市政桥梁结构耐久性评估与加固技术研究

近年来，随着我国城市基础设施建设规模的不断扩大，市政桥梁数量大幅增长，逐步形成了覆盖广泛、结构类型多样、功能日益复杂的交通枢纽体系。然而，部分早期建成的桥梁受制于设计标准、材料性能与施工技术水平的局限，进入服役中后期后普遍出现耐久性下降的问题。此外，环境因素、超载现象及自然灾害等外部影响，加速了桥梁结构的劣化与损伤，导致安全隐患日益凸显。桥梁作为城市交通的重要节点，其安全稳定直接影响城市运行效率和社会经济发展。因此，深入开展市政桥梁结构耐久性问题研究，探索高效可靠的评估技术与加固方法，已成为保障桥梁安全、延长结构寿命、推动城市交通高质量发展的关键技术途径。

一、市政桥梁结构耐久性现状与劣化机理分析

（一）市政桥梁结构耐久性概述

市政桥梁承担着城市道路交通的重要职能，广泛应用于城市快速路、主干道及重要交通枢纽。桥梁结构耐久性是指在设计使用年限内，桥梁在荷载、环境与使用条件下保持功能和安全性能的能力 [1]。根据设计规范要求，市政桥梁的设计使用年限一般为 50 年，但实际运行中受多种因素影响，许多桥梁在使用 年内便出现结构劣化问题。

影响桥梁耐久性的因素主要包括：一是环境因素，如大气腐蚀、氯离子侵蚀、温湿度变化、冻融循环等；二是荷载因素，尤其是重载车辆超载运输导致的疲劳累积效应；三是材料因素，部分老旧桥梁采用的混凝土、钢材、连接件等耐久性性能较差；四是施工及养护管理水平不足，导致结构早期缺陷未能有效修复。

（二）市政桥梁常见劣化形式与机理

混凝土结构劣化是市政桥梁最常见的问题之一。碳化作用是混凝土长期暴露在二氧化碳环境下的主要劣化形式，碳化深度一般以年均1～3mm 速度发展，碳化导致混凝土碱性下降，钢筋保护层失效，进而引发钢筋锈蚀。此外，氯离子侵蚀广泛存在于沿海及冬季融冰盐使用频繁地区，氯离子渗入混凝土内部，破坏钢筋钝化膜，诱发锈蚀裂缝，降低结构承载力。

冻融循环对桥梁耐久性也有显著影响。尤其在北方地区，冬季反复冻融使混凝土产生微裂缝，严重时形成剥落、露筋，破坏结构整体性。

钢结构桥梁常见的腐蚀问题主要包括大气腐蚀、缝隙腐蚀与疲劳裂纹扩展。钢结构涂层老化、连接节点设计不合理、雨水积聚等均加速腐蚀过程。长期疲劳荷载作用下，钢材内部微裂纹逐步扩展，严重时会导致构件断裂失效。此外，桥梁支座、伸缩缝、排水系统等附属结构老化失效也会间接影响整体耐久性。例如，支座转动失效引发附加内力，伸缩缝破损导致桥面渗水，均加剧结构劣化速度。

（三）典型案例分析

以某跨线桥为例，该桥建成于 1996 年，为预应力混凝土连续箱梁结构，近年检测发现桥面多处混凝土剥落、钢筋裸露锈蚀，碳化深度平均达 22mm，氯离子含量超出规范限值 30% 以上。结构评估显示，主梁承载能力下降约 15%，需采取加固措施。另以某南方沿海城市钢箱梁桥为例，服役 15 年后出现大面积涂层脱落、钢结构腐蚀坑蚀现象，最大腐蚀深度达 3mm。疲劳裂纹在高应力集中区扩展，存在严重安全隐患，亟需整体防腐与结构加固处理。

二、市政桥梁结构耐久性评估方法体系

（一）结构耐久性评估技术发展现状

当前，市政桥梁耐久性评估技术已从传统目测检查发展到多技术集成的综合评估模式。美国、日本、欧洲等发达国家普遍应用结构健康监测系统（SHM）与无损检测技术相结合，实现桥梁运行状态的动态监控与寿命预测，部分地区已形成较为完善的桥梁全寿命周期管理体系。与此同时，基于大数据分析、人工智能识别与信息化平台的桥梁耐久性评估体系不断成熟，有效提升了检测效率与评估的实时性。我国近年来在数据采集、智能诊断与耐久性模型研究方面也取得明显进展，部分重点桥梁已部署健康监测系统并开展动态监测工作，但整体评估技术体系尚存在标准不统一、数据应用不足、系统集成度低、智能化水平有待提升等问题，亟需加快技术研发与应用推广步伐。

（二）市政桥梁耐久性评估方法分类

目前，市政桥梁的耐久性评估方法主要包括目视检查、无损检测、结构健康监测系统（SHM）以及基于性能的耐久性预测模型等多种手段，形成了相对系统的技术体系。首先，目视检查与快速检测是最基础、最常用的手段，主要通过专业人员现场观察桥面、结构表面、接缝、节点等关键部位的裂缝、变形、腐蚀、剥落、露筋等现象，结合裂缝宽度卡尺、混凝土回弹仪、钢筋锈蚀检测仪等便携设备，快速获取桥梁表层结构状况，适用于大面积普查和初步筛选存在严重病害的桥梁 [2]。其次，随着检测技术的发展，无损检测在桥梁耐久性评估中的应用越来越广泛。超声波检测技术可有效判断混凝土内部缺陷、裂缝深度及密实性变化，地质雷达能够探测桥面下部空洞、钢筋位置及局部腐蚀情况，红外热成像技术则适用于识别桥面局部空鼓、剥落或其他隐蔽缺陷，尤其在夜间或大面积检测时具有效率高、识别准确的优势。除此之外，结构健康监测系统（SHM）作为桥梁智能监测的重要组成，通过在关键受力构件与节点部位布设应变计、加速度传感器、位移计以及温湿度、腐蚀监测设备，实时采集桥梁在荷载、环境变化下的结构响应数据，动态反映桥梁整体运行状态与耐久性水平。最后，基于性能的耐久性评估模型通过输入现场检测数据，结合腐蚀速率、碳化深度、氯离子扩散系数、混凝土强度损失等参数，建立结构劣化演化规律，科学预测桥梁剩余使用寿命与未来性能衰减趋势，为桥梁养护加固决策提供量化依据，显著提升了耐久性评估的科学性与针对性。

（三）多源数据融合与智能评估技术

新一代市政桥梁耐久性评估更加注重多源数据的集成与智能化分析，推动评估手段向信息化、智能化方向发展。通过物联网技术将桥梁结构传感器、环境监测设备、交通流量监控系统等有机联结，借助云计算平台实现实时数据的远程传输、集中存储与共享分析，形成高效协同、动态更新的综合评估系统。在此基础上，结合大数据分析与人工智能（AI）算法，能够更全面地掌握桥梁结构运行状态及劣化发展规律。典型应用如基于机器学习的疲劳裂纹自动识别模型，已在大中型城市部分桥梁的结构健康监测系统中投入使用，通过对裂缝图像、应变数据与环境参数的综合分析，裂缝早期诊断准确率达到 90% 以上，显著提升了结构病害的早期预警能力，降低了突发性结构安全事件的风险。

（四）评估结果应用与决策支持

耐久性评估不仅为桥梁安全状态提供量化依据，更直接服务于桥梁养护、维修与加固的科学决策。通过系统性评估，桥梁管理单位可根据结构性能下降程度、劣化类型与分布特征，制定分级分类的养护加固策略，实现资源的合理配置与重点部位的精准干预。例如，广州市市政桥梁采用综合耐久性评估体系，依据结构缺陷数量、劣化严重程度及剩余承载能力，将桥梁划分为 AA 级（状态良好）、B 级（中度劣化）与 C级（严重劣化）三个类别。A 级桥梁安排常规巡检与预防性养护，B 级桥梁需定期检测与局部修复，C 级桥梁则列入优先加固或更换计划，确保整体桥梁网络的安全与服务功能稳定，有效延长桥梁使用寿命，降低突发性结构失效风险。

三、市政桥梁加固技术研究与工程应用

（一）市政桥梁加固技术发展趋势

随着交通荷载持续增大、桥梁服役年限延长，市政桥梁加固技术不断发展，逐步向高强、轻质、耐久、环保与高效率方向演进。近年来，新型高性能材料的广泛应用，模块化施工工艺的推广，以及结构智能监测与加固技术的一体化集成，成为加固领域的技术创新重点。在不封闭交通或缩短封闭时间的前提下，快速、高效、可靠的加固方案越来越受到城市管理部门和工程单位的重视，尤其是在交通繁忙路段、桥梁重要通道的加固实践中，提出了更高的技术与施工组织要求。

（二）常见市政桥梁加固技术分类与原理

在实际工程中，桥梁加固措施主要分为材料层面与结构层面两大类。材料层面方面，碳纤维复合材料（CFRP）加固技术凭借其轻质高强、耐腐蚀、施工便捷等优势，广泛应用于梁体、桥面板、翼缘板等薄弱构件的加固补强[3]。以常用型号CFRP 单向布为例，标准厚度为0.167mm，单层抗拉强度通常达到 3400MPa 以上，显著提升结构的承载能力与抗裂性能。钢板加固技术通过采用高强螺栓或环氧胶粘结钢板于梁底、梁侧等关键受力区，增强构件截面刚度和承载力，适用于混凝土出现局部剥落、钢筋锈蚀或受力不足的桥梁部位。近年来，超高性能混凝土（UHPC）与聚合物改性砂浆材料的应用也越来越普遍，UHPC 具有抗压强度可达150～200MPa、耐久性优异、韧性良好的特性，适用于桥面板整体加固与局部修复，显著延长结构使用寿命。

结构层面加固方法主要包括外部预应力加固、局部结构更换与节点功能恢复。外部预应力加固通过张拉钢绞线、碳纤维板或钢丝束施加额外预应力，改善梁体内部应力分布，提升抗裂与承载性能，广泛应用于连续梁、悬臂梁、箱梁等受力薄弱区域。承载结构更换与局部重构则针对严重劣化、强度丧失的主梁、桥墩、桥面板等关键构件，通过拆除更换或局部重铸，恢复整体结构性能。支座、伸缩缝更新加固可有效消除二次病害，如支座老化失效引发的附加内力问题，保障桥梁在设计工况下的正常受力传递。

（三）加固效果评估与技术适用性分析

加固效果的优劣需通过系统的现场检测与性能评估进行量化验证。实践表明，碳纤维加固措施实施后，梁体整体承载力普遍可提升15%～25%，裂缝宽度明显减小，尤其对混凝土开裂区域的补强效果显著。钢板加固适用于混凝土剥落严重、钢筋锈蚀区段，通过增强截面刚度，恢复结构受力性能。UHPC 整体加固桥面层，在极端荷载与恶劣环境下表现出优异的耐久性，正常使用条件下桥面寿命可延长20 年以上。

实际工程中，需根据桥梁结构类型、现有病害性质、劣化严重程度及运行环境，科学选择最优加固方案，避免盲目加固或资源浪费 [4]。以某跨江大桥加固工程为例，该桥因主梁下缘混凝土碳化、钢筋锈蚀、裂缝发展迅速，结合检测数据，设计单位采用 CFRP 布与外贴钢板组合加固，外部增设部分预应力体系。加固后，经荷载试验与健康监测系统实时跟踪，桥梁承载力提升约 18%，裂缝扩展趋势得到有效遏制，结构性能明显改善，整体运行状态良好，具备良好的示范推广价值。

（四）未来市政桥梁加固技术发展方向

未来市政桥梁加固技术将更加注重新材料研发与智能化施工的结合，推动加固体系向高性能、高耐久与信息化方向全面发展 [5]。超高韧性纤维增强复合材料、自愈合混凝土、自修复涂层、绿色环保复合材料等新型高性能材料将在桥梁关键部位的补强、耐久性提升与病害抑制中广泛应用，显著提高结构的整体服役性能。同时，基于数字孪生技术，结合物联网、大数据与智能传感系统，构建高精度桥梁结构数字模型，实时反映桥梁健康状态，动态掌握结构响应与劣化趋势，实现病害监控、寿命预测、智能预警与加固决策一体化，推动市政桥梁加固由传统被动维修向智能、预防性维护转变，全面提高桥梁结构的管理水平与运行安全性，延长使用寿命，降低全生命周期运维成本。

总结：

市政桥梁作为城市交通基础设施的重要组成部分，良好的结构耐久性是保障桥梁长期安全运行与服务功能稳定的前提。随着桥梁服役年限的延长以及交通荷载与环境因素的综合作用，结构劣化问题日益突出，科学的耐久性评估与高效的加固技术显得尤为重要。本文通过系统分析市政桥梁结构常见劣化机理，梳理了多种耐久性评估方法与技术，探讨了当前主流加固手段的原理与工程应用效果。研究表明，基于多源数据融合与智能化技术的耐久性评估体系，结合新材料、新工艺的高效加固方案，将有效提升桥梁结构性能与使用寿命。未来应持续推动新型高性能材料、智能监测系统与数字孪生技术在市政桥梁加固领域的集成应用，全面提升桥梁结构安全管理水平。

参考文献

[1] 莫荣江 . 市政桥梁结构中裂缝的原因和处理措施 [J]. 居舍 ，2021，（35）：67- 69.

[2] 杨显 . 市政桥梁耐久性设计分析研究 [J]. 交通科技与管理 ，2023，4（16）：66- 68.

[3] 司马圆 . 市政桥梁结构加固设计方法分析 [J]. 运输经理世界 ，2024，（35）：108- 110.

[4] 段鹤 ， 杨丽文 ， 朱兴盛 . 有关市政桥梁桩基施工技术的分析 [J].建筑工人 ，2024，45（12）：40- 43.

[5] 徐梅 . 市政道路桥梁施工中现场施工技术及运用分析 [J]. 科学技术创新 ，2024，（23）：138- 141.