美国公路桥梁管理信息化现状

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美国公路桥梁管理信息化现状

来源：发布日期：2007-12-25

    随着国家经济社会的高速发展，我国公路建设取得了长足的进步。公路里程的增加伴随着公路桥梁的大量增加,桥梁的安全成为公路运输生产安全的重要组成部分，得到政府和公众的高度重视。为此，交通部最近提出在近年来已开展的全国国省干线公路危桥改造工程的基础上，进一步加大资金投入，加大改造力度，用3年左右时间基本完成国省干线公路危桥的改造，同时建立和完善桥梁运行监控机制和养护管理机制。

    我国的公路桥梁数量是随着过去10多年公路的大规模建设而大量增加的，美国大规模公路建设的时间比我国早，公路桥梁的管理方法成熟、水平较高，美国在公路桥梁管理中的做法，值得我国研究借鉴。

中美公路桥梁发展变化
    2001年以来美国和中国公路桥梁数量的变化如图1所示，图中各年中国公路桥梁的数据来自各年公路水路交通行业发展统计公报，统计截止时间为各年年底，多孔跨径总长不小于8m、单孔跨径不小于5m的公路桥梁均在统计范围内，2006年与2005年相比较，公路桥梁数量的剧增与公路桥梁范围随2006年10月1日“全国农村公路统计标准”的执行而有所扩大以及全国农村公路通达情况专项调查结果相关；图中美国公路桥梁的数据来自美国联邦公路管理局，2001年数据为截止到当年1 2月的数据，2002-2006年数据分别为截止到各年7月的统计数据，2007年数据为截止到2007年8月1 4日的统计数据，跨径不小于6、1 m的公路桥梁均在统计范围内。图1统计结果表明，2006年底我国公路桥梁58．53万座，2007年8月1 4日美国公路桥梁为59 9893万座，2国公路桥梁数量相当；以统计范围和截止时间相对稳定的2002年到2006年的结果看，我国与美国公路桥梁数量均成逐年增长趋势，但是我国的年平均增长速度相当于美国的1 6倍。

    美国大规模公路建设较早，公路桥梁运行监控机制和养护管理机制相对完善．也难免发生公路桥梁安全事故，最近就连续发生了加利福尼亚州正在建设中的1 49号和70号公路交叉处的公路桥梁垮塌以及正在维修中的明尼苏达州密西西比河上的I-35w公路桥的垮塌2起公路桥梁安全事故，处在公路桥梁数量快速增加过程中的我国．如果不及时建立和完善公路桥梁运行监控机制和养护管理机制，
也就难免频频发生公路桥梁安全事故。

美国的桥梁管理
    美国联邦政府和地方政府相关管理部门通过国家桥梁档案数据库(NBl)实时掌握所辖范围内公路桥梁完整且准确的基本构成以及结构、功能、管理、维护现状等信息，从而为对桥梁的建设、运行、维护和安全等实施有效的管理提供了基础。

    NBI由美国交通部下属的联邦公路管理局(FHwA)负责维护，NBI中采用432个字符长度的记录．收集保存每座美国公路桥梁多达1 1 6项的结构条件和基本构成信息，基本构成信息包括性能特点、桥址、几何参数．业主以及维护责任人等．信息记录格式要求执行国家桥梁结构登记和评估记录和代码规则(RcGsIANB)，如规则规定记录中第21项用2个字符长度表示桥梁维护责任人的类型．桥梁维护责任人被分成29类，每类由相应的规定代码表示；记录中第91项用2个字符长度表示设定的2次桥梁结构检查之间间隔的月数，每次桥梁结构检查时根据当时的桥梁结构状况设定下一次检查与本次检查之间的时间间隔，因此，该项内容不但因桥而异，而且即使同一桥梁也不断变化。NBI的信息可用于分析全国公路桥梁的特点、现状及构成状况。美国对总长超过6．1m的公路桥梁每2年按照国家桥梁检查标准(NBIs)进行一次检查，这些公路桥梁的安全性通过定期的人工检查以及核定诸如桥面、上部结构、基础结构等主要桥梁部件的状态等级的方法来保证。NBI中的大部分桥梁2年进行一次检查，桥梁检查工作由有资质的人员完成。结构严重老化或者有安全隐患桥梁的检查会更加频繁；结构良好的桥梁也可以免除一次周期为2年的检查，4年检查一次，之后是否具有扩大检查周期的资格需要根据桥梁的条件重新评估。

    将在桥梁检查中采集到的信息进行分析评估，从结构和功能2个方面确定桥梁结构能否适应当前的交通需求。

    考虑的因素包括承载能力、净空、水上航道、上下桥行车道布置等，综合桥梁结构评价和条件等级分析结果决定是否将其确定为结构欠缺类桥梁；功能合适程度通过比较桥梁的现有几何参数与当前标准和交通要求进行评判，实际几何参数、当前标准和交通要求不一致的桥梁被确定为功能老化桥梁。在桥梁欠缺分类中优先考虑结构欠缺，即如果一座桥梁既有结构欠缺的问题又有功能老化的问题，则将其归类为结构欠缺桥梁。

◆评估结构欠缺的条件
    依据桥梁主要部件的条件评估结果确定桥梁是否属于结构欠缺桥梁，NBI中包含桥梁桥面、上部结构和基础结构3个主要部件的条件评估结果，桥面主要用于承载交通流，由上部结构支撑，上部结构将桥面及其承载的交通流所产生的载荷转移到桥梁基础上。桥梁组成部件的条件等级用于描述其现有的状态而不是建造时的状态．更确切地说是用现有条件与建造时的条件进行比较的结果。桥梁检查人员通过评估桥梁部件磨损和破损的严重程度以及磨损和破损扩展到整个桥梁部件的范围来确定桥梁部件的条件等级．桥梁检查人员提供桥梁综合条件的整体描述而不是局部条件的表示。桥梁条件等级共分1 0级，0级表示桥梁不能使用而且改造也无济于事，9级表示桥梁安全状态很好。各级名称及描述如表1所示。

◆结构欠缺桥梁的核定
桥梁部件条件等级是确定结构欠缺桥梁的主要标准，80％的结构欠缺桥梁是因为其桥面、上部结构、基础结构或者涵洞评估条件等级不够而确定的，另外20％的结构欠缺桥梁是基于其结构或者水路评价等级不够而确定的。结构或者水路评价等级是基于桥梁为其所在的公路系统提供的服务水平相关的因素而确定的。评价等级将现有的条件与公路桥梁设计采用的现行标准进行比较，共分成1 O个等级，如表2所示。

    桥梁的承载能力不影响条件等级，但它是影响结构评估等级核定的因素。桥梁的承载能力等级是根据桥梁适应基于日平均交通量而产生的各种类型交通量的承载力确定的。桥梁的承载能力等级等于或者小于2表明桥梁承载力太低．应该更新桥梁结构。在这种情况下，桥梁被确定为结构欠缺桥梁。

    水路合适性评价等级是通过评估桥梁结构的开放程度与通过桥梁的水流量的关系，以桥梁功能分类设定的标准为基础，综合考虑在洪水期间淹没桥梁结构的可能性以及公众过桥的不方便性而确定的。水路合适性评价等级等于或者小于2的桥梁被确定为结构欠缺桥梁。目前因为结构评价等级不够而确定为结构欠缺的桥梁要比因为水路评价等级不够而确定为结构欠缺的桥梁多得多。

    根据表2确定的桥梁的结构评价等级是判断桥梁是否结构欠缺的一个因素，等级3表明桥梁承载能力太低，不过，通过采取改造措施，情况会得到缓解，在这种情况下确定其为功能老化桥梁。同样水路适应性评价等级为3时，也确定为功能老化桥梁。无论结构评价还是水路适应性评价等级为2或者小于2的桥梁均被确定为结构欠缺桥梁．因为对这些桥梁仅仅采取改造措施是不行的，必须更新。

    危险桥梁是指桥梁主要受力部位损坏(腐朽、开裂、变形等)或基础严重冲刷，不能担负原设计承载能力及时速要求，行车危险的桥梁。如果一座桥梁的主要承载零件被发现因为老化或者损坏而难以胜任工作要求，或者由于桥梁提供的水路开放空间适应性不够会导致难以接受的交通中断．该桥梁就被确定为结构欠缺。桥梁结构欠缺并不直接表明该桥梁可能垮塌或者是不安全的，通过人工检查可以确定桥梁的不安全条件，如果确定桥梁不安全，则必须关闭。结构欠缺桥梁允许开放交通，通常需要进行大量的维护和修理以维持服务，最终需要通过恢复或者更新解决结构欠缺问题。为使结构欠缺桥梁维持服务，通常发布重量限制公告，严格限制通过桥梁的车辆总重小于规范允许该桥梁通过的最大重量。

◆功能老化桥梁的核定
    主要考虑与桥梁的功能和几何相关的评价等级确定桥梁是否功能老化，包括桥面几何评价等级、桥下净空评价等级和上下桥行车道布置评价等级。

    桥面几何等级评价考虑桥宽、日平均交通量、由结构支承的车道数量、提供单向还是双向交通以及功能分类因素．将最低要求的车道宽度和实际宽度相比较，作为等级评价的基础：根据功能分类要求考虑最小垂直净空，桥下净空评价考虑垂直和水平的桥下净空，桥下净空可通过测量从穿过桥梁的通道到最近的桥梁部件之间的距离确定。在确定桥下通行路线时考虑桥梁的功能分类，联邦助航标志和防护类别。上下桥行车道布置等级评价采用的思路不同于桥面几何和桥下净空等级评价，不是将上下桥行车道布置和现行标准进行比较，而是将上下桥行车道布置和桥跨范围内的车道布置进行比较．如果桥上的通道由于与上下桥车道的不一致而不能充分
发挥作用．则认定有欠缺。

    主要是桥梁在桥面几何评价等级，桥下净空评价等级和上下桥行车道布置评价等级方面的原因而使其成为功能老化桥梁。

    桥梁结构欠缺通常是桥梁部件结构老化的结果，桥梁功能老化就是桥梁的几何尺寸不满足现行设计标准，通常源自交通发展对桥梁结构要求的改变。桥梁的结构欠缺和功能老化并不互相排斥，一座桥梁可能既有结构欠缺也有功能老化的问题。结构欠缺可能表明桥梁有安全问题，因此被看得更加重要，如果一座桥梁既有结构欠缺又有功能老化的问题，则仅仅被认定为结构欠缺桥梁，大约有50％的结构欠缺桥梁也需要进行功能上的改造，而被认定为功能老化的桥梁没有结构欠缺的问题。为叙述方便下文将结构欠缺或功能老化桥梁统称为问题桥梁。