如何让养护“有据可依”？舟山桃夭门跨海大桥钢桥面铺装评价与预警

钢桥面铺装是直接铺筑在钢桥面板上的薄层路面，具有支撑条件特殊、温度变化幅度大等特点，但在车辆荷载反复作用下比常规路面更易发生病害，若铺装结构失效，将直接降低桥梁通行能力，严重影响国家路网畅通安全。钢桥面铺装养护问题一直是行业中的难点，而如何准确评价钢桥面铺装当前的技术状况，并对其性能发展进行合理的预测与预警，是钢桥面铺装科学养护的关键所在。本文以舟山桃夭门跨海大桥为例，阐述钢桥面铺装病害的评价与预警方法，为我国大跨径钢桥桥面铺装的科学养护问题提供解决思路。

舟山跨海大桥是国家高速公路网甬舟高速公路的主要组成部分，主要由岑港大桥、响礁门大桥、桃夭门大桥、西堠门大桥和金塘大桥5座大桥组成，连接着长江口南侧的舟山群岛，形成总长近50公里的舟山跨海大桥。其中桃夭门大桥系双塔双索面特大型混合式斜拉桥，为正交异性板钢箱梁结构，其初始铺装层为双层环氧沥青铺装结构，如图1所示。

图1 桃夭门大桥建设期钢桥面铺装结构

桃夭门大桥地属亚热带季风气候，季节性高温多雨，且交通负载逐年递增，受大桥自身支撑条件、温度条件和交通条件的共同影响，桃夭门大桥运营期间铺装层不断出现病害，已进行了包括局部铣刨重铺在内的多次维修。通过对服役期内所采取的各项养护工作调研，可以发现，桥面铺装的技术状况与性能衰变趋势，是养护时机与方案决策的重要依据。为进一步提升养护决策的科学性，对桥面铺装的技术状况评价与性能预警技术开展了研究与应用。

目前钢桥面铺装养护主要根据历史养护分析法和经验法进行决策,缺少对钢桥面铺装状况的量化分析,难以保证养护策略和方案的科学性。而准确评价钢桥面铺装性能有助于桥梁管养单位合理统筹养护资金,延长铺装层使用寿命、提高使用性能。有鉴于此,本文首先提出钢桥面铺装性能评价指标,进而建立钢桥面铺装性能评价体系与模型。

国内对于桥面技术状况评价多遵照JTG5210-2018《公路技术状况评定标准》中对沥青路面的评价方法，而钢桥面铺装与普通沥青路面在功能作用、病害形式、破坏机理、严重程度等方面存在较大差异，直接套用公路技术状况标准难以准确反映出钢桥面铺装的实际使用状况。因此，通过分析不同结构铺装层的病害情况，确定铺装层主要病害形式，并依据其功能作用评价准则将病害重新分类，提出相应的钢桥面沥青铺装层使用性能评价指标。

根据调研结果，铺装层病害可分为裂缝类、破损类、粘结层失效类3类。其中裂缝类病害是钢桥面沥青铺装层使用期内最主要、最常见的病害形式，需要采用裂缝状况指数(PCR)进行评价；破损类病害包括坑槽、网状裂缝、块状裂缝、松散剥落等，可通过铺装层损坏状况指数(SDPCI)加以评价；而粘结层失效类病害为钢桥面铺装层特有的破坏形式，考虑到脱空病害与粘结性能密切相关，应利用脱空率指数(PDR)进行评价。

通过层次分析法确定各项评价指标的权重，构建基于层次分析法的钢桥面铺装的技术状况评价模型。针对钢桥面铺装材料和结构特点，根据不同病害对桥面铺装剩余寿命、桥梁结构安全和耐久性影响的程度差异，采用层次分析法对钢桥面铺装病害类型权重系数进行量化评级，确定各项评价指标的权重，建立性能评价方程。结合3个性能评价指标，构建图2所示钢桥面铺装的技术状况评价模型。

图2 钢桥面性能铺装评价体系与模型

自2006年开始运营以来，桃夭门大桥钢桥面铺装的养护策略和养护方案主要依靠历史经验。基于已提出的钢桥面铺装性能评价体系与模型，对桃夭门大桥当前铺装性能状况进行合理评价，支撑其精细化养护决策。

在运营养护过程中，桃夭门大桥不同路段、方向的桥面铺装历史养护情况有所差异，在评价时应对桥梁进行分段划分。采用探地雷达、红外差热检测等检测方法对钢桥面铺装病害情况进行检测，根据病害检测的结果，利用评价模型计算铺装层各项指标，评价结果用优、良、中、次、差5个等级表示。根据钢桥面铺装结构的评价结果，选择合适的策略、修复材料与工艺加以养护，优、良等级的情况下，选用预防性养护或者矫正性养护，而对于中、次、差等级，则选用修复性养护。桃夭门大桥分段钢桥面铺装2022年评价等级及养护策略如图3所示，以预防性养护和矫正性养护为主。

图3 桃夭门大桥分段钢桥面铺装2022年评价等级及养护策略

预防性养护是以延缓铺装层损坏、延长其使用寿命为目的，它的最佳实施时机应当在铺装层尚处于良好状况，或者只有某些轻微病害时。矫正性养护一般适用于钢桥面铺装层使用性能处于优良与差的过渡时期，以防止其使用性能进一步恶化，该阶段的养护工程量一般较大，需要封闭交通。适用于钢桥面铺装预防性养护和矫正性养护的措施包括裂缝填封、雾封层、微表处理等。修复性养护在钢桥面铺装养护系统中以铺装层重建为主，分为全部翻修铺装厚度、仅翻修面层、翻修部分的任意厚度铺装层3种形式。在工程实践中，必须根据钢桥面病害的严重程度选择相应的养护措施。

钢桥面铺装性能评价用于指导当前状态下钢桥面铺装养护策略的制定，而其性能预警则是未来状态下钢桥面铺装养护决策的基础。为防止早期病害迅速发展，在钢桥面铺装维养中应当防微杜渐，故而对钢桥面铺装养护时机的确定提出较高要求。同时，铺装性能预警的准确性很大程度上将影响养护决策的可靠性、养护经费的使用效率以及驾乘人员的舒适安全性。

钢桥面铺装的预警以钢桥面铺装使用性能为研究对象，以评价模型中的评价指标为预测指标，采用性能衰变模型对钢桥面的使用性能进行预测，分析其使用性能在时间轴上的变化趋势，据此提出合适的养护时机与策略，作为未来钢桥面铺装养护的参考。在交通荷载和环境因素的综合作用下，钢桥面铺装使用性能随时间不断衰减，采用性能衰变模型对这一过程进行定量描述，预测钢桥面沥青路面寿命。根据交通、桥面、材料和环境等因素与钢桥面铺装性能的关系，性能衰变模型选择指数分布的参数方程。在进行钢桥面铺装性能预测时，除交通、桥面、材料和环境外，还应当考虑历史养护措施对钢桥面铺装性能的影响。假设养护后钢桥面铺装恢复一定的使用性能，则其性能衰变模式采用波浪式曲线进行表征，起伏的程度视养护策略的力度而定。

桃夭门大桥的养护规划与预警，针对钢桥面铺装养护数据翔实程度、决策模型准确性不够的问题，对养护年限和养护路段进行划分，提出分阶段养护策略并确定养护的时机。综合预防性养护、矫正性养护和修复性养护的类型及其措施，将不同养护措施与养护场景结合，得到钢桥面铺装不同养护场景组合化的措施库，制定分阶段养护方案。

（a) 破损状况指数

（b) 裂缝率指数

图4 桃夭门大桥部分钢桥面预测指标

钢桥面铺装使用性能衰变模型，依然采用铺装层裂缝率指数(PCR)、铺装层损坏状况指数(SDPCI)、脱空率指标(PDR)等3项为预测指标，利用性能衰变模型对桃夭门大桥未来3-5年的技术指标进行预测，得到钢桥面铺装各部分的评价预测等级，对钢桥面铺装养护做出预警，提出桃夭门大桥钢桥面养护规划。

桃夭门大桥2024-2025年的分段钢桥面铺装养护评价等级及养护策略如图5所示，其养护将以矫正性养护为主，部分钢桥面需要开展修复性养护。

图5 桃夭门大桥分段钢桥面铺装2024-2025年评价等级及养护策略

钢桥面铺装使用性能对国家路网畅通安全至关重要。鉴于目前我国大跨径钢桥桥面铺装的发展，正从“以建为主”转向“建养并举”甚至是“以养为主”，构建钢桥面铺装性能量化评价与精准预警方法，可为我国钢桥面铺装科学的养护决策提供重要支撑，同时为解决其养护难的痛点问题提供有效思路。