從建造和使用角度初探提高橋梁耐久性

聞建忠

摘要 根據(jù)我國建筑行業(yè)現(xiàn)行的標準，橋梁在100 年內(nèi)不應(yīng)存在大修問題。而我國的現(xiàn)狀是不到10 年有的橋梁就面臨大修。因此，在我國大力推進城市化進程、橋梁建設(shè)掀起熱潮的今天，橋梁的耐久性問題就越來越受到重視。本文從橋梁的建造設(shè)計、使用和養(yǎng)護全過程對如何提高橋梁耐久性進行初步探討。

關(guān)鍵詞 橋梁；建造；使用；耐久性

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2009）04-0050-02

1 從設(shè)計建造全過程重視橋梁的耐久性

在工程建設(shè)中，設(shè)計工作的優(yōu)劣對其他工作的開展具有導(dǎo)向作用。施工和監(jiān)理主要是在符合國家現(xiàn)行規(guī)范的要求下實現(xiàn)設(shè)計思想。因此，必須在設(shè)計之初，從路線選擇、結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施、結(jié)構(gòu)保護措施等進行多角度研究，以整體的眼光考慮橋梁的耐久性。其中涉及了從結(jié)構(gòu)設(shè)計，原材料的選用到專業(yè)技術(shù)的應(yīng)用等一系列過程

1.1 從設(shè)計環(huán)節(jié)起提高保護層的厚度，采用特殊工藝技術(shù)適應(yīng)外部環(huán)境

橋梁混凝土保護層的主要作用是使梁內(nèi)鋼筋免遭誘蝕，所以在設(shè)計中應(yīng)注意根據(jù)混凝土的操作工藝和周圍環(huán)境，保證結(jié)構(gòu)在預(yù)期的使用壽命期內(nèi)功能完好。露天的混凝土，其主筋的保護層厚度一般為5.0cm，箍筋、系筋和螺旋筋的保護層厚度一般為3.8cm。在海洋性或其他特殊外露條件下，混凝土保護層的厚度應(yīng)適當(dāng)增加，并且在海水中或處于易受腐蝕的環(huán)境時，其保護層應(yīng)加厚更多，且要求混凝土要密實、不透水，并采取一定的防腐措施，根據(jù)環(huán)境的銹蝕程度選擇不同類型的鋼材，對極易受銹蝕的鋼材進行熱處理。

1.2 慎重設(shè)計橋面防滲構(gòu)造，提高橋梁耐久性

眾所周知，橋面滲水的排除和防滲漏是提高橋梁的耐久性的重要因素。以前國內(nèi)主要采用三油二氈式防水構(gòu)造，從60年代起開始改用防水混凝土構(gòu)造，但防水混凝土歸屬于剛性防水的范疇，其實際防水效果在目前尚未得到證實。近年來由于高速公路蓬勃興起，目前國內(nèi)廣泛地采用的是FYT-I 型( 屬于柔性防水范疇) 和M1500 型( 屬于剛性防水范疇) 防水構(gòu)造。

1.3 減小現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的負彎矩鋼筋

由于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是必然地帶裂縫工作的結(jié)構(gòu)，因而在負彎矩區(qū)經(jīng)常會出現(xiàn)負彎矩裂縫。其配筋量設(shè)計常由大裂縫寬度的限值進行控制，這樣在結(jié)構(gòu)的合理性方面就隱存有缺陷。負彎矩裂縫是一種向上開口的“V”形裂縫，橋面水容易滲入，遭受長期浸蝕后，負彎矩區(qū)的鋼筋就容易出現(xiàn)銹蝕問題。目前國內(nèi)已經(jīng)可以生產(chǎn)環(huán)氧樹脂涂層鋼筋，可以在高等級公路橋中試用，然后再推廣應(yīng)用于一般R.C. 負彎矩區(qū)的主筋中，將會大大提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.4 做好環(huán)氧砂漿對錨頭的封堵工作

灌漿工藝對結(jié)構(gòu)的耐久性也起舉足輕重的作用，應(yīng)予重視。特別是采用懸拼結(jié)構(gòu)時，對其接縫的防水處理尤其關(guān)鍵。以前也曾發(fā)生過由于錨頭區(qū)鋼絲銹蝕導(dǎo)致的橋梁倒塌事故，因而建議張拉結(jié)束后應(yīng)立即用環(huán)氧砂漿封堵錨頭防銹。耐久性的問題，不僅涉及以上幾個方面，還涉及如使孔道灌漿的飽滿、做好斜拉索的防題、伸縮縫的防漏、支座的防塵等。另外在高等級公路上廣泛采用的先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系，無論對橋面平整度或?qū)蛄嚎拐鹦阅芏加泻芏鄡?yōu)點。但作為后連續(xù)的主要力筋采用扁波紋管穿束張拉，對其灌漿后的耐久性卻會產(chǎn)生一定影響。

2 合理使用并做好養(yǎng)護工作，延長橋梁使用壽命

在橋梁的使用過程中，一定會受到環(huán)境以及有害物質(zhì)的侵蝕，并要承受行駛車輛、風(fēng)吹、地震、疲勞、超載、人為因素等的影響。并且隨著時間的推移，橋梁所用材料的自身性能也會不斷減退，導(dǎo)致不同程度的損壞。雖然目前很少出現(xiàn)橋梁嚴重損壞或者倒塌的情況，但很多橋梁進行多次修復(fù)的情況卻屢見不鮮。這不但影響了橋梁的使用而且造成了一定的經(jīng)濟損失。所以要合理使用并做好養(yǎng)護工作就成為延長橋梁使用壽命的重要因素。

2.1 重視對疲勞損傷的研究

橋梁結(jié)構(gòu)承受的車輛荷載和風(fēng)荷載是動荷載，會在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)變化的應(yīng)力，不但會引起結(jié)構(gòu)振動，還會引起結(jié)構(gòu)累積疲勞損傷。鑒于橋梁采用的材料并非均勻和連續(xù)的，在循環(huán)荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發(fā)展，最終形成損傷，并在材料中形成裂紋等。如果宏觀裂紋不得到有效控制，很可能會引起材料、結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。但早期疲勞損傷往往不易被檢測，所以其帶來的后果往往非常嚴重。 疲勞損傷一直被認為是鋼橋設(shè)計中的核心問題，近20 年來，疲勞損傷的研究已進入混凝土結(jié)構(gòu)，但對于使用期受腐蝕的鋼筋混凝土構(gòu)件的動態(tài)性能和疲勞性能的研究還有待加強。

2.2 充分重視橋梁的超載問題

目前在我國公路運輸中普遍存在橋梁通行的車流量超過原設(shè)計，車輛違規(guī)超載的問題。橋梁的超載一方面會使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大，損傷加劇，甚至引發(fā)一些結(jié)構(gòu)破壞；另一方面，由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，可能嚴重影響橋梁的安全性和耐久性。如混凝土橋梁一直被認為具有足夠的耐久性，但在汽車超載作用下，可能發(fā)生開裂。裂縫即使在荷載卸除后能夠閉合，但由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部已經(jīng)受到損傷，構(gòu)件的開裂彎距降低，剛度下降。于是在正常使用荷載作用下，本來不該開裂的結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生裂縫，或本來較小的裂縫也會產(chǎn)生較大的變形。所以除了交管部門要加強管理外，對超載帶來的后果要進行深入研究。

2.3 積極借鑒國外的經(jīng)驗和成果

國內(nèi)橋梁設(shè)計與設(shè)計期望相比一般存在振動過大、線形不平順、接頭跳車、結(jié)構(gòu)開裂和變形等問題，并且耐久性和安全性也不是很好，一般使用壽命短、維護費用高、安全事故也比較頻繁。這主要與目前國內(nèi)施工質(zhì)量和管理水平較低有關(guān)，并且這種現(xiàn)狀也不可能在短期內(nèi)得到解決。所以工程設(shè)計人員應(yīng)該充分考慮到現(xiàn)階段的施工和管理水平及材料工藝水平，采用適當(dāng)?shù)陌踩群驮O(shè)計方法來保證橋梁使用性能達到較高的水平。特別要注意合理選擇結(jié)構(gòu)體系或使用材料，做好結(jié)構(gòu)細節(jié)的處理，提高橋梁的耐久性和安全性。在歐洲國家，非常重視對結(jié)構(gòu)物的性能設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)的變形、裂縫、振動、強健性、美觀、耐久性能、疲勞性等設(shè)計。為了使結(jié)構(gòu)性能良好，在運營過程中除了保證最低的安全性要求外，耐久性、抗腐蝕、耐疲勞性、美觀等也會得到高度重視。還會研究結(jié)構(gòu)在使用過程中表現(xiàn)出來的服務(wù)性能，分析使性能受到弱化的原因和其發(fā)生的機理、規(guī)律，尋求新的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念和方法。同時，不僅考慮建造成本，而且重視營運期的維護成本和與使用壽命相對應(yīng)的成本效益。

目前我國橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問題，所以要積極借鑒國外成功的經(jīng)驗和做法。除了加強施工質(zhì)量管理外，還要從橋梁設(shè)計理念和結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計。

2.4 做好日常的養(yǎng)護工作

我國長期以來一直存在著養(yǎng)路不養(yǎng)橋的現(xiàn)象，除了受到資金問題的影響外，主要是思想認識問題。橋梁的養(yǎng)護工作主要通過檢查與檢驗，系統(tǒng)地掌握橋梁的技術(shù)狀況，較早地發(fā)現(xiàn)缺陷、損壞等異常情況，提出養(yǎng)護措施，保證行車安全，延長使用壽命；另外還要掌握交通狀況，取締橋梁不正當(dāng)使用及非法占用，嚴格管理超載車、特種車過橋，并采取相應(yīng)的防護、加固措施，減小橋梁損壞。對可能發(fā)生臺風(fēng)、暴雨、暴雪、地震、火災(zāi)、流冰、洪水危害的橋，應(yīng)作好各種應(yīng)防范措施及急處理措施。對通過檢驗，需進行限載、限速或停止交通的橋梁，應(yīng)及時辦理審批手續(xù)并進行交通管制。對橋梁各部分經(jīng)常保養(yǎng)，對檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷、損壞處進行及時的維修，對檢驗不能維持原設(shè)計載重等級要求者，應(yīng)有計劃地進行維修加固，建立和健全完整的橋梁技術(shù)檔案。

3 結(jié)論

做好橋梁的設(shè)計及管理、養(yǎng)護工作，確保橋梁的耐久性并延長其使用壽命，不僅關(guān)系到交通安全，而且也關(guān)系到城市經(jīng)濟的健康發(fā)展。橋梁的耐久性問題是當(dāng)前橋梁建設(shè)過程中急需解決的問題，具有非常重要的現(xiàn)實意義和深遠的社會影響。相信通過工程技術(shù)人員和科研人員的一致努力下，一定能將耐久性落到實處并取得顯著成效。