公路桥梁养护管理与监测技术应用

公路桥梁作为交通运输网络的关键节点，其安全运营直接关系到区域经济发展与公众出行安全。随着我国公路桥梁建设规模的持续扩大，既有桥梁的养护管理与性能监测已成为行业关注的核心议题。传统养护模式依赖经验判断与周期性检测，难以应对复杂结构、重载交通及极端环境下的安全隐患；而监测技术的迭代升级，为桥梁全寿命周期管理提供了数据驱动的决策依据。本文结合行业实践，系统分析养护管理体系的构建逻辑，梳理监测技术的应用场景与实践路径，为提升桥梁运维效能提供参考。一、公路桥梁养护管理体系的核心架构桥梁养护管理的本质是通过科学的制度设计与流程管控，实现“预防为主、防治结合”的全寿命周期性能保障。其体系构建需围绕以下维度展开：（一）养护目标分层与阶段管理桥梁养护分为预防性养护（如桥面铺装预防性铣刨、支座防尘维护）、修复性养护（如裂缝封闭、钢筋锈蚀治理）、应急养护（如自然灾害后的结构抢修）三类目标。结合桥梁技术状况（如《公路桥梁技术状况评定标准》中的一类至五类桥划分），制定差异化的养护策略：对一类、二类桥侧重预防性养护以延缓性能衰减，对三类、四类桥开展针对性修复，对五类桥启动加固或拆除重建程序。（二）全流程管理闭环的搭建养护管理流程需形成“检测评估—决策制定—养护实施—效果验证”的闭环：检测评估：包含日常巡查（人工或无人机目视检查）、定期检测（每1-3年一次的结构性能检测）、专项检测（针对病害或特殊荷载的深度评估），通过桥梁管理系统（BMS）整合多源检测数据，生成技术状况报告。决策制定：基于评估结果，结合养护预算与交通需求，运用层次分析法（AHP）或贝叶斯网络模型，优化养护优先级与方案（如优先处置影响结构安全的病害）。养护实施：采用标准化工艺（如环氧砂浆修补混凝土缺陷、同步碎石封层改善桥面防水），引入信息化手段（如养护工单系统）监控施工质量。效果验证：养护后通过复检（如超声检测验证裂缝修补效果）、长期监测（如应变传感器跟踪结构受力变化）评估养护有效性，数据反馈至BMS更新桥梁状态。（三）管理要素的协同优化养护管理需整合资金、人才、制度三大要素：资金管理：建立“预防性养护基金+应急抢修储备金”的分级预算机制，通过PPP模式引入社会资本参与大型桥梁养护。人才培养：开展“桥梁工程师+监测技术员”的复合型培训，提升对传感器布设、数据分析的实操能力。制度规范：完善地方养护技术规程，细化《公路桥梁养护规范》中“四新技术”（新技术、新材料、新工艺、新设备）的应用标准，如明确光纤传感监测系统的安装与验收要求。二、监测技术的分类应用与实践逻辑监测技术是养护管理的“眼睛”与“神经”，其应用需结合桥梁结构特点、病害类型及管理需求，实现从“事后维修”到“事前预警”的转变。（一）结构健康监测（SHM）系统：长周期性能管控针对大跨度斜拉桥、悬索桥等复杂结构，SHM系统通过布设多类型传感器（如光纤光栅应变传感器、GNSS位移传感器、加速度传感器），实时采集结构受力、变形、振动等数据。以上海某跨海大桥为例，其SHM系统整合了：环境监测：风速仪、温湿度传感器监测风荷载、温度效应，为结构受力分析提供边界条件；结构响应监测：应变传感器布设于主梁关键截面，捕捉重载车辆通过时的应力变化；位移传感器安装于桥塔，监测长期沉降与偏位；数据处理：通过边缘计算网关实时分析数据，当应变值超过设计阈值的80%时，触发三级预警（短信通知管理人员）；超过90%时，启动交通管制与应急检查。SHM系统的核心价值在于识别结构性能退化趋势（如斜拉索疲劳损伤的早期预警），为预防性养护提供数据支撑。（二）无损检测技术：病害精准定位无损检测聚焦桥梁内部缺陷与隐蔽病害，典型技术包括：超声检测：采用超声探伤仪检测混凝土内部空洞、钢筋锈蚀层厚度，分辨率可达毫米级，适用于箱梁腹板、承台等部位的检测；红外热像检测：通过红外相机捕捉结构表面温度场差异，识别桥面铺装脱层、防水失效区域（脱层处因空气隔热，温度与周边存在明显差异）；探地雷达（GPR）检测：利用电磁波反射原理，检测桥面铺装厚度、钢筋位置及地下空洞，检测深度可达数米，常用于旧桥改造前的现状评估。以某山区连续梁桥为例，通过超声检测发现墩柱内部存在施工遗留的空洞，结合钻孔取芯验证后，采用压力注浆工艺修复，避免了病害扩大导致的结构安全风险。（三）动态监测与荷载试验：服役性能验证动态监测通过车载式检测设备（如移动测振仪、应变采集车），模拟重载交通荷载下的桥梁响应，评估结构实际承载能力。荷载试验分为静载（如用载重汽车加载至设计荷载的1.2倍，测试关键截面应变）与动载（如跑车试验，测试结构自振频率与阻尼比）两类，常用于：既有桥梁的“提级”评估（如原设计荷载为公路-Ⅰ级，需验证是否满足公路-Ⅱ级要求）；加固改造后的性能验证（如体外预应力加固后，通过荷载试验确认抗弯刚度提升效果）。某城市立交桥在拓宽改造后，通过静载试验发现新增匝道桥的支座反力分布不均，经调整支座高度后，结构受力趋于合理，避免了后期运营中的偏载病害。三、技术融合驱动的养护管理实践案例以某省高速公路网中的一座大跨度连续刚构桥为例，其养护管理实践体现了“监测+管理”的深度融合：（一）监测体系的立体化搭建该桥全长1.2km，主跨200m，采用“固定监测+移动巡检”的立体监测模式：固定监测：在主梁跨中、桥墩顶部布设光纤应变传感器（采样频率100Hz）、倾角传感器（监测墩柱倾斜），在桥面安装车流量监测仪（统计重载比例）；移动巡检：每周采用无人机（搭载高清相机与红外热像仪）对桥梁外观、支座、伸缩缝进行巡检，生成三维点云模型与病害标注图。（二）数据驱动的养护决策监测数据通过5G网络传输至桥梁管理平台，平台内置的AI算法模型（基于LSTM神经网络）对结构性能进行预测：当主梁应变数据呈现“周均增长0.05με”的趋势时，算法预警“腹板可能出现疲劳裂缝”；结合无人机巡检发现的“墩柱表面湿度异常”（红外热像显示局部温度偏低），系统判定为“承台渗水导致钢筋锈蚀风险”。基于预警结果，养护团队优先实施两项措施：1.对主梁腹板采用“环氧树脂+碳纤维布”进行预加固，延缓裂缝发展；2.对承台进行高压注浆防水处理，同步更换锈蚀钢筋。（三）效益评估通过监测技术的应用，该桥养护成本降低20%（预防性养护替代了多次大修），结构性能衰减速率减缓30%（原预测5年后需加固，实际监测显示10年内性能稳定），验证了技术融合对养护效能的提升作用。四、发展趋势与行业挑战（一）技术发展趋势1.智能化升级：AI算法（如Transformer模型）将深度融入监测数据分析，实现“病害自动识别—发展趋势预测—养护方案生成”的端到端决策；2.数字化整合：BIM（建筑信息模型）与GIS（地理信息系统）融合，构建桥梁“数字孪生体”，实现全寿命周期的可视化管理；3.绿色化转型：推广环保型监测技术（如无线传感器替代有线布设）与养护材料（如微生物诱导碳酸钙沉淀修复混凝土裂缝），降低碳足迹。（二）行业面临挑战1.技术成本壁垒：SHM系统的初期投入（传感器、数据平台）较高，中小桥梁的应用普及率不足30%；2.数据治理难题：多源监测数据（结构、环境、交通）的格式不统一，数据安全与隐私保护（如桥梁关键部位的监测数据）需强化；3.标准体系滞后：现有监测技术的应用规范（如传感器布设密度、数据传输协议）尚未形成行业共识，导致项目间数据难以互通。结语公路桥梁养护管理与监测技术的发展，本