城市市政桥梁典型病害机理及精细化运维监测技术研究

董传赟

沧州市安居集团城市建设工程有限公司，河北 沧州061728

摘要：市政桥梁作为城市交通基础设施的核心组成部分，长期在车辆动荷载、自然环境侵蚀、温湿度交变等多因素耦合作用下服役，结构易产生各类渐进性病害，严重影响桥梁通行安全与服役寿命。当前传统桥梁运维模式存在巡检粗放、隐患识别滞后、数据精度不足等短板，难以满足现代化城市桥梁安全管控的精细化需求。本文以城市市政桥梁典型病害为研究对象，系统分类梳理混凝土裂缝、钢筋锈蚀、支座老化、结构疲劳损伤等常见病害，深入剖析各类病害的形成机理与演化规律，针对性探究智能化、精细化运维监测关键技术，分析各类技术的应用优势与适用场景。研究结果可为市政桥梁病害防控、常态化运维、安全预警提供理论支撑与实践参考，助力提升城市桥梁工程运维管理的科学化、精细化水平，有效降低桥梁病害风险与后期运维成本。

关键词：市政桥梁；典型病害；病害机理；精细化运维；监测技术

1市政桥梁典型病害类型及机理分析

市政桥梁结构体系复杂，涵盖主梁、桥面铺装、支座、墩台、附属结构等多个核心构件，不同构件受力特征、服役环境存在差异，衍生出的病害类型、发展规律与破坏机理各不相同。其中，混凝土裂缝、混凝土剥落与钢筋锈蚀、支座老化失效、结构疲劳损伤为最典型的四类病害，多呈现渐进性、连锁性破坏特征，直接影响桥梁整体承载性能与安全稳定性。

1.1 混凝土裂缝病害及机理

混凝土裂缝是市政桥梁最普遍、最具危害性的基础性病害，广泛分布于T梁、箱梁、墩台等核心构件，按成因可分为结构性裂缝与非结构性裂缝两大类。结构性裂缝主要由力学荷载作用引发，随着城市机动车保有量持续增长，市政桥梁交通流量逐年攀升，重载车辆、超限超载车辆反复碾压桥体结构，使主梁、横隔板等核心受力构件长期承受高频交变应力。当构件局部应力集中区域的应力值超出混凝土自身抗拉极限强度时，构件内部会率先产生微观裂缝。在长期往复荷载持续作用下，微观裂缝不断拓展、延伸、相互贯通，最终形成宏观贯穿性裂缝，大幅削弱桥梁结构整体刚度、稳定性及承载能力。其中T形梁桥梁腹板斜裂缝、箱梁底板横向裂缝是最常见的结构性裂缝，极易引发桥梁局部受力失衡、结构变形超标等安全隐患。

非结构性裂缝主要受自然环境与材料自身特性双重影响，无直接荷载作用。混凝土浇筑成型后的固化收缩、硬化过程中的水化反应温差、昼夜及季节大幅温差产生的温度应力，均会导致混凝土构件表层产生细微收缩裂缝、温度裂缝。同时，部分桥梁地基存在轻微不均匀沉降，会使桥体结构产生附加变形，诱发表层裂缝产生。北方地区冬季冻融循环、南方地区梅雨季节长期雨水渗透，会持续拓宽、加深既有裂缝，裂缝成为外界水分、腐蚀性气体侵入桥梁结构内部的主要通道，加速后续连锁病害的发生与发展。

1.2 混凝土剥落与钢筋锈蚀病害及机理

混凝土剥落、碳化及钢筋锈蚀是相互关联的连锁性病害，也是老旧市政桥梁结构性能持续衰退的核心诱因，三者形成闭环破坏机制，大幅缩短桥梁服役年限。桥梁混凝土结构长期暴露在露天自然环境中，空气中的二氧化碳、大气水汽、路面雨水以及冬季除冰融雪剂等腐蚀性介质，会持续渗透混凝土表层孔隙，逐步引发混凝土碳化反应。该反应会彻底破坏混凝土包裹钢筋形成的碱性钝化保护膜，使钢筋失去防护屏障。

当混凝土碳化深度逐步突破保护层厚度后，外界氧气与水分可直接接触桥梁内部钢筋，触发钢筋氧化锈蚀反应。钢筋锈蚀后会生成体积膨胀的锈蚀产物，膨胀应力持续挤压周边混凝土结构，造成混凝土表层起皮、开裂、剥落、露筋等病害。混凝土剥落会进一步扩大腐蚀介质的渗透接触面，加速碳化与钢筋锈蚀进程，形成“混凝土碳化—钢筋锈蚀—混凝土剥落”的恶性循环。大量工程检测数据表明，长期通行且频繁使用融雪剂的城市桥梁，混凝土腐蚀速率、钢筋锈蚀速率较普通桥梁提升2~3倍，严重时会出现钢筋有效截面缩减、钢筋与混凝土粘结力失效，直接导致桥梁承载能力下降，威胁通行安全。

1.3 支座老化失效病害及机理

支座是市政桥梁的核心传力与变形适配构件，承担着传递上部结构荷载、缓冲车辆通行振动、适配温度变形与结构沉降变形的关键作用，也是极易被日常巡检忽视的隐蔽性病害高发部位。现阶段城市市政中小跨径桥梁多采用板式橡胶支座，大型桥梁多配套盆式支座，两类支座长期服役均易出现老化失效问题。

橡胶支座长期承受主梁恒压、车辆动荷载反复冲击，叠加户外紫外线照射、高低温交替变化、雨水浸泡侵蚀等环境耦合作用，会逐步出现橡胶硬化、开裂、脆化、弹性衰减、变形不均等老化问题，导致支座竖向压缩、水平变形适配能力大幅下降。同时，支座配套钢板长期暴露易出现锈蚀、脱空、偏移、老化变形等问题，直接造成桥梁整体受力体系失衡，主梁伸缩、沉降、位移受限，结构局部应力集中，进而诱发梁体裂缝、墩台开裂、桥面变形等次生病害。现场工程检测案例证实，支座老化失效会使桥梁主梁竖向位移增幅提升18%以上，彻底改变桥梁原始设计受力状态，加速整体结构性能衰退。

2 市政桥梁精细化运维监测核心技术

2.1 高精度传感监测技术

高精度传感监测技术是桥梁精细化监测的基础核心技术，通过在桥梁主梁、墩台、支座、伸缩缝等关键部位布设应变传感器、位移传感器、裂缝传感器、温湿度传感器、振动传感器等智能感知设备，实时采集结构应变、竖向位移、裂缝宽度、结构振动、环境参数等核心数据。该技术可实现对桥梁结构微观变形、应力变化的全天候动态采集，解决了人工巡检无法量化微小病害、隐蔽病害的痛点。传感器采集的实时数据可精准反映桥梁结构受力与变形状态，通过数据变化趋势可预判病害演化速率，为病害分级处置、针对性维修提供精准数据支撑，有效提升运维工作的精准性与科学性。

2.2 无人机智能巡检技术

市政桥梁多存在桥面底部、墩台侧面、高空附属结构等人工巡检盲区，传统人工登高巡检风险高、效率低、覆盖面不全。无人机智能巡检技术依托高清航拍、变焦拍摄、红外成像功能，可快速完成桥梁全域无死角巡检，尤其适配高空、隐蔽、高危检测区域。可见光航拍可精准识别混凝土剥落、表层裂缝、构件破损、附属设施老化等显性病害；红外热成像技术可通过温度场差异，识别结构内部脱空、渗水、钢筋锈蚀等隐蔽病害。同时，无人机巡检可自动留存影像资料，形成病害台账，对比不同时期巡检数据，实现病害动态追踪，大幅提升巡检效率与病害识别准确率。

2.3 物联网在线监测技术

物联网在线监测技术依托无线传输模块、云端数据平台，整合各类传感设备的采集数据，构建桥梁结构状态实时监测系统。该技术可实现监测数据的实时传输、云端存储、自动分析与异常预警，摆脱传统人工定期采集数据的滞后性问题。系统可根据桥梁设计参数与规范标准设置应力、位移、裂缝宽度等阈值，当监测数据超出安全范围时，平台自动发出声光预警、短信预警，运维人员可第一时间介入处置，实现病害早发现、早预警、早处置。同时，云端可积累长期监测大数据，通过数据分析拟合病害演化规律，为桥梁中长期运维方案制定、结构安全评估提供数据支撑。

3 结论

城市市政桥梁病害的产生与发展是荷载作用、环境侵蚀、材料老化、运维滞后多因素耦合作用的结果，各类病害相互关联、渐进演化，形成连锁破坏效应，严重影响桥梁通行安全与服役性能。传统粗放式运维模式已无法适配现代化城市桥梁安全管控需求，而精细化、智能化运维监测技术通过高精度感知、动态监测、智能分析、提前预警，有效弥补了传统运维的短板，可精准识别桥梁各类典型病害、预判病害发展趋势，实现桥梁全生命周期安全管控。

参考文献

[1]张森雄.市政桥梁病害成因及养护维修措施[J].工程技术研究 . 2026 ,11 (08) : 167-169.

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