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[原创] 滨州黄河大桥“十三五”养护规划 [复制链接]

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yaqin 发表于 2017-12-25 10:36:16 |显示全部楼层 |          |
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桥梁养护规划是全寿命周期分析的重要一环,是主动处理养护问题、实践预防性养护理念的重要方法。中长期养护规划重点在于风险预判、长期养护重点识别、中长期费用估算等,短期养护规划重点为近期养护方案制定及养护费用预测等,“十三五”养护规划属于短期规划。养护规划的制定可以在一定年限内合理安排大桥的养护资金,使得桥梁病害能够及时得到处理,保证桥梁结构的安全。

滨州黄河大桥为跨越黄河的三塔斜拉桥,主跨300m,做好其养护规划,具有较好的示范效应。

图1 滨州黄河大桥主要病害

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规划的基础研究


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规划期内大桥主要构件易损性分析

构件易损性分析的结果是制定养护重点的基础。在规划的编制过程中,对大桥建设期的管理单位、设计单位、施工单位、材料供应商等进行了充分的调研,并结合现场检查的情况,对大桥各主要构件的主要易损点进行了分析。

预应力混凝土主梁主要病害包括主梁裂缝及混凝土表观病害。出现主梁裂缝的桥梁,有的运营时间仅4~5年,运营10~15年后大量出现。这些裂纹产生的原因既有设计和受力因素,也有材料劣化的影响。混凝土表观病害是混凝土结构最常见的病害,这类病害自结构运营起就会发生,大部分病害发生初始阶段仅对结构耐久性有影响,如不及时处理也会影响结构承载能力。

支座是桥梁易磨损构件,尤其对于大跨度混凝土斜拉桥,主桥支座承受的荷载和位移量较大,更易产生病害。滨州黄河大桥主引桥支座均为盆式橡胶支座,主要病害为四氟板磨损、支座内部橡胶磨损、支座异响、垫石开裂、支座钢构件锈蚀、支座螺栓松动及钢板变形、不锈钢板杂物附着等。支座病害主要是由于橡胶材料质量和超载车辆引起的。

钢丝和锚固装置锈蚀可能是拉索系统损坏的主要原因。斜拉索钢丝锈蚀乃至断丝是导致拉索承载能力降低的最主要原因,在规划期内应特别注意可能会加速拉索系统锈蚀的病害。斜拉索上锚头渗水主要是由于索塔封闭不良导致,下锚头渗水则一般是由斜拉索PE破损、防水帽密封不严、下端防尘罩密封不严等原因引起的。

大位移伸缩缝由于直接承受车辆的冲击荷载,且暴露在大气中,使用环境比较恶劣,所以属于桥梁结构中最易遭到破坏而又较难修补的部位。重点病害包括构件焊缝开裂、钢支撑梁位移超限、伸缩缝滑块老化开裂、橡胶止水带破损。


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桥梁结构主体现状调研

经过检查,大桥索塔、箱梁、斜拉索、伸缩缝、支座、桥面铺装等均不同程度存在病害。这些病害的发现对准确把握大桥构件的易损性,合理确定检查和养护的重点提供了指导。

由于结构的限制,滨州黄河大桥索塔外表面、箱梁水中区域底部、斜拉索高空位置无法进行检测,存在检测上的盲区。


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养护规划编制的工作路线

根据滨州黄河大桥养护需求,在进行现场调研和资料调研的基础上,编制了滨州黄河大桥“十三五”养护规划。

图2 滨州黄河大桥检测隐患

图3 滨州黄河大桥养护规划编制技术路线

表1 滨州黄河大桥巡检类型


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全寿命周期工作安排

“十三五”养护为大桥全寿命养护工作的一部分,对全寿命周期工作的梳理有助于制定“十三五”养护工作内容。


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主体结构检查


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1.经常检查:规划期内应以“预防性养护为理念”,不间断地开展经常检查。

2.定期检查:规划期内每年应进行一次定期检查工作,同时根据检查结果进行公路技术状况指数评定和桥梁技术状况评定。


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3.特殊检查:特殊检查工作包括专门检查和应急检查。规划期内应根据大桥结构状况和评估需要,开展相应的专门检查工作;同时,在发生紧急情况时,应根据应急管理办法和应急预案,开展应急检查工作。


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主体结构小修保养

规划期内应以“预防性养护为理念”,结合经常检查工作,不间断地进行大桥的小修保养工作(含日常保洁);根据大桥使用性能劣化情况,从全寿命周期维护成本最低的角度出发,针对结构病害适时选择合适的维修加固方案进行维修加固工作。

滨州黄河大桥小修保养主要工作为:裂缝封闭、裂缝灌浆、混凝土缺损修补、支座除锈防腐、伸缩缝清理、排水管疏通、锚头涂油脂。

裂缝封闭。对裂缝进行全面的调查、复核,现场核实裂缝数量、长度、宽度等;对裂缝缝口进行表面处理。

裂缝灌浆。对裂缝进行全面的调查、复核,现场核实裂缝数量、长度、宽度等;对裂缝缝口进行表面处理;裂缝灌浆。

混凝土缺损修补。先进行表面处理,然后进行缺陷修补。

支座除锈防腐。支座除锈主要方法为动力工具(电动钢丝刷等)配合手动工具除锈(用榔头、铲刀及钢丝刷)。

伸缩缝清理。为确保伸缩缝能自由伸缩,保证车辆运行平整,应经常清扫缝隙,保持伸缩缝清洁,勿使杂物堵塞或嵌入。经常清理密封橡胶带缝内的泥沙和石屑,防止橡胶带损坏造成漏水。伸缩缝清理频率应为3次/周。

排水管疏通。桥面的泄水管、排水管要及时疏通,不得有积水和渗水现象,排水沟应及时疏通;泄水管损坏要及时修补,接头不牢已掉落的要重新安装接上,损坏严重的要更换;栅盖及落水管缺损应补装。排水管疏通频率应为1次/月。

锚头涂油脂。定期打开斜拉索上下锚头护筒,检查锚头内油脂状况。如出现油脂老化,需及时清理,并补充油脂;如油脂不足也需及时补充。

桥梁易损构件维修及更换

桥梁易损构件的更换是全寿命周期内的重要内容。桥梁易损构件主要包括斜拉索、桥面铺装、伸缩缝及支座。

1.斜拉索维修。滨州黄河大桥斜拉索已经运营近十年,中塔S19#、S20#拉索曾经因车祸导致PE护套大面积破损。在经常性巡检过程中也发现斜拉索防水罩处存在防水胶开裂现象。

斜拉索内层PE破损、锚头渗水等多种因素可能导致斜拉索的锈蚀,由于斜拉索承受车辆荷载反复作用,应力幅较大,锈蚀后的斜拉索极易发生断裂,从而影响结构安全。斜拉索的维修可每五年进行一次,主要工作为修补破损的PE护套、维修减震器,如斜拉索病害较严重可考虑进行更换。

2.桥面铺装更换。高速公路对行车舒适性的要求较高,但车辆的大型化及超载加重了桥面铺装层的负荷。轮荷载的大型化产生更大的冲击力,特别是路面不平整或桥面伸缩缝处,冲击力更大,从而造成桥面铺装层的过早损坏。

滨州黄河大桥主引桥桥面铺装均采用5cmSMA+6cm改性沥青混凝土+0.5cmSBS沥青防水层结构。混凝土桥面铺装的一般寿命在15~20年,在全寿命周期内可每隔5年进行一次维修,如损坏较为严重可考虑进行更换。

3.伸缩缝维修。滨州黄河大桥伸缩缝在2012~2014年间频繁损坏,在此期间进行了6次集中维修,并于2014年8月实施了伸缩缝专项维修工程。2015年3月经常检查时,工作人员又发现伸缩缝滑块开裂、止水带脱位、不锈钢滑板变形等病害。

桥梁伸缩缝的一般寿命为型钢40年,橡胶15年。滨州黄河大桥承受重载交通,且伸缩缝经历过多次维修,其技术状况经过多年使用有所恶化,在本规划期末可考虑对伸缩缝进行更换。

4.支座维修。滨州黄河大桥主引桥支座采用盆式橡胶支座,在2014年支座专项检查中发现支座四氟板磨损破损、橡胶磨损、支座异响、钢盆锈蚀等病害。2015年9月实施支座维修工程,对42个病害支座进行更换维修。桥梁支座的一般寿命为10~15年,本桥车辆超载问题较严重,会加大支座病害的产生,应加强对支座的检查。

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机电系统的维护与升级

根据《公路机电系统维护技术指南》中对于机电系统的要求,最终得到机电系统完好率的目标。机电系统养护方案如下:

1.小修保养。主要是针对日常巡视中发现的问题进行处理、修复,使系统功能恢复正常或控制其损坏范围和影响,以避免问题的进一步扩大。内容包括硬件维护、软件维护和其他维护。

2.系统维护与测试。通过小修保养的记录信息,得出系统的运行状态水平,确定相应的养护对策或措施。当机电系统的整体评估降落到3,或者管理单位认为有必要时,可邀请专业的检测公司对系统现阶段状态进行准确检测,检测的结果可以用于大修、改建工程开展的依据。

3.大修/改建工程。大修工程包括系统设备批量更换、子系统重建、系统局部扩容;改建工程包括机电设备的全面扩容、监控系统软件的升级、供电与照明系统的改造。

4.专项工程。在自然灾害时,或其他特殊原因需要对机电系统进行修复或整修,使大桥机电系统恢复和处于良好的技术状态。专项工程设计应充分考虑现有系统情况,充分利用现有系统的设备、软件和数据。


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健康监测系统的维护与升级

滨州黄河大桥是国内较早在设计和施工阶段开始考虑建立全寿命期健康监测系统的大型桥梁工程之一,具有重大的示范意义和价值。

由于电子元器件的使用寿命通常为5-7年,且在使用寿命期内系统传感器和测试设备的精度存在温度漂移和时间漂移。系统软件也会随着时间的流逝出现运行缓慢,功能无法满足需求等情况。健康监测系统日常运转需每年进行2次定期检查维护工作,每5年进行一次更新升级维护。

图4 健康监测系统维护与升级方案


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规划期内的养护

规划期内,滨州黄河大桥的养护工作主要分为规划期内结构检测工作、结构专项养护工作、附属设施维修增设工作、管理养护系统维护升级工作四个方面。

结构检测

根据《公路桥涵养护规范》(JTG H11-2004)的要求,滨州黄河大桥检查工作分为日常巡查、经常检查、定期检查、特殊检查。其中日常巡查、经常检查、定期检查应在规划期内定期进行,特殊检查根据结构需要进行。依据滨州黄河大桥现阶段进行的检查工作情况,规划期内应进行斜拉索索力测量、全桥空间位置测量、路面平整度的特殊检查。

1.斜拉索索力测量及标定。斜拉索索力是衡量斜拉桥是否处于正常工作状态的重要指标。滨州黄河桥主桥结构复杂程度较高,精确测量索力对了解桥梁工作状态十分重要。滨州黄河大桥目前尚未建立起完备的斜拉索索力档案。

现阶段斜拉索索力测量的主要任务:建立斜拉索初始状态数据库及现阶段索力状态数据库,为桥梁后续健康维护提供重要的技术数据;对斜拉索进行全面测量并建立测量长效机制。为建立现阶段斜拉索状态数据库,需在无减振器影响的情况下,全面测量大桥斜拉索振动频率。

斜拉索索力检测方案:斜拉索索力测量需对待测拉索进行激振。可用橡皮锤敲击拉索,敲击方向需垂直于斜拉索。采用频率法测量斜拉索索力时,需认真选择测点位置。测点尽量靠近斜拉索中心,远离减震器安装位置。

2.全桥测量系统恢复及空间位置测量。在规划期内需进行全桥空间变位的测量,并建立永久观测点及结构现阶段空间变位数据库。通过结构索塔偏位、结构主梁挠度等空间变位数据,对大桥的受力情况进行评估。桥梁结构空间位置的变化与结构内力变化是一个统一体,以桥梁建成通车时期各主要构件的空间位置为初状态,通过全桥空间变位测量结果与初状态的对比,可分析计算出结构内力的变化趋势,为运营期结构承载能力的判断及维护调整提供科学依据。

滨州黄河大桥现阶段永久观测点是由山东省公路桥梁检测中心于2010年5月~10月布设的。调研中发现桥面高程观测点存在多处缺失,尤其北引桥测点缺失状况较严重。主桥高程观测点保存较完好。为了保证滨州黄河大桥的正常使用,需定期对大桥空间位置进行测量;为保证测量控制网的正常使用,需对原测点进行增设并补充缺失的测点。

3.路面平整度检测。滨州黄河大桥为国道G25线高速公路滨莱段上的一座特大型桥梁,运营期间重车比例较大,超载现象严重,对路面造成不同程度的病害,也需要全面系统地了解和掌握既有路面的质量状况,为养护决策提供数据支撑。

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结构专项养护

1.结构小修保养工作需在全规划期内进行。

2.针对滨州黄河大桥现阶段的结构病害状况,索塔涂装及结构修补也是规划期内重点。

3.滨州黄河大桥下游侧SN19#、SN20#斜拉索曾被车辆撞击,导致护套大面积破损。在规划期末,可考虑对曾有过损伤的斜拉索进行更换。

4.滨州黄河大桥于2015年对病害支座进行了维修,共计更换支座42个,对全桥支座进行了除锈、清理不锈钢板、安装防尘罩的工作。现阶段滨州黄河大桥存在72个盆式橡胶支座,在规划期内已达到设计使用年限,可考虑进行更换。

5.滨州黄河大桥伸缩缝已经过多次维修,在规划期内可考虑进行更换。

6.滨州黄河大桥桥面铺装在规划期内已达设计使用年限,可考虑在规划期末进行铺装的更换或大修。

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附属设施维护增设

滨州黄河大桥附属设置主要包括交安设施、机电设施、检修通道、排水设施等。交安设施及机电设施的检查维护需定期进行,且检查维护频率不宜过低。


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管理养护系统升级

滨州黄河大桥目前尚未建立有效的管理养护系统,养护管理中大量工作依赖于技术人员手工处理,效率较低;大桥养护管理过程中大量采用打印报表的方式上报上级主管部门,形式较为单一、时效性较为低下,并且大量的文字信息非常不利于信息检索和数据共享。在规划期内可将现有系统升级为桥梁3D可视化管理系统。

3D全景可视化系统的意义:

1.3D全景可视化系统为科学有序的养护运营管理提供一个平台,其业务功能包括知识库管理、资产属性管理、巡检管理、三维虚拟现实等部分。在同一平台上进行养护信息处理,提升了养护信息的利用效率。

2.3D全景可视化系统为大桥的养护提供了可视化的操作界面,智能化养护知识库管理,自动化报表生成管理系统,有效提升养护工作效率。


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3.3D全景可视化系统实现实时信息共享。大桥养护部门及上级主管部门可同时了解大桥现状,最大程度实现信息的有效传递。


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巡检养护设备采购及维修保养

养护设备采购及维修保养需在规划期内进行。现阶段滨州黄河大桥日常养护及经常检查需桥管所提供机械设备及检测仪器。针对大桥现阶段病害状况,考虑到可能出现的突发事件,“十三五”期间大桥规划的采购机械及仪器主要有喷气式除雪机、除雪滚刷车等。


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