徐懋剛

（寧波交通工程建設集團有限公司，浙江 寧波 315000）

0 引言

橋梁結構預防性養(yǎng)護是定期的強制性保養(yǎng)、維修措施，是在橋梁尚未發(fā)生明顯結構性病害之前就進行的養(yǎng)護，以將病害處理在萌芽狀態(tài)，防止或延緩病害的發(fā)生，達到增強橋梁結構耐久性和延長使用壽命的目的。橋梁預防性養(yǎng)護可以通過橋梁的各種檢測程序，定期掌握橋梁技術狀況，及時發(fā)現(xiàn)結構的缺陷與病害，采取相應的養(yǎng)護措施，以改善橋梁的總體功能狀況、保持或提升橋梁服務水平。預防性養(yǎng)護時機選擇是預防性養(yǎng)護研究非常重要的內(nèi)容，預防性養(yǎng)護的經(jīng)濟效益主要由采取預防性養(yǎng)護的時機決定。時機選擇作為預防性養(yǎng)護研究的一個重要環(huán)節(jié)，必須和評價指標標準和性能退化模型相結合，最終服務于工程實踐。但是目前的研究成果大多僅僅提出養(yǎng)護措施時機選擇的理論方法，未能系統(tǒng)性應用全部預防性養(yǎng)護研究成果，也難以與真實的橋梁退化情況相匹配。目前，橋梁預防性養(yǎng)護還只是一個概念，尚未形成系統(tǒng)的理論框架和技術規(guī)范。本文以象山港大橋為研究對象，首先建立跨海鋼箱梁斜拉橋預防性養(yǎng)護的病害評分模型及預養(yǎng)護目標，然后在分析跨海鋼箱梁斜拉橋預養(yǎng)護病害的退化規(guī)律的基礎上，確定該類橋梁進行預防性養(yǎng)護的最佳時機。

1 病害評分模型

橋梁性能與狀態(tài)指標在橋梁預防性養(yǎng)護體系中占有非常重要的地位。評價指標的合理與否決定橋梁退化模型和橋梁養(yǎng)護時機選擇模型的合理程度，從而影響?zhàn)B護體系的實施效果。預防性養(yǎng)護研究的使用性能評價指標的選擇應注重三方面內(nèi)容：一是選取的指標能夠表征橋梁的現(xiàn)有狀況，使得主觀評價與客觀實際最大的逼近，能夠最準確的反映客觀實際；二是評判此性能評價指標的標準明確、直觀、可靠，可以通過指標準確地評價橋梁所處狀態(tài)，為養(yǎng)護部門確定養(yǎng)護計劃提供依據(jù)；三是此指標適用于預防性養(yǎng)護體系，根據(jù)此指標可衡量預防性養(yǎng)護措施效益，確定措施實施時機。目前橋梁預防性養(yǎng)護體系多采用橋梁“技術狀況評分”D r或“技術狀況指數(shù)”B C I作為橋梁使用性能評價指標。D r或B C I反映的是橋梁整體技術狀況的退化規(guī)律，不能反映橋梁不同部件、不同病害的演變時程。而同一座橋梁不同部件、構件或不同病害的退化程度和速度不盡相同，所以獲得不同病害的評分模型更有助于預防性養(yǎng)護策略的建立。在《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）、《城市橋梁養(yǎng)護技術規(guī)范》（CJJ 99—2003）中，通過現(xiàn)場檢查可以對橋梁總體、上部結構、下部結構及橋面系三大部位等部件分別進行打分評定，而對具體病害則是以檢測指標的“標度”值進行評定。這里根據(jù)規(guī)范的評定細則，分析獲得類似橋梁總體評定的百分制的病害評定值。每個病害對應一個或多個檢測指標，而根據(jù)規(guī)范每個檢測指標的扣分值與該指標所能達到的最高等級類別有關，病害的評分值又與相關的構件數(shù)有關。舉例說明病害評分過程如下[1]。

假定構件數(shù)量為N，某個病害的評定標度值為xi（i=1～N），此類病害的構件數(shù)占比為β（1/N≤β≤1，反映該構件出現(xiàn)此類病害的比例）。根據(jù)規(guī)范，可以查得該病害評定標度所對應的扣分值DPi，然后仿照橋梁部件技術狀況評分算式可以計算該病害的評分值V：

式中：MDP為N個構件該類病害評分的平均值，即MDP=100-DPi×β；Mmin為N個構件中分值最低的構件的得分值，；t為規(guī)范中的與N有關的系數(shù)。

對于某類病害對應多個檢測指標的病害，其評分值V的計算過程與上面相似，只是在計算時對多個指標扣分值進行平均。通過式（1），一旦確定某類病害預防性養(yǎng)護的目標，即可據(jù)此確定此類病害達到何種嚴重程度時即可進行預防性養(yǎng)護。

2 病害預防性養(yǎng)護的時機選擇

（1）預防性養(yǎng)護的目標

預防性養(yǎng)護的效果與采取預防性養(yǎng)護措施時橋梁結構狀態(tài)有關，及早對橋梁實施預防性養(yǎng)護，可使橋梁長期處于較好的狀態(tài)，避免橋梁結構因退化嚴重而產(chǎn)生過大的維護費用，當然過早實施預防性養(yǎng)護可能達不到成本—效益最優(yōu)化的目的，因此需要解決兩個問題，即：橋梁最低控制分數(shù)；預防性養(yǎng)護初次開展時間的合理范圍。《公路橋梁技術狀況評定標準》的橋梁技術狀況分類表明：結構分數(shù)為[80，100]（橋梁處于1類橋、2類橋狀態(tài)）時，橋梁結構處于較好的工作狀況，做好日常必要的維護即可；結構分數(shù)為 [60，80）（3類橋）時，結構盡管存在一定病害，但功能尚可，通過中小規(guī)模的維修即能將結構狀態(tài)提升至1類橋或2類橋；結構分數(shù)為[0，60）（4 類橋、5 類橋）時，橋梁結構存在較大或嚴重的病害，對結構的安全性及耐久性有很大影響，往往需要通過大中修、甚至改建才能將結構恢復到較好的水平，并將付出較大的維護成本。比較后認為將預防性養(yǎng)護中橋梁的最低控制分數(shù)定為60是合理的，即橋梁結構的總體狀態(tài)控制為不低于3類橋，避免橋梁出現(xiàn)過大的結構病害；結構的預防性養(yǎng)護的初次開展時間控制在80分左右是合適的，即結構尚處在2類橋時就可根據(jù)病害特點開展預防性養(yǎng)護工作，這使得結構的維護費用較少，比較經(jīng)濟。具體到某一類病害，則需要考慮病害的成因、對結構的影響及所采用的預防性養(yǎng)護方法等方面，綜合確定預防性養(yǎng)護的開展時機。

（2）預防性養(yǎng)護對結構狀態(tài)的影響

預防性養(yǎng)護實施效果將影響預防性養(yǎng)護的策略制定，需對預防性養(yǎng)護實施后結構性能變化及發(fā)展趨勢進行評價，預防性養(yǎng)護方法實施后對結構的影響可分三種情況：不提高橋梁分數(shù)，延遲分數(shù)降低的時間，該時段內(nèi)不再繼續(xù)退化，見圖1（a）；不提高橋梁分數(shù)，降低結構退化率，在固定時間內(nèi)，退化率小于正常退化時結構的退化率，見圖1（b）；提高橋梁分數(shù)，退化率保持不變，仍按原退化規(guī)律發(fā)展，見圖1（c）。針對上述3種情況具體來說包括以下3方面內(nèi)容：確定延遲分數(shù)降低的時間（如：防腐涂裝失效時間）；確定結構退化率的變化（如：鋼筋銹蝕維修后實際銹蝕速度）；確定結構分數(shù)的提高值（如：構件連接缺陷修復后結構分數(shù)提高多少）。

圖1 不同預防性養(yǎng)護方法的實施效果

（3）初次預防性養(yǎng)護時間

由于橋梁病害的成因不同，不同病害對結構的影響不同，不同病害所采取的預防性養(yǎng)護方式也不同，一般橋梁預防性養(yǎng)護實施有兩種方式：方式1：根據(jù)橋梁的總體技術狀況，在相同時間對橋梁不同病害實施預防性養(yǎng)護處理，在某些年份（比如t1、t2）統(tǒng)一對全部病害進行預防性養(yǎng)護工作。這一方式以對結構影響最重要（或權重最大）的病害作為預防性養(yǎng)護工作開展時機的依據(jù)，操作實施相對簡單；缺點是由于不同病害的機理及表現(xiàn)形式不同，且預防性養(yǎng)護實施的效果也不同，采用全橋統(tǒng)一的預防性養(yǎng)護時機勢必會因遷就某些病害而將其余病害的預防性養(yǎng)護時間提前或延后，使得預防性養(yǎng)護成本顯著提高。為了提高資金的使用效率，可考慮下面的方法：方式2：預防性養(yǎng)護工作的開展針對具體病害，對不同的病害提出不同的預防性養(yǎng)護時機并分別實施。方式2彌補了方式1的不足，使得預防性養(yǎng)護工作有的放矢；此外由于不同病害的預防性養(yǎng)護開展時間不同，可將預防性實施過程分散在橋梁的日常性養(yǎng)護工作的中。這里對象山港大橋主橋斜拉橋預防性養(yǎng)護的實施是以方式2作為依據(jù)來展開的。

3 跨海斜拉橋預養(yǎng)護時機

跨海斜拉橋預防性養(yǎng)護包括日常的周期性預養(yǎng)護和基于結構狀態(tài)的矯正性預養(yǎng)護兩個方面，日常的周期性預養(yǎng)護主要依據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG H11-2004）[2]、《城市橋梁養(yǎng)護技術規(guī)范》（CJJ99-2003）[3]以及美歐相關公路橋梁實施指南等技術文件，基于結構狀態(tài)的矯正性預養(yǎng)護主要依據(jù)前文研究結果。依據(jù)資料調(diào)研及相關研究結果，可歸納出跨海斜拉橋跨海斜拉橋預防性養(yǎng)護時機見表1。

表1 跨海斜拉橋預防性養(yǎng)護時機

續(xù)表1 跨海斜拉橋預防性養(yǎng)護時機

4 結論

（1）通過資料調(diào)研整理，結合實橋檢測，疏理給出了跨海鋼箱梁斜拉橋預防性養(yǎng)護的病害評分模型及預養(yǎng)護目標。

（2）依據(jù)跨海鋼箱梁斜拉橋預防性養(yǎng)護病害發(fā)展過程，給出了跨海鋼箱梁斜拉橋預防性養(yǎng)護的最佳時機。