信息化监控技术在公路桥梁养护施工中的运用
王雪鹏
（山西省交通开发投资集团有限公司,山西 太原 030000）
自公路桥梁建成后投入运行以来，因受到多种因素的影响，公路桥梁出现多种病害问题，影响公路桥梁的正常使用与驾驶人的行车安全，缩短公路桥梁的使用寿命。鉴于此，为保证公路桥梁的整体质量，延长公路桥梁的使用寿命，在公路桥梁施工环节、后期通车环节中，除了要做好公路桥梁的养护工作外，还应做好公路桥梁的加固维修工作[1]。现阶段，大部分公路桥梁养护工作主要在施工环节开展，尚未提出针对公路桥梁建设全周期的养护方案。此外，因公路桥梁的施工环境较复杂，在养护施工中获取的监测信息不完整、全面，不能作为公路桥梁养护施工的参考资料，从而难以获取理想的公路桥梁养护施工效果。而在公路桥梁养护施工中，通过采用信息化监控技术，可获取高精度的公路桥梁监控数据信息，可为桥梁养护提供可靠的数据支持，提高公路桥梁养护施工的效果[2]。基于此，该文就信息化监控技术在公路桥梁养护施工中的运用展开了探讨。
某公路桥梁工程，于2015年建成后开始投入运营，为简支T型桥梁结构，桥面总宽度为20 m，桥梁总跨度为25 m，沿着桥面方向，单跨中共设置4道横隔梁；
桥梁路面为沥青混凝土路面。为有效延长该公路桥梁的使用寿命，确保其在后期通车运行中的安全性，现决定利用信息化监控技术对该公路桥梁进行周期性养护。
自公路桥梁通车运营以来，因受到车辆荷载、材料老化、腐蚀、疲劳等多种因素的影响，致使公路桥梁出现缝隙、开裂等多种病害问题，故需对公路桥梁进行周期性检测与养护[3]。长期以来，在公路桥梁建设工程中普遍存在一个错误的观念，即重修建、轻养护，很多公路桥梁在通车运营一段时间后会受到不同程度的毁损，故需投入大量的后期维修加固成本。
在最近几年中，随着我国公路桥梁工程建设规模的不断扩大，人们对公路桥梁养护工作的重视程度也在不断提高[4]。与其他道路建设形式比较，公路桥梁与其之间存在较大的区别，公路桥梁在后期通车运营中呈悬空状态。公路桥梁的负载能力低于一般公路，其使用寿命短于一般公路，通过对公路桥梁进行周期性监测，实施合理的养护措施，可延长公路桥梁的使用寿命，提高驾驶人的行车安全，降低公路桥梁安全事故的发生率[5]。综上所述，对公路桥梁进行结构监测是非常有必要的，可及时发现公路桥梁结构产生的早期病害，通过发送预警信号，以提醒养护人员及时养护维修桥梁。
采用信息化监控技术，在公路桥梁指定位置处安装不同类型的传感器，以获取公路桥梁实时受力的数据信息；
采用无线网络，向服务器传送获取的数据信息，并结合公路桥梁的实际情况，制定合理、可行的养护方案。公路桥梁受力监测布置点示意图如图1所示。
图1 公路桥梁受力监测布置点示意图
在公路桥面上均匀安装5个振弦型传感器，相邻振弦型传感器的间距为5 m。在传感器参数、型号、安装位置确定后，开始在公路桥面上安装传感器。振弦型传感器的主要参数如表1所示。
表1 振弦型传感器的主要参数
采用打孔膨胀螺钉、打孔注胶、表面私贴等方法安装传感器；
传感器可对混凝土基体表面的应变进行检测；
采用O型或Y型结构安装地脚螺钉的安装底座；
传感器安装结束后，采用熔接光纤、保护熔接点的方式，对传感器进行串接。具体步骤为[6]：
第一，在施工现场，对传感器的间距进行测量，根据间距长度将串接光缆截断；
第二，对传感器进行串接，并进行溶解点保护；
第三，安装传感器。
通过传感器获取全部桥梁检测点位置的受力信号，并测定全部检测点位置处的极限弯矩，以描述公路桥梁全部检测点的承载能力[7]。利用无线网络向Web服务器传输受力数据，并对其进行滤波、A/D转换、放大；
利用以太网，向数据库服务设备传输受力数据，以远程或在线分析受力数据。
截至目前，已出现很多与信息化监控平台相关的研究成果，可选用当下使用最为普遍的信息化监控平台[8]。B/S系统是信息化监控平台的搭接基础，该平台包括展现接入层、智慧应用层、信息数据层、物联感知层等，各层通过协同配合，可实时监控公路桥梁养护情况。
因需利用Web服务器才可对公路桥梁信息数据库的请求进行查询，尽管会在一定程度上降低响应速度，但维护难度小，开发过程简单、分布性强，可进行多端远程操作，对所有公路桥梁养护数据信息进行实时更新[9]。因可分别独立采集公路桥梁病害信息、分析病害信息、分派养护任务、加固施工、竣工验收等，不同环节之间的关联性较小，当公路桥梁养护施工流程脱节时，无法及时传递公路桥梁病害信息，影响传递的通畅性，降低公路养护施工的效果。而采用信息化监控平台对公路桥梁的养护施工信息进行储存和共享，可全寿命周期性管理公路桥梁的养护施工。
3.1 缝隙养护技术
通过信息化监控平台，可了解公路桥梁各分区裂缝的情况，包括裂缝数量、裂缝长度、裂缝是否会继续延长等，进而确定公路桥梁伸缩缝的病害发展情况[10]。当公路桥梁出现伸缩缝病害问题时，会缩短公路桥梁的使用寿命。鉴于此，需对公路桥梁进行缝隙养护。
在公路桥梁伸缩缝结构优化的基础上，可采用凿、切等方法处理公路桥梁伸缩缝不平整问题，必要时，还需更换有关配件。若公路桥梁上部结构横向位置出现病害，应先将板梁铰缝去除，在铰缝中安装钢筋结构，采用植筋方法，将两个板梁结构连接在一起；
焊接两个板梁结构，在焊接施工中，应选用与原钢筋规格一致的钢筋结构；
在处理锚固钢筋结构时，保留公路桥梁中原结构预埋件，通过植筋方法将其补齐；
配置钢筋网结构，焊接锚固环。
3.2 排水养护技术
公路桥梁表面暴露在外界环境中，长时间遭受水的侵蚀。在公路桥梁桥面结构中布设排水体结构，铺设30 cm砂垫层，并覆盖填料，形成一个隐蔽的结构。可加快桥面排水固结速度，及时引流桥面上的积水，避免其浸入桥面结构内部中，可延长公路桥梁的使用寿命。
3.3 加固养护技术
通过信息化监控平台获取的桥梁监控信息，确定公路桥梁主要受力部位，采用外包混凝土加固法养护公路桥梁主要受力部位，即增加构件配筋、加大构件截面面积，提高构件的稳定性、刚度、强度，以缩小裂缝的宽度。若条件允许，在加固养护刚架桥、拱桥、梁桥等时，也可采用外包混凝土加固法，但该加固方法存在一个缺点，即加大桥梁的恒载质量，故需对公路桥梁养护部分结构的承载力大小是否达到施工要求进行提前评估。
在公路桥梁加固养护施工中，需注意以下事项：
（1）喷射混凝土厚度至少达到5 cm，新浇筑混凝土厚度至少达到4 cm，混凝土加强位置处的受压新浇筑混凝土厚度至少达到15 cm。
（2）在桥体的底部布设支挡结构，提高公路桥梁的稳定性与承载能力。
（3）公路桥梁加固养护工程为外露工程，公路桥梁在日常通车运营中常受到车辆的碰撞，需进行经常性加固维修，并投入较多的加固养护成本，故应根据公路桥梁的实际养护条件，采用最为经济的公路加固养护方法。
在利用信息化监控技术完成公路桥梁养护施工作业后，需对其养护施工效果进行验证与分析。采用信息化监控技术，监测公路桥梁的受力情况，同时记录全部传感器中的数据信息。公路桥梁养护前各监测点的极限弯矩数值如表2所示。
表2 公路桥梁养护前各监测点的极限弯矩数值
公路桥梁的承载力大小可通过极限弯矩数值反映出来，某监测点位置的极限弯矩数值越大，该位置处的承载能力越大；
根据设计标准规定，该公路桥梁极限弯矩数值至少要达到200 N·m，而通过分析表2后发现，共5个监测点的极限弯矩数值不满足设计要求，故应对该5个监测点及其周边区域进行重点加固养护。
在养护中，严格依据上文提到的养护施工要点对公路桥梁进行养护施工。施工结束后，再次监测所有监测点位置处的极限弯矩数值。公路桥梁养护后各监测点的极限弯矩数值如表3所示。
表3 公路桥梁养护后各监测点的极限弯矩数值
通过分析表3可知，通过采用上文提到的养护方法对公路桥梁养护施工后，所有监测点位置的极限弯矩数值均得到显著的提高，满足设计要求。充分表明，利用信息化监控技术对公路桥梁进行养护施工，可提高公路桥梁的极限弯矩数值，提高其承载能力。
公路桥梁养护施工结束后，将公路桥梁平均划分为5个区域，对全部区域中的裂缝数量进行记录。通过分析各区域裂缝数量后可知，第1～3个区域中均未产生裂缝，第4个区域中产生2个裂缝，第5个区域中产生1个裂缝，所有裂缝长度均小于1 mm，基本不会对公路桥梁的正常运行造成任何影响。
综上所述，利用信息化监控技术对公路桥梁进行养护施工，可提高公路桥梁的承载能力。公路桥梁出现的裂缝较少，基本不会对公路桥梁的正常通车运行造成影响，可保证驾驶人的行车安全，延长公路桥梁的使用寿命。
综上所述，在我国社会经济发展中，公路桥梁工程发挥着重要的推动作用。在公路桥梁养护施工中，引用信息化监控技术，可提高公路桥梁的养护施工效果，延长公路桥梁的使用寿命。该文对信息化监控技术在公路桥梁养护施工中的运用进行了深入研究，对相关人员具有一定的参考作用。
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