松花江公路大橋所處環(huán)境條件調(diào)查及檢測(cè)

蓋青山

(中鐵十三局 第四工程公司,黑龍江 哈爾濱150008)

結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件是影響結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素之一,工程實(shí)踐表明,環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、干濕循環(huán)情況等都對(duì)混凝土碳化、鋼筋銹蝕、堿骨料反應(yīng)、凍融破壞等耐久性破壞的發(fā)生與發(fā)展有著重要影響[1～3]。

國(guó)道主干線哈爾濱繞城高速東北段松花江大橋位于哈爾濱市東北部距市區(qū)5 km處的松花江主河道內(nèi),為新建公路橋梁。大橋全長(zhǎng)2 324.92 m,其中主橋長(zhǎng)595 m,引橋長(zhǎng)1 729.92 m。主橋采用大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu),引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T形梁結(jié)構(gòu)。引橋橋墩采用鋼筋混凝土雙柱式墩身,主橋橋墩采用鋼筋混凝土實(shí)體墩。大橋位于東北寒冷地區(qū),易受凍融循環(huán)作用的影響,因此,對(duì)大橋所處地區(qū)的氣溫、濕度、降雪量、冰凍時(shí)間、年凍融循環(huán)次數(shù)等進(jìn)行了全面的調(diào)查和測(cè)試。此外,還對(duì)大橋的腐蝕環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查,內(nèi)容包括侵蝕性氣體檢測(cè)、大氣降水及松花江水質(zhì)分析以及河床泥土侵蝕性離子測(cè)試。

1 環(huán)境條件調(diào)查

1.1 環(huán)境溫度、濕度測(cè)試

課題組于2007-12-30～2008-01-18首赴松花江大橋現(xiàn)場(chǎng),將溫度、濕度記錄儀(哈爾濱物格科技公司PDI-128型)安放在大橋橋面之上,用以監(jiān)測(cè)大橋所在地區(qū)2008年全年的溫度、濕度變化情況。對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行整理、分析,得到了大橋所處環(huán)境的年平均、月平均溫度、濕度以及各月份的溫度、濕度變化情況。具體結(jié)果如下:大橋所處地區(qū)的年平均氣溫為 7.8℃;月平均最高氣溫(8月)為28.2℃,月平均最低氣溫(1月)為-16.8℃,月平均溫度如圖1所示。大橋所處地區(qū)的年平均濕度為63%,月平均最高相對(duì)濕度(7月)為73%,月平均最低相對(duì)濕度(2月)為55%,月平均濕度如圖2所示。

由于室外構(gòu)件環(huán)境相對(duì)濕度的取值一般比年平均相對(duì)濕度稍高。因此,大橋箱梁、T形梁、引橋墩以及過(guò)渡橋墩這四類構(gòu)件環(huán)境相對(duì)濕度可取為65%,而跨江部分的主橋墩由于接觸江水,故其環(huán)境相對(duì)濕度可取為75%。

1.2 降雪、降雨及風(fēng)速、風(fēng)向調(diào)查

哈爾濱地處中國(guó)東北北部地區(qū),黑龍江省南部,屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。氣候特點(diǎn)是四季分明,冬季漫長(zhǎng)而寒冷,夏季短暫而炎熱,春、秋季氣溫升降變化快,屬于過(guò)渡季節(jié),時(shí)間較短。哈爾濱的春季氣溫回升快,降水少,空氣干燥,天氣多變,氣溫月際變化強(qiáng)烈。春季多大風(fēng),是一年中大風(fēng)天氣最多的季節(jié)。夏季氣候溫?zé)?雨量充沛,氣溫月際差異很小。夏季是降水最多的季節(jié),但降水強(qiáng)度不大,平均暴雨日數(shù) 1 d～2 d,特大暴雨較少,年降雨量為524.3 mm,雨季時(shí)間為7、8兩個(gè)月(降水情況如表1所示)。

圖1 2008年月平均溫度變化

圖2 2008年月平均濕度變化

表1 哈爾濱地區(qū)降水及風(fēng)速情況(1971年～2000年)

秋季天氣冷暖多變,入秋后,降水量顯著減少,但多于春季,風(fēng)速較大,僅次于春季,風(fēng)向以偏南風(fēng)為主。冬季漫長(zhǎng),氣候嚴(yán)寒、干燥,降水很少,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)暴雪天氣,年降雪天數(shù)一般為15 d～60 d,年平均無(wú)霜期約為150 d,冰凍期約為120 d。冬季盛行西南風(fēng),風(fēng)速很小。

1.3 侵蝕性氣體、液體、固體調(diào)查

通過(guò)查閱哈爾濱環(huán)保局的有關(guān)資料,得到了2005年～2008年大橋周邊侵蝕性氣體以及大氣中二氧化碳含量的平均值,如表2所示。分別對(duì)松花江水、松花江河床泥土以及雨水進(jìn)行取樣,委托哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室對(duì)試樣進(jìn)行了化學(xué)成分分析。通過(guò)分析得到了松花江水、雨水以及松花江河床泥土中腐蝕性離子的含量,如表3～表5所示。

表2 侵蝕性氣體含量(2005年～2008年)

表3 松花江江水腐蝕性離子含量

表4 雨水腐蝕性離子含量

表5 河床泥土腐蝕性離子含量

由表2可見(jiàn),需要考慮碳化對(duì)大橋結(jié)構(gòu)混凝土的影響。由表3～表4可見(jiàn),松花江江水以及大橋附近降水的pH值均大于5.6(酸雨限值)[4～6],由此可以判定酸雨對(duì)大橋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕影響可忽略不計(jì)。江水及河床泥土中的氯離子含量微少,對(duì)混凝土中鋼筋的侵蝕極小[7,8]。

1.4 凍融循環(huán)調(diào)查

為了更準(zhǔn)確地了解大橋所處地區(qū)的實(shí)際凍融循環(huán)情況,課題組于2008年9月底在大橋現(xiàn)場(chǎng)安裝了兩套溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(青島佳奇電子JQA-1058型,見(jiàn)圖3),對(duì)混凝土內(nèi)部的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。兩部溫度監(jiān)測(cè)儀共有16個(gè)傳感器,其中12個(gè)用于監(jiān)測(cè)半浸泡和全浸泡條件下的混凝土試件內(nèi)部溫度,4個(gè)用于監(jiān)測(cè)自然暴露條件下的混凝土試件內(nèi)部溫度。監(jiān)測(cè)時(shí)間自2008年9月～2009年4月,共計(jì)8個(gè)月,覆蓋了哈爾濱地區(qū)可能發(fā)生凍融循環(huán)的月份。

對(duì)各月份的日溫度變化情況進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),大橋所在地區(qū)的凍融循環(huán)主要集中在11月、12月份以及來(lái)年的1月～3月份。對(duì)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后得到了大橋所在地區(qū)的年凍融循環(huán)次數(shù)約為120次。

圖3 溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.5 沖刷情況調(diào)查

對(duì)于大型越江橋梁工程,橋墩基礎(chǔ)往往建在深水當(dāng)中,河床沖刷問(wèn)題非常突出,因此,課題組對(duì)松花江大橋的沖刷情況做了相關(guān)的調(diào)查。通過(guò)查閱哈爾濱氣象局的有關(guān)資料,得到了2006年和2007年松花江流量及水位變化情況,如表6所示。

表6 松花江流量及水位變化情況

由表6可見(jiàn),松花江一年當(dāng)中流量較大月份為5月～9月,水位也相應(yīng)較高,此時(shí),江水對(duì)大橋橋墩及基礎(chǔ)的沖刷最為嚴(yán)重。

2 結(jié) 論

結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件是影響結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素之一,工程實(shí)踐表明,環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、干濕循環(huán)情況等都對(duì)混凝土碳化、鋼筋銹蝕、堿骨料反應(yīng)、凍融破壞等耐久性破壞的發(fā)生與發(fā)展有著重要影響[1～3]。

國(guó)道主干線哈爾濱繞城高速東北段松花江大橋位于東北寒冷地區(qū),易受凍融循環(huán)作用的影響,因此,對(duì)大橋所處地區(qū)的氣溫、濕度、降雪量、冰凍時(shí)間、年凍融循環(huán)次數(shù)等進(jìn)行了全面的調(diào)查和測(cè)試。通過(guò)調(diào)研和測(cè)試,得到如下結(jié)論:

(1)大橋所處地區(qū),冬季漫長(zhǎng),氣候嚴(yán)寒,年平均無(wú)霜期約為150 d,冰凍期約為120 d。凍融循環(huán)主要集中在11月、12月份以及來(lái)年的1月～3月份。溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,大橋所在地區(qū)的年凍融循環(huán)次數(shù)約為120次。由此可見(jiàn),大橋混凝土結(jié)構(gòu)易受凍融循環(huán)作用影響。

(2)松花江江水以及大橋附近降水的pH值均大于5.6(酸雨限值),由此可以判定酸雨對(duì)大橋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕影響可忽略不計(jì)。江水及河床泥土中的氯離子含量微少,對(duì)混凝土中鋼筋的侵蝕極小。

(3)需要考慮碳化對(duì)大橋結(jié)構(gòu)混凝土的影響。

(4)松花江一年當(dāng)中徑流量較大月份為5月～9月,水位也相應(yīng)較高,因此,需要考慮江水對(duì)大橋橋墩及基礎(chǔ)的沖刷。

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