的目标是延长工程的使用寿命，最大化发挥其在经济、社会等方面的价值，因此有必要结合桥梁工程的各种因素，制定系统化的预防养护方案。

2.2.3 主动性

预防性养护包括一系列常态化、持续性的养护作业，相较于矫正性养护具有突出的主动性。

3 大跨径斜拉桥预防性养护的技术方法

对桥梁的预防性养护须坚持采用科技手段，以行之有效的措施将“预防为主，安全至上”的方针贯彻到位，实现对桥梁问题的早发现、早处理，从而延长桥梁的使用寿命。在实际工作中，相关工作人员要结合养护的需求，建立完善的养护管理制度，发挥制度的力量，做好桥梁的日常巡查、检查、保养、小修、定期巡查、特殊巡查以及专项巡查[1]。由于大跨径桥梁的养护难度较高，建议依托信息技术手段，建立桥梁健康的监测系统，实时监测桥梁健康，防微杜渐、及时养护。预防性养护的技术方法具体如下。

3.1 持续掌握桥梁结构状态

掌握桥梁结构状态是对桥梁实施预防性养护的基础。相关单位有必要采取措施，制定健全的检测机制，应用各种先进的技术手段，组织工作人员及时、准确、全面地了解桥梁结构状态，确定合适的养护时机、养护方法。在实际工作中，推荐养护单位安排检测部门与健康监测部门负责执行这一工作，其中检测部门主要负责应用检测技术，动态化地把握桥梁的结构状态；健康监测部门负责应用下文所述的监测系统，为检测部门的工作提供技术支持。

3.2 建立桥梁健康监测系统

大跨径斜拉桥具有一定的特殊性。在检测中，相关工作人员有必要采取先进的技术手段，如传感器、信息技术、智能化技术等，采集与桥梁工程有关的数据信息，构建桥梁健康监测系统，提升桥梁养护的有序性、有效性与针对性。利用监测系统发现桥梁工程的潜在病害，为桥梁安全管理部门提供决策的依据，提升桥梁的管理水平，保障桥梁的运营安全[2]。此外，相关单位在平时也应重视对桥梁养护先进技术的研发，不断提升桥梁的养护效率。

3.3 健全桥梁养护管理系统

相关单位应建立健全桥梁养护管理系统，将各项职责细化落实到人，督促工作人员及时检查、检测桥梁的运营情况，并上传桥梁的基础信息。相关部门应第一时间处理、分析数据信息，评估桥梁的实际情况，为养护作业做好准备。以下列举一例典型的桥梁养护管理系统（见表1）。

表1 桥梁养护单位工作职责表

3.4 严格落实桥梁定期检查

养护单位应依照《公路桥涵养护规范》（JTG 5120—2021）的要求，定期组织有相应资质的单位或人员严格执行对桥梁的检查。在检查前，结合桥梁的实际情况，制定详细的检查方案。

3.5 加强桥梁日常小修保养

应加强对桥梁的日常检查、修复、保养，及时发现桥梁存在的或潜在的病害，分析病害的成因与发展趋势，有针对性地采用经济、有效的小修保养方法，将病害控制在萌芽状态。

3.6 建立健全桥梁管理档案

在桥梁养护过程中，应重视对各种资料的收集，构建全面的桥梁管理档案。档案内容一般应包括如下几点：其一，桥梁建设的基本信息资料，包括建设的技术参数、材料型号、施工工序等；其二，桥梁的病害记录，包括桥梁发生病害的时间、部位、类型、影响；其三，桥梁病害的修复记录，包括在养护桥梁过程中，采取的技术措施，取得的效果等。养护单位应安排专业技术人员定期检测、评定这些资料，对于桥梁病害修复记录、修复效果等资料进行重点检查。在综合分析各项数据的基础上，计算得出技术指标，比对桥梁动静载试验所得技术指标以及桥梁设计参数，分析状态，掌握潜在病害，为桥梁养护提供数据依据，在节约养护成本的同时，实现桥梁养护质量最优化的目标。

4 大跨径斜拉桥预防性养护的重难点

大跨径斜拉桥多建设在国道的主干线上，承担的交通运输任务十分繁重，通过预防性养护，对保障大跨径斜拉桥运营的安全性与稳定性，具有重要意义[3]。厦漳跨海大桥南、北汊主桥主要承重构件为主梁、主塔和斜拉索，在养护时应重点关注这些构件的养护。竣工时，厦漳跨海大桥已经安装了桥梁健康监测系统。在养护过程中，应充分利用这一系统提供的数据，提升桥梁养护的科学性、合理性。以下分析大跨径斜拉桥预防性养护的重难点。

4.1 斜拉索

斜拉索是大跨径斜拉桥的重要组成部分，影响桥梁的受力状态。对斜拉索的养护应注意：首先，定期检测索力，分析索力有无变化，若发现索力数值与初始数值或上次测量数值相差过大，应仔细分析原因，采取相应策略进行处理。应用频谱法测量钢绞线斜拉索的索力存在困难，为预防桥梁出现病害，在建设阶段应为斜拉索装设测力传感器[4]。其次，应定期检查斜拉索防护层，观察钢丝是否出现锈蚀、断丝等情况。可使用斜拉索检测机器人检测两端锚具、两个锚头之间有无出现开裂、破损、锈蚀现象。最后，大跨径斜拉桥一般都安装了外部减振装置，在养护桥梁的过程中，还应检测这一装置的运行状态是否正常。

4.2 索塔

索塔是大跨径斜拉桥重要的受力构件，受力以压弯为主。目前大跨径斜拉桥的索塔多由钢筋混凝土制成，养护单位每年应检查索塔一次以上，检查内容包括：其一，检查混凝土有无裂纹、表面风化、剥落、漏筋现象以及钢筋锈蚀的情况；其二，检查混凝土有无整体龟裂现象，多由骨料硅钙反应引起；其三，检查预应力钢索锚固区段混凝土有无开裂现象；其四，检查沿预应力筋的混凝土表面有无纵向裂纹；其五，检查索塔拉索、锚固区承压板附近及塔壁混凝土牛腿上有无开裂、剥落、锈蚀现象。此外，若索塔内部含有钢结构，如钢锚箱或钢锚梁，还应检查钢结构表面油漆有无起皮、锈蚀现象。

4.3 加劲梁

在大跨径斜拉桥中，加劲梁是以受压为主的压弯构件。在进入运营阶段时，应对其进行全断面受压，保持压应力有一定的富余，为养护工作打下基础。

在通常情况下，跨度在500m 以内的斜拉桥加劲梁由预应力混凝土结构构成。在检查时，应重点关注主梁有无出现表面开裂问题，检查预应力的有效值以及主梁应力、挠度的变化。对于前者推荐用检查小车，若发现裂纹应依据裂纹的具体形状、走向、宽度分析其成因，采取相应的措施；对于主梁应力，可利用埋设在梁体内的应力传感器进行监测；主梁挠度变化直观反映了梁体受力的变化，平时应加强日常检查，若发现挠度变化较大，应分析原因、及时处理。

跨度在500m 以上的斜拉桥，加劲梁多由钢箱梁与钢桁梁构成。在检查时，应重点注意箱梁节段、桁架杆件两个部位，通常以焊接、高强度螺栓两种形式连接。检查中应重点关注焊缝，当加劲梁焊缝受垂直方向的交变荷载作用时，易有疲劳裂纹在应力集中区与焊接缺陷处产生，在应力以及腐蚀介质的影响下会迅速扩展开来，如不及时修复会为桥梁带来难以挽回的伤害。因此，在养护过程中，若发现焊缝有异常情况应及时处理，遏制病害的发生。对于采用高强度螺栓连接的钢结构，在检查时应重点关注螺栓是否松动、有无裂纹。若出现松动应使用专业工具拧紧，并为其施加设计好的预压应力。

近年来，钢箱梁正交异性钢桥面板U 肋焊缝出现裂纹的例子并不罕见。因此在养护加劲梁的过程中，也应将这一部位视作检查重点。正交异性钢桥面板出现裂纹的原因较为复杂，但疲劳荷载、大型重载车辆荷载作用应是主要原因。目前采取的防治手段是在设计阶段加大面板厚度，在加工制造阶段加强对焊缝熔深的把控，一般应达到80%。从源头处入手，为运营阶段的养护工作奠定基础。

车辆超载是大跨径斜拉桥最典型的安全隐患，是桥梁安全事故最为主要的成因。在平时，可利用动态车辆称重系统，实时监测通过桥梁的交通量、车速、轴重，辅助桥梁管理部门管控通过桥梁的超限车辆，保障桥梁的稳定安全运营。

此外，对钢加劲梁涂层的保养、除锈，也是加劲梁养护的重点，养护部门应将其视作常规工作。在实际工作中，对于2 级以上的涂膜损坏，如涂层脱落、气泡、龟裂、防水失效等，以及出现在构件表面的锈蚀现象，应进行及时修复。为避免钢构件遭锈蚀，应定期进行检查，如油漆部位失效、钢构件生锈，应进行除锈、补漆；对于较大面积涂层失效的情况，建议直接清除失效涂层，然后进行挖补涂装；涂层大部分失效透锈时，应直接铲除进行重新涂装。

5 特殊情况下的大跨径斜拉桥预防性养护

这里提到的特殊情况，一般是指台风、洪水、地震等自然灾害以及发生燃烧、爆炸、腐蚀性物质泄漏事故的车祸等。为减少自然灾害为大跨径斜拉桥带来的影响，应遵循“预防为主、防治结合、保障安全”的原则，治理大跨径斜拉桥的潜在隐患。对于洪水，应进行及时疏导；对于冰雪，建议采取除雪措施；对于滑坡、地震带来的危岩、浮石等，应进行清理，做到治早、治小、治轻；当车祸发生时，应及时提供救援；对于腐蚀性物质泄漏事故，应通过清理、稀释等手段，控制腐蚀性物质对桥梁及周边环境带来的影响；同时还应将车祸滞留车辆控制在桥梁的相关路段以外，以免长时间堵车对桥梁结构稳定性带来影响。灾难应急处理结束后，应全面检查桥梁，分析桥梁结构是否受损，检测桥梁的坐标点位、水准点高程是否发生变化，有针对性地采取修复或预防性养护措施，对于桥梁下及周边的地形、地貌，应当做好观察，避免次生灾害发生。

6 结语

综上所述，预防性养护是现今在桥梁工程养护中使用较多的养护方式，突破了传统养护方式的滞后性与局限性，可延缓桥梁病害的发生时间，延长桥梁的使用寿命，让桥梁得以最大化地发挥其经济、社会价值。相关工作人员应加强对大跨径斜拉桥预防性养护措施的研究与应用，积累养护经验，防微杜渐，将各项养护工作落到实处，从而保障桥梁的运营安全。