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摘要：为研究寒冷地区高速公路中小跨径桥梁典型病害特征及关联因素，系统性统计桥梁检测多维多源数据，分析高速公路中小跨径桥梁典型病害特征，定量描述了各类病害，结合多种类型病害及关联因素，挖掘出不同因素与高速公路中小跨径桥梁主要病害的相关性。本文选择运营时间、跨径两个指标和3个桥梁部位病害指标(上部承重结构、桥墩、桥台),通过实际调查寒冷地区1379座高速公路中小跨径桥梁不同部位病害的数目,来分析寒冷地区中小跨径桥梁病害特征及关联因素。
关键词：寒冷地区；中小跨径桥梁；大数据；病害规律；相关性
1概述
据统计，我国2019年全国公路桥梁总量达87.83万座，年增速3%。随着桥梁服役时间的推移，材料性能衰退、结构损伤发展等因素影响，桥梁的承载能力会逐步减小。相关文献统计，我国公路桥梁不同结构形式的平均大修年限为30年。养护维修中，往往对大桥、特大桥使用安全性关注度较高，忽略中小桥的安全运营。中小跨径桥梁在东北地区高速公路桥梁中占比达80%以上。研究寒冷地区高速公路中小桥典型病害分布及发展规律，分析中小跨径桥梁病害特征及关联因素对桥梁的长期安全运行与养护维修方案有极大的影响。
2桥梁病害调查
为了客观和全面的了解寒冷地区中小跨径桥梁的现状，需对该地区在役桥梁进行详细地调查，把握桥梁的总体情况。此次调查选取1379座高速公路中小跨径桥梁，数据调查截止时间为2020年。依据《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）、《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21-2011），对桥梁主要部件及其附属结构进行现场检测，并针对梁（板）、桥台、桥墩、基础构件的麻面、剥落、裂缝、渗水泛碱、位移、空洞、孔洞、冲刷、淘空等病害从位置、面积、深度、长度、宽度等方面进行详细调查，根据病害类型、严重程度、位置进行分类整理。
3病害特征分析
根据桥梁检测数据库，选取桥梁主要构件的病害有效数据信息进行病害特征归类及统计分析，得到桥梁主要构件不同病害比例。桥面系病害日常维修频率高，病害数据误差较大，不进行统计分析。由图1可以看出，在中小跨径桥梁中，上部承重构件及桥台发生病害的的比例较大。上部承重构件发生的主要病害类型是梁（板）剥落，病害占比达23.2%，且病害发展较快。尤其是边梁（板）对应泄水孔处混凝土腐蚀最为普遍，该类病害发展迅速，一般2～3年，混凝土腐蚀深度就能超过钢筋保护层厚度，导致钢筋腐蚀，同时钢筋锈蚀、膨胀，又加剧了混凝土的剥落。本文中桥梁所在地区为寒冷地区，年降雪周期长达6个月，年平均降雪日数为23天，年降雪量30毫米以上。冬季向桥面撒盐化雪除冰，使得桥面水中含有大量氯离子，加剧了对混凝土的腐蚀。桥面雨水经泄水管、伸缩缝、桥面铺装裂缝等渗透、漫流至梁（板）、桥墩、桥台，腐蚀混凝土。同时在冻融循环的反复作用下，容易导致混凝土开裂和剥落，加剧了混凝土的破坏程度和速率。桥台发生的主要病害是桥台剥落、桥台竖向裂缝，病害占比分别为27.4%与14.5%。中小跨径桥梁的台帽、台身出现混凝土腐蚀、剥落、露筋的病害非常普遍。该类桥桥台顶多为桥面连续结构，桥面横向开裂较为普遍，桥面雨水(掺和冬季除雪除冰盐氯离子)下渗入侵混凝土，腐蚀钢筋。本文所调查桥梁基本处于平原、丘陵地区，中小桥桥台多为钢筋混凝土薄壁台，受车辆荷载、温度、基础沉降、施工工艺等因素影响，台身易产生竖向裂缝。桥墩病害所占比例均较小，主要是因为中小跨径桥梁中桥墩构件数量较少，且桥面多无伸缩缝，减少了桥面雨水对桥墩结构的腐蚀。
4病害关联性分析
4.1病害与运营时间的关联性本文所选取桥梁共涉及5种建成年限，时间间隔为5~6年。根据桥梁建成年限不同，将病害进行统计分析，得到桥梁各构件病害比例如表1所示。2018年建成桥梁由于运营时间短，处于病害形成初期阶段，各病害比例较为均匀，但梁（板）剥落、桥台剥落、桥台裂缝仍处于较高比例，与其它4重建成年限病害发展规律相符。随着病害的发展，占比较高的麻面病害逐步发展为剥落病害，将进一步提高剥落病害比例。桥台裂缝病害虽然占比较高，但随着运营时间的增加，其病害比例并未增加。2013、2008、2002、1996年的桥梁，其桥台裂缝占比基本一致，这也与桥台裂缝病害的发展规律相符。随着时间的推移，温度、基础沉降、施工工艺等因素影响对桥台的影响减弱，不再出现新的裂缝，裂缝数量及宽度趋于稳定状态。（图2）随着运营时间的增加，梁（板）剥落、桥台剥落病害逐渐增加，运营时间为2~12年（以2020年为统计节点）时病害增长速度高于运营时间，为18、24年。
4.2病害与跨径的关联性根据桥梁的跨径不同，将病害数据进行分类。分别按6m、8m、10m、13m、16m、20m，六种跨径进行统计分析，得到以下数据。（表2）由跨径-病害分布图可以发现，在中小跨径桥梁中，梁（板）剥落、麻面病害随跨径长度的变化趋势基本一致，病害占比随着跨径的增大而增加。在6m、8m跨径桥梁中该类病害占比明显低于10m以上跨径桥梁。这与桥面排水形式、桥面汇水面积、结构形式有一定关系。6m、8m跨径桥梁泄水管少，甚至不设置泄水管，通过桥面纵坡排水；且桥梁跨径越小，其桥面汇水面积越小。以上两点使桥面渗透、漫流至梁（板）的雨水减少，降低对梁（板）的腐蚀。10m以上跨径桥梁基本为空心板结构，而6m、8m跨径桥梁中整体现浇板结构占有一定比例，整体现浇板结构无铰缝，可避免铰缝处渗水腐蚀梁（板）。（图3）桥台剥落、桥台裂缝病害与跨径长度的变化趋势相反，6m、8m、10m跨径桥梁中该类病害占比明显高于13m以上跨径桥梁。10m以下跨径桥梁的桥台多为薄壁台，该类桥台易产生竖向裂缝，且桥头处易渗水腐蚀桥台。13m以上跨径桥梁，其桥台中柱式台、肋板台增多，该类桥台不易产生竖向裂缝，且桥墩构件增多，桥台构件所占比重降低，在病害中占比随之降低。
5结论
5.1在中小跨径桥梁中，梁（板）剥落、桥台剥落、桥台竖向裂缝病害的比例较大。
5.2梁（板）剥落病害占比达较大，且病害发展较快。尤其是边梁（板）对应泄水孔处混凝土腐蚀最为普遍。随着运营时间的增加，梁（板）剥落病害逐渐增加，运营时间为2~12年（以2020年为统计节点）时病害增长速度高于运营时间，为18、24年。梁（板）剥落病害随跨径长度的变化趋势基本一致，病害占比随着跨径的增大而增加。在10m以上跨径桥梁中该类病害占比明显高于6m、8m跨径桥梁。
5.3桥台发生的主要病害类型是桥台剥落、桥台竖向裂缝。桥台裂缝病害虽然占比较高，但随着运营时间的增加，其病害比例并未增加。桥台剥落、桥台裂缝病害与跨径长度的变化趋势相反，6m、8m、10m跨径桥梁中该类病害占比明显高于13m以上跨径桥梁。
参考文献
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[2]李振平.钢筋混凝土薄壁台竖向裂缝成因分析及防治措施[J].四川水泥，2015（11）.
[3]蔡路,魏亚兵,陈太林.氯离子侵蚀混凝土的机理[J].河南建材，2006（6）.
作者:闵兆兴 单位:辽宁省交通规划设计院有限责任公司