佛山路桥养护有限公司
摘要：随着我国经济的快速发展，人们生活质量得到了显著提高，对于道路交通的需求也越来越大。而道路桥梁作为城市交通中最重要的组成部分之一，其完好与否直接关系到道路的通行能力和来往车辆的行车安全，更是受到了全社会各界人士的广泛关注。桥梁结构安全和道路行车安全是道路营运养护的重中之重。本文通过对伸缩缝病害的特征分析，就如何及时发现桥梁伸缩缝病害问题，实现桥梁伸缩缝的病害自动预警，提出了一种通过伸缩缝损坏后钢构件之间碰撞产生的异响噪音作为触发通讯设备的触发源，实现实时、自动监控桥梁伸缩缝是否正常运行的装置并对该装置的应用前景展开分析，供养护单位、检测单位在桥梁伸缩缝病害排查时运用。
一、桥梁伸缩缝病害特征分析
我国现有道路桥梁，桥梁伸缩缝以模数式伸缩缝居多，其中D80型异型钢伸缩缝和D160型带位移箱的型钢缝占比很大，通过对病害的深层次分析发现桥梁运营过程中D80型伸缩缝主要病害为锚固区混凝土碎裂，在道路日常巡查中很容易发现，安全隐患相比不大；D160型以上带位移箱的型钢缝主要病害为位移箱损坏致使中间梁（型钢）断裂翘起且不易发现，存在极大的行车安全隐患。
二、自动预警系统简介
1.预警装置原理
桥梁伸缩缝装置在出现前后高差、锚固区松动、位移箱损坏、位移箱支座脱落等病害时均会在车辆荷载作用下产生构件之间的碰撞异响，且异响区别于正常使用状态下的主要特征为噪音分贝值增加。以某桥梁D240型伸缩缝位移箱支座松动或脱落为例：D240型伸缩缝脱落或松动，车辆经过，损坏的伸缩缝钢构件间碰撞使噪音增大，噪音超过声控继电开关的设定值后，声控继电开关闭合，拨号器形成回路，拨号将预设的信息如“***号伸缩缝异响，请安排专业技术人员立即赴现场检查”等类似信息发送至养护人员终端，声控继电开关断开，设定程序循环5次后不再发出预警信号，声控继电开关需在养护管理人员现场复核待伸缩缝病害处治完成，手动操作再次启动。
2.声控继电开关的布置
声控继电开关根据桥梁实际情况，分别在每个车道的正下方梁端距离路面约50cm位置安装1个声控继电开关，安装时注意做好开关的防水、防尘等工作，注意伸缩缝橡胶止水带确保完好，防止雨水灌入致使电路损坏。
3.声控继电开关设定
通过对D240型伸缩缝正常使用状态下的车道正下方噪音的监控，测得噪音值范围为60--85分贝之间；设定声控继电开关触发的分贝值为87分贝，使用大锤敲击桥梁伸缩缝，当分贝值超过87分贝时，继电开关闭合。声控继电开关的设定需根据每条伸缩缝在安装装置的同时测定现场正常使用状态下的实际的噪音值，在实际噪音值的中取最大值，在最大值基础上上调2-5分贝作为继电开关的触发值。
4.装置供电
本套装置采用36V太阳能发电系统+蓄电池作为供电装置，确保24小时设备不断电，实施监控伸缩缝装置的使用状态。
三、本装置的应用前景
自改革开放以来，我国桥梁道路事业飞速发展，根据交通运输部发布的《2018年交通运输行业发展统计公报》数据，截止至2018年末全国公路桥梁85.15万座、5568.59万延米。近几年来随着国家基础设施建设投入的不断增涨，城镇化的推进，新建设的道路在通过城镇时均以高架桥为主，桥梁里程数量不断增长。
桥梁伸缩缝装置为桥梁结构上的易损构件，使用年限无法与桥梁设计使用年限等长，在桥梁运营过程中桥梁伸缩缝损坏后需要进行更换，因桥梁伸缩缝是安装在路面上的钢构件，损坏后极易造成车辆爆胎、钢构件翘起受到车辆撞击，对司乘人员造成极大的安全隐患。自2020年11月11日广澳高速广州往珠海方向k53+700处行驶车辆碰撞路面突然断裂竖起的桥梁伸缩缝型钢失控事件后，全国多数桥梁管养单位开展了一次桥梁伸缩缝病害的排查，但是排查均为人工排查，人工排查在经济型、连续性、安全性方面均存在诸多弊端。作为一名桥梁养护工作者，通过对伸缩缝病害的特征分析，就如何及时发现桥梁伸缩缝病害问题，提出一种桥梁伸缩缝的病害自动预警的装置并对其应用前景展开分析。
1. 经济性
以某通车100km的高速公路开展D160型及以上型号伸缩缝排查为例：（1）安装自动预警装置，桥梁总延米数约21万延米，桥梁伸缩缝约45000延米，其中D160型及以上带位移箱的型钢伸缩缝约5000延米，平均长度以15米计，共计约330处；自动预警装置以每处4000元安装费用及成本计算，共需费用约1320000元，每年通讯费用约8万元，共计140万元，第二年仅计通讯费用8万元。（2）桥梁伸缩缝采用人工排查，每日排查1次，排查任务为双向200km，立交和匝道排查预估里程为100km（含巡查时绕道距离）排查费用计算见下表：
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通过对比采用自动预警装置和人工排查费用，该装置安装使用2年后将大大降低桥梁伸缩装置的排查费用，经济性具备应用前景。
2. 实时性
该自动预警装置能实现桥梁伸缩装置24小时实时监控，与人工排查相比能及时将预警信息传递至养护技术人员，将大大缩短病害的发现时间，桥梁养护单位能及时对病害进行处治和跟踪，能有效防止病害的发展造成的安全隐患，为道路的行车安全提供保障。
3. 安全性
桥梁伸缩装置病害初期一般以连接松动的钢构件之间碰撞产生的异响为主，病害不明显不易发现，人工排查时需要在伸缩装置两侧下车或停车观察，现阶段我国的高速公路或城市快速路的车辆行驶速度在100-120km/小时，排查人员停车作业时存在较大的交通安全隐患，自动预紧装置安装完成后仅需定期对其进行保养和维护，维护作业频率低作业时间短，在不影响交通畅通的情况下可做临时交通围闭，有效降低养护作业人员的安全风险。
4. 适用性
自动预警装置不仅能实现桥梁伸缩装置生产时在工厂配装，也能对已建成通车运营的道路桥梁进行加装，加装过程仅需拆除或更换伸缩装置原有老旧、破损橡胶止水带，安装简易，安装完成后做好预警装置及伸缩装置的防水即可正常运行。
5. 发展养护科技化、智能化
随着我国高速公路的快速发展，养护管理逐渐成为交通领域的新焦点，特别要推动互联网+养护管理融合发展，激发公路养护发展的内生动力。目前桥梁伸缩缝病害排查、检测仍处于人工排查为主，暂时没有有效的自动监控手段，且道路路况为实时动态，人工排查需要出动大量有经验的专业技术人员和车辆。科技化、智能化养护正加速推进，本着“建设是发展、养护也是发展而且是可持续发展”的养护理念，运用先进的科学技术手段和先进的科技装备也是现阶段养护事业的发展方向，通过异响噪音采集结合互联网通讯实现桥梁伸缩缝损坏自动预警装置的应用有利于桥梁伸缩缝检查的智能化、科技化的推进和实现。
6. 未来的发展趋势
随着国家经济的飞速发展，城镇化改造项目的推进，道路建设以趋向下穿隧道和高架桥为主，且大跨径桥梁成为了城市一道亮丽的风景。随着大跨径桥梁而生的大型桥梁伸缩装置也随处可见，自动预警装置可作为桥梁健康监测系统的组成部分，随时监测伸缩装置的健康情况，为人民群众的出行和生命财产安全保驾护航。
四、总结
本文通过对伸缩缝病害的特征分析，就如何及时发现桥梁伸缩缝病害问题，实现桥梁伸缩缝的病害自动预警，提出了一种运用伸缩缝损坏后异响噪音作为触发通讯设备的触发源，实现实时、自动监控桥梁伸缩缝是否正常运行的装置，为桥梁伸缩装置的健康状况检查提出了新思路，通过与人工排查病害在经济性、病害发现的及时性、安全性进行对比，结合装置的适用性和养护发展的科技化、智能化及我国桥梁的发展趋势论述了该装置的应用前景。
参考文献：
1.中华人民共和国交通运输部《2018年交通运输行业发展统计公报》
2.中华人民共和国交通运输部《公路桥梁伸缩缝装置通用技术条件》JTT327-2016
3.中华人民共和国交通运输部《桥梁阻尼减振多向变位梳齿板伸缩装置》JT/T 1064-2016