1987年,美国纽约州斯科哈里溪公路桥建设失败,纽约州交通部开始系统的评估该桥失败的原因,制定完成了一套综合的桥梁管理和安全体系,首次展开对引起塌桥原因的系统评估。 这套体系构成了纽约州交通局通过制定方针政策,保障桥梁安全和管理决策的核心举措。同时,通过这套健全的桥梁维护系统,还可保证及时地指出结构上的缺陷,并根据要求进行处理。该系统包括总体的纠正和周期性的调整功能,尽量以经济有效的办法延长桥梁寿命。新建工程的结构安全应由严格的质量保证程序和要求主要结构施工作业实行资质认证来保证,以确保在役桥梁的结构和在建的桥梁的结构安全。
50年来,美国纽约州交通局满意地建立了桥梁施工质量保证办法,并于上世纪80年代初研制了一套综合的桥梁管理和检测程序,并被赋予对该纲要在全州范围的监督责任,同时被授权可以对任何被鉴定为有结构安全问题的公有桥梁实行封闭,使得在本州交通部门和全州,都把桥梁结构安全放在优先考虑的高度。
纽约州桥梁总体状况
纽约州有公路桥桥梁1.7万座,桥面面积1266万平米,其中纽约市的桥梁总数大约占8%,桥面面积总数约占31%。全州桥梁以钢结构为主,约占63%;钢筋混凝土结构占18%;预应力结构占14%;木结构或圬工建筑的占5%。而纽约州交通局拥有和维护全州境内约44%的公路桥梁,主要建在干线州际公路、高速公路和主要的州内公路上,因而大部分都承担着较高的交通量。 州内所有桥梁中有63%均建于1970年前,平均年龄为45年,但由于当地气候寒冷多雪,为确保行车安全,纽约州广 泛在行车道和桥面上使用除冰盐,使钢材内部和外部都受到了锈蚀,加速了混凝土和钢桥构件的质量劣化,严重影响了桥梁的服务年限。
桥梁安全的基本思路
纽约州交通局保证桥梁安全的措施,是从最初建桥开始的,并一直贯穿于整个服务寿命期间。具体表现为桥梁维护和质量保证政策与桥梁检测、评估、维护、设计及施工实践相结合的矩阵形式。由于纽约桥梁安全主要关注的是既有桥梁,因此其桥梁检测纲要就是确保结构安全的主要程序。通过该程序采集的数据,也可用于其他桥梁管理和安全评估。 州交通局也优先将资金给予其桥梁检测部门,以保证桥梁安全,并严格按照检测纲要的规定要求来办。 桥梁检测纲要
纽约州交通局的责任是保证本州所有公路桥梁,按照州和联邦的要求,都能得到检测。州交通局除检测所拥有的公路桥梁外,同时也检测地方、铁路和不收费机构拥有的公路 桥,总计约94%的公路桥梁。此外,收费当局和代理机构则负责其拥有的桥梁的检测,并按要求向纽约州交通局提交其检测资料。 据统计,纽约州交通局每年大约检测桥梁9500座,调用检测小组约70个,每年花费近4000万美元。
在检测过程中,州交通局要求桥梁检测人员,根据对桥梁所有单个构件的全面检测来评估整个桥梁。即检测人员要对多达47个结构元件定出打分评级标准值,除了所有桥梁通 用组成部分外,还包含对每个桥跨的25个构件评出等级。州交通局还将桥梁状况分为1级到7级,其中7级是新建成的桥,5级或5级以上表示状况良好。检测人员还要对桥梁及其分部的状况拍照并作出桥梁评级笔记。由此,纽约州的桥况评级便可作为桥梁状况的一个综合性能指标,从而反映出需要采取的措施。
所以说,桥梁状况公式和检测报告,对于制定纽约州交通局的预防性和更正性维护方案,确定桥梁修复和重建计划,完成纲要任务的衡量尺度等,都是主要的数据来源。 州交通局要求对所有的桥梁都进行承载行车荷载能力的分析,并将分析结果保存在桥梁数据库中,用于结构承载力评定计算现场输入的数据,并在两年一次的桥梁检测 时,加以复核和更新,再将最新数据保存在档案中心,使用分析软件进行定期处理,以更新承载力级别,并贴示该桥的适合限重。
对“问题桥梁”的措施
纽约州桥梁检测纲要的安全特征,就是其桥梁“标旗”办法,该办法要求及时的文字报告和对检测发现的最危急问题的解决措施,以保证结构和使用者的安全。检测人员可以发出“红色旗标”(坚持红标),来报告主要结构部位濒临破坏或可能即将发生的毁坏,并要求其立即口头通知州交通局的工程师,继而及时书写该桥梁的现状,州交通局随即通知该桥桥主,桥主有责任重视“红标”,并在规定的时间框架内(通常为42天),针对该桥状况提出解决方案。州交通局也对该桥情况进行监控,以保证能拿出解决方案。据统计,近几年州交通局的桥梁检测中,被报告红标的桥梁每年有200例至400例,在检查到的桥梁中约有3%被亮红牌。此外,黄色的旗标(简称黄标)报告的是虽不严重,但仍有潜在危险的桥况。黄标警示是建议性的,无须对指令给予回应,但对于未解决的黄标桥,仍被列入下年度检测中。而“安全旗标”则是建议性的,被用于报告可能出现行车或 对公众有危险的非结构问题状况,如桥梁栏杆断裂、电线外露、桥面板下混凝土松散或脱落等。
桥梁安全保证程序
斯科哈里溪公路桥倒塌事件发生后,纽约州交通局成立了由桥梁结构、水文、系统管理专家组成的“桥梁安全保证专门工作组”,对全州所有影响桥梁结构安全的重大状况进行评估,目的是为制定一项桥梁安全管理制度,以此作为对全州所有桥梁鉴别和评估标准,识别引起桥梁破坏的各种隐患,并进行桥梁隐患排序,提出有效的解决办法。如对因质量恶化到一定程度产生的桥梁破坏,工作组则对其破坏模式进行研究,提出识别桥梁致损的一些办法后,州交通局再根据工作组建议,对导致破坏的薄弱点予以评估,并以此为依据,制定出保证桥梁安全更为详细的办法。此外,州交通局还创建了桥梁破坏数据库,并不断更新数据资源。据破坏数据显示,引起桥梁受损的主要原因是水文和冲刷;车辆和船只的撞击;极端的超载等;钢材和混凝土的细部问题;地震等。
对每种破坏模式,州交通局均研制出了鉴别和评估方法,并以其不同的敏感性或易损性,对桥梁加以分类。评估采用流程图判定每种破坏模式下易损性最高的桥梁,且要更为细致进行与其易损性有关的工程技术评估。对易损性最大、薄弱点最多的桥梁,要径直作出缓解方案。对易损性较小的桥,不用优先做专项计划,更好的方法是将其列入正常的基建改造计划项目中,并将其做为重建或改建的考虑因素。
桥梁维护
认识到既有桥梁的结构状况、服务年限、交通需求、影响桥梁的不利气候条件,纽约州交通局制定了一套可靠的预防性桥梁维护与更正性桥梁维护程序。预防性维护计划中包含着周期维护作业,主要遏制结构部件的一般质量退化与磨损。更正性维护主要针对不十分重要或中等程度缺陷的桥梁构件,并将其修复到无缺陷状态。通过有的放矢的部件修理或构件置换,可有效保持桥梁状况,使其不被划入有缺陷桥况。通过一定时期对桥梁检测状况评级数据的分析,充分验证了更正性维护方案的益处。将全州已接受更正性维护的桥梁,与未接受维护桥梁的打分值进行比较,可以看到桥况变坏率有了明显改善,且预期桥梁寿命将增加30%。
2006年,纽约州交通局分别采用周期维护和更正性维护两种方式,对7600座桥梁中的4476座实施了维护方案,并取得显著效果,同时这对纽约州交通运输机构有效实施桥梁维护方案也是至关重要的。
桥梁设计与施工
纽约州交通局桥梁基本建设计划的主要目标,就是致力于桥梁的维护和安全,及桥梁服务能力的改善与提高,以满足相关公路的功能要求。州交通局还采用桥梁管理体系分析方法,制定了其建设计划和优先次序,并要求该计划和优先次序全部要以桥梁评估纲要中的数据为依据,着重于降低缺陷桥梁的数量及其缺陷桥面面积,减少引发破坏薄弱点的数目,并在主要的交通运输廊道上,尽量消除荷载限制。
在工程设计上,以设计机构传统的质量控制规定和施工承包人的质量管理常规为基本要求,以纽约州交通局自身的监督和质量保证政策及规程为补充要求。对于所有新建和重建的桥梁,以及大规模修复的桥梁,其设计和规划都要在各设计阶段,经受质量保证的技术审查,并将这些审查重点融入设计理念中。此外,对于设计中含有不可接受的结构安全风险,不管是存在于施工难度上,还是存在于桥梁长期服务性能上,州交通局将都不能批准这种设计理念。
在桥梁施工方面,凡是合同文件要求完成的主要结构部分和结构作业,都要由承包人提交其设计计划书(并由拥有执照的职业工程师签字盖章)和施工详图。 此外,纽约州交通局还拥有一支由结构工程师和技术员组成的核心职员队伍,履行州交通局的监督和质量保证职能,此职能涵盖了桥梁的结构制造和施工,包括审查批准承包人提交的设计;批准用于州交通局的钢材与混凝土加工制造场;审查批准钢材与混凝土制品的修理规程;考试并认证现场电焊工和超声测试技术员;审查打桩设备,确定打桩标准,分析桩的荷试验结果。 纽约州交通局的技术职员在金属、混凝土和施工技术方面都有丰富的专业经验,因此他们在处理“红标”桥梁和其他紧急维修方面,能够协助桥梁维护和设计人员,改进提高各种维修方法。根据需要,他们还能对结构破损作出现场评估,提出具体的修理办法,并协助履行钢材钢筋的热矫直及其他专业化的修理方法,为焊接修理提供超声现场测试。
综上所述,纽约州交通局致力于桥梁安全方面的举措是多方面的,其核心主要放在履行一项持续的综合的桥梁检测纲要和对纽约的桥梁结构安全的评估上。州交通局的检测评估纲要规定是具有法律效力的,其实际遵守情况是得到密切监控的。虽然纲要、程序、文件的主要目的是识别出桥梁安全的各种问题,采用“旗标”出示桥梁状况优劣的方法,可以确保最严重的结构弊端得以有效而快速地处理。由此得到的信息对桥梁计划管理来说,也是重要的基本依据。有了这些程序和一个组织机构,就能有效而及时地应对桥梁安全出现的问题。其桥梁维护纲要在应对维修需求方面,应当说也是扎实而有效的,何况还备有预防性维护措施,借以对正在建造的桥梁,起到安全和缺陷预防作用,实为一种经济有效的维护方式。此外,建立并保持自己的设计力量和确立自己的施工质量保证职能,使纽约州交通局能对施工阶段的结构安全进行监督;同时,还备有一支高素质的工程技术员工队伍,随时从事结构修复和作出各种必需的设计。
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