盧普南

(江西九江長(zhǎng)江公路大橋有限公司,江西 九江 332000)

九江長(zhǎng)江公路大橋(以下簡(jiǎn)稱九江二橋)線路全長(zhǎng)17 km,全橋長(zhǎng)8 462 m,為福州-銀川高速公路重要組成部分之一。鋼橋面鋪裝部分長(zhǎng)1 141 m,鋼橋面系寬度約為39 m,面積為36 500 m2,采用雙層環(huán)氧瀝青鋪裝方案,總鋪裝厚度為5.5 cm。分上、下兩層施工,下面層分6幅攤鋪、上面層分4幅攤鋪,于2013年8月15日完成鋪筑,養(yǎng)生2～3個(gè)月后,于10月28日正式建成通車。九江二橋至今已通車運(yùn)營(yíng)第9年,接近15年設(shè)計(jì)使用期中后期,長(zhǎng)期的飽和交通量使鋪裝承受著巨大壓力,橋面鋪裝病害發(fā)展迅速。對(duì)此,江西九江長(zhǎng)江公路大橋有限公司于2022年5月組織調(diào)研檢測(cè)組對(duì)九江二橋進(jìn)行橋面鋪裝調(diào)研,檢測(cè)組分別對(duì)九江二橋九江方向和湖北方向橋面鋪裝病害展開(kāi)檢測(cè)工作,并用網(wǎng)格化評(píng)估方法對(duì)環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝病害進(jìn)行評(píng)估。

1 檢測(cè)及評(píng)估方法

1.1 人工巡查

九江長(zhǎng)江公路大橋鋼橋面鋪裝部分長(zhǎng)1 141 m,橋面鋪裝病害分布相對(duì)一般瀝青路面較為集中,存在一定的規(guī)律性。因此,目前人工巡查仍然是大跨徑鋼橋面鋪裝病害檢查較為有效的方式,可以對(duì)鋪裝整體技術(shù)狀況、病害程度及分布整體把握。人工巡查的主要記錄內(nèi)容有鋪裝病害的類型、位置、面積以及處理方案等。根據(jù)人工巡查的結(jié)果確定鋪裝的性能狀態(tài),并建立病害長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù),及時(shí)制定鋪裝養(yǎng)護(hù)方案,特別是針對(duì)突發(fā)性病害制定應(yīng)急養(yǎng)護(hù)措施。

1.2 鋪裝強(qiáng)度檢測(cè)

本研究依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》,采用回彈儀檢測(cè)鋼橋面鋪裝環(huán)氧瀝青混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度,并進(jìn)行了一些室內(nèi)外研究應(yīng)用的探索?；貜棌?qiáng)度測(cè)試儀主要用于測(cè)試混凝土的抗壓強(qiáng)度,是一種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)常用的無(wú)損檢測(cè)儀器,可以快速、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)地獲得混凝土的抗壓強(qiáng)度。

1.3 脫空檢查

紅外熱成像脫空識(shí)別技術(shù)是一種新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。其主要是利用紅外熱成像設(shè)備探測(cè)目標(biāo)物體表面紅外輻射能量,利用轉(zhuǎn)換裝置以電信號(hào)的形式體現(xiàn)出來(lái),并最終以彩色圖或灰度圖形式顯示于顯示器中,根據(jù)成像的特征來(lái)判斷檢測(cè)目標(biāo)表面或內(nèi)部是否存在脫空現(xiàn)象。在實(shí)際的檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)還要參考回彈儀數(shù)值和人工敲擊聽(tīng)聲音的方法進(jìn)一步驗(yàn)證紅外熱成像脫空識(shí)別檢測(cè)的結(jié)果。

1.4 鋼橋面鋪裝使用性能網(wǎng)格化評(píng)估

為了量化九江二橋環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝技術(shù)狀況,主要利用鋼橋面鋪裝破損狀況指數(shù)(SDPCI)(Steel Deck Pavement Condition Index)進(jìn)行橋面使用性能評(píng)價(jià)[1]。SDPCI值計(jì)算公式如下

SDPCI=100-a0DRa1

(1)

(2)

式中:a0為15.00;a1為0.412;DR為鋼橋面鋪裝破損率,不同病害類型導(dǎo)致鋼橋面損壞面積總和與調(diào)查范圍鋼橋面鋪裝面積的百分比,%;Ai為第i類橋面破損面積,m2;A為調(diào)查范圍內(nèi)的鋼橋面鋪裝面積(為調(diào)查的長(zhǎng)度與有效鋪裝寬度的乘積),m2;wi為不同鋪裝病害類型導(dǎo)致破損的權(quán)重系數(shù)。

具體不同鋪裝病害類型導(dǎo)致破損的權(quán)重系數(shù)如表1所示。

表1 環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝病害權(quán)重系數(shù)

鋪裝技術(shù)狀況指數(shù)SDPCI的數(shù)值范圍為0～100,其數(shù)值越大,代表橋面狀況越好。依據(jù)SDPCI的數(shù)值進(jìn)行破損狀況評(píng)級(jí),具體分級(jí)如表2所示。

表2 破損狀況評(píng)級(jí)表

通過(guò)對(duì)九江二橋鋪裝層病害跟蹤調(diào)研及紅外熱成像脫空識(shí)別檢測(cè),將橋面病害數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與評(píng)估分析,主要采用鋼橋面鋪裝破損狀況指數(shù)(SDPCI)、層間狀況指數(shù)(PDR)、以及裂縫狀況指數(shù)(PCR)從鋪裝整體到細(xì)部進(jìn)行全方位、多層次的評(píng)估,量化橋面使用性能指數(shù),為養(yǎng)護(hù)方案決策提供支撐。

網(wǎng)格化評(píng)估可以將鋼橋面鋪裝使用性能更為準(zhǔn)確、精細(xì)地反映出來(lái)。橫向按照橋面分車道、輪跡帶以及縱肋進(jìn)行劃分,縱向按照上、下坡段,纜索分區(qū)以及單塊正交異性板橫隔板間距等進(jìn)行劃分。通過(guò)網(wǎng)格化橋面性能評(píng)估,不僅可以反映橋面病害分布,還可以反映橋面與鋼箱梁結(jié)構(gòu)的病害對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2 典型病害處置

本著“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的基本方針,結(jié)合九江二橋現(xiàn)狀要求,兼顧2021年現(xiàn)場(chǎng)維修情況及對(duì)鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的初步調(diào)研情況,結(jié)合環(huán)氧瀝青鋪裝坑槽修補(bǔ)情況,針對(duì)九江二橋鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝現(xiàn)狀,制定日常養(yǎng)護(hù)方案。

對(duì)于環(huán)氧瀝青鋪裝已出現(xiàn)的坑槽破損部位采用高韌冷拌樹(shù)脂混凝土進(jìn)行修補(bǔ),對(duì)于環(huán)氧瀝青鋪裝表面的裂縫病害采用高滲透樹(shù)脂灌縫進(jìn)行處治,對(duì)于環(huán)氧瀝青鋪裝的鼓包、脫空等隱性病害采用高壓注漿的方法進(jìn)行修復(fù),采取以上措施使九江二橋鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝層的使用壽命得以延長(zhǎng)。

2.1 坑槽修補(bǔ)

環(huán)氧瀝青鋪裝出現(xiàn)坑槽病害應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處治,在溫度、濕度、荷載等多種因素的相互影響作用下,如處治不及時(shí)將造成防水粘結(jié)層被腐蝕、鋼板銹蝕、局部性鋪裝整體崩潰的惡性病害情況。為了減緩坑槽病害大面積擴(kuò)展的速率,減少非必要的經(jīng)濟(jì)消耗,延長(zhǎng)環(huán)氧瀝青鋪裝層的使用壽命,應(yīng)及時(shí)對(duì)坑槽病害進(jìn)行處治[2]。

針對(duì)環(huán)氧瀝青鋪裝特點(diǎn),日常養(yǎng)護(hù)主要采用快固型高韌冷拌樹(shù)脂混凝土坑槽修補(bǔ)技術(shù)。高韌冷拌樹(shù)脂混凝土坑槽修補(bǔ)技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)為環(huán)氧樹(shù)脂防水黏結(jié)層+環(huán)氧樹(shù)脂粘層+55 mm高韌冷拌樹(shù)脂混凝土鋪裝層。

2.2 裂縫修補(bǔ)

裂縫是鋼橋面鋪裝最為典型的病害,裂縫如果不及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ),雨水通過(guò)裂縫滲入鋪裝層底部將侵蝕鋼板,最終造成鋪裝層局部崩潰性破損。通過(guò)實(shí)施裂縫修補(bǔ)達(dá)到裂縫封閉防水效果,防止裂縫病害進(jìn)一步拓展,從而起到延長(zhǎng)鋪裝層使用壽命的作用[3-4]。

依據(jù)鋼橋面環(huán)氧瀝青裂縫的寬度,采取不同形式的裂縫處治方式,當(dāng)裂縫寬度≥5 mm采取V形切槽填縫的方式進(jìn)行處治,當(dāng)裂縫寬度<5 mm采取直接灌縫的方式進(jìn)行處治。

2.3 脫空處治

鼓包、脫空病害是鋼橋面鋪裝較為隱蔽的一種病害,如果不及時(shí)進(jìn)行處治,將成為嚴(yán)重影響鋪裝面使用性能的一個(gè)巨大隱患。高壓注漿技術(shù)由于其工藝與一般路面壓漿技術(shù)有一些區(qū)別,其在鋼橋面鋪裝當(dāng)中的應(yīng)用相對(duì)較少。高壓注漿技術(shù)不僅可以處治明顯的鼓包、脫空病害,還對(duì)由脫空引起的雞爪形裂縫、環(huán)形裂縫等并發(fā)病害處治有較好的效果[5]。

針對(duì)鋼橋面鋪裝脫空病害,采用紅外熱成像脫空識(shí)別技術(shù)檢查出鋼橋面鼓包脫空位置并標(biāo)記,用鉆孔注漿方式進(jìn)行處治,經(jīng)過(guò)處治后的鋪裝層與鋼板粘結(jié)層渾然一體,達(dá)到協(xié)同一體化工作的效果,使鋪裝層的使用壽命得以延長(zhǎng)。

以往對(duì)鼓包、脫空病害處治主要采用開(kāi)挖回填的方式。而高壓注漿技術(shù)是一種微創(chuàng)性的養(yǎng)護(hù)技術(shù),與之相比大大提高了養(yǎng)護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益。高壓注漿技術(shù)主要通過(guò)動(dòng)壓力的作用將高滲透性的環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑注入到鼓包、脫空病害位置以及鋪裝層的裂縫中,以達(dá)到對(duì)病害位置進(jìn)行填充、封閉、粘結(jié)的修復(fù)方式[6-7]。

3 網(wǎng)格化評(píng)估

為了使九江二橋鋼橋面養(yǎng)護(hù)決策有更精確的依據(jù),研究采用網(wǎng)格化評(píng)估方法對(duì)鋼橋面使用狀況進(jìn)行分析,可以更精細(xì)化地評(píng)估鋼橋面的使用性能,可以更直觀地看到橋面病害分布特征。基于大跨徑橋梁纜索的縱向分布、渠化交通條件下的輪跡帶橫向分布特點(diǎn),建立單元段網(wǎng)格化的評(píng)價(jià)管理方法[8],橫向車道分布為重車道、行車道、超車道;縱向分區(qū)按照纜索進(jìn)行分區(qū),相鄰兩根纜索為一個(gè)單元區(qū),一個(gè)單元區(qū)可看成是一跨,即一個(gè)簡(jiǎn)支梁,節(jié)點(diǎn)是纜索連接位置,如S5表示S5～S6之間的網(wǎng)格。

根據(jù)每單元區(qū)破損病害類型以及對(duì)應(yīng)的權(quán)重等級(jí),計(jì)算每單元區(qū)破損指數(shù)SDPCI的分值以及破損狀況評(píng)價(jià)等級(jí),并采用不同顏色網(wǎng)格對(duì)應(yīng)優(yōu)、良、中、次、差五種評(píng)價(jià)等級(jí),繪制鋼橋面鋪裝性能網(wǎng)格化坐標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)圖。將全橋按照吊索把每車道分為79個(gè)網(wǎng)格,全橋6車道共計(jì)474個(gè)網(wǎng)格,以鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝破損狀況指數(shù)SDPCI評(píng)估各車道使用性能狀況。

4 評(píng)估結(jié)論及預(yù)測(cè)

通過(guò)分析,九江二橋全橋破損影響面積247.79 m2,見(jiàn)表3。鋪裝破損為九江二橋最為典型的病害,調(diào)研顯示,全橋鋪裝破損共計(jì)137處,其中九江方向59處,湖北方向78處。通過(guò)紅外熱成像掃描發(fā)現(xiàn)脫空3處,面積約25 m2,鼓包共計(jì)24處。

表3 九江二橋鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝破損影響面積及破損率

將評(píng)級(jí)為中、次、差的段落影響面積匯總?cè)绫?所示。

表4 中次差段落破損影響面積 單位:m2

統(tǒng)計(jì)近5年養(yǎng)護(hù)維修面積如表5所示。

表5 近5年養(yǎng)護(hù)面積

目前橋面鋪裝評(píng)級(jí)為中、次、差的段落破損影響面積為177.89 m2,如表4所示。其在未來(lái)1年內(nèi)面臨著維修的需求,考慮到病害發(fā)展,按照1.2倍系數(shù)考慮,2022年下半年至2023年上半年預(yù)估維修量約為213 m2。通過(guò)近5年養(yǎng)護(hù)工程量情況發(fā)現(xiàn),近五年年平均維修197.47 m2,如表5所示,且通過(guò)維修,目前維修量呈暫時(shí)下降趨勢(shì)。同時(shí),通過(guò)日常養(yǎng)護(hù)對(duì)路面及前期維修的坑槽進(jìn)行注漿、灌縫保養(yǎng),以延長(zhǎng)其使用壽命,從而降低坑槽維修量,預(yù)估2023年下半年至2024年上半年維修量按照年平均乘0.9系數(shù)折算,預(yù)估工程量為178 m2;2024年下半年至2025年上半年預(yù)估維修量為160.2 m2。脫空注漿按照每年50處考慮,灌縫按照每年500 m考慮。后期考慮橋面前期坑槽的維修保養(yǎng)以及新增病害,脫空、注漿按照1.1倍系數(shù)遞增考慮。

綜上,對(duì)未來(lái)三年養(yǎng)護(hù)需求量匯總,如表6所示。

表6 九江二橋未來(lái)三年養(yǎng)護(hù)需求量匯總表

5 結(jié) 論

(1)依據(jù)現(xiàn)有的橋面典型病害處置技術(shù),結(jié)合九江二橋環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝自身的特點(diǎn),主要對(duì)坑槽、裂縫、脫空等典型病害類型進(jìn)行分析,并提出相對(duì)應(yīng)的處置技術(shù)。

(2)依據(jù)環(huán)氧瀝青鋪裝病害檢測(cè)方法和典型病害類型特點(diǎn),建立了基于SDPCI的網(wǎng)格化評(píng)估方法,繪制出九江二橋橋面性能坐標(biāo)化網(wǎng)格評(píng)級(jí)圖。

(3)通過(guò)網(wǎng)格化評(píng)估方法,分析得出目前九江二橋全橋破損影響面積247.79 m2,橋面鋪裝評(píng)級(jí)為中、次、差的段落破損影響面積為177.89 m2,并基于近5年的養(yǎng)護(hù)平均維修量197.47 m2,按照系數(shù)遞增推論,預(yù)測(cè)出了未來(lái)3年的養(yǎng)護(hù)需求量,對(duì)九江二橋環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)工作具有參考意義。