對橋梁樁基耐久性問題的探討

蔣廣新

摘要：在研究國內(nèi)外關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究最新動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，分析了影響橋梁樁基耐久性的主要環(huán)境因素，提出對橋梁樁基耐久性問題研究的一些思考。

關(guān)鍵詞：耐久性；橋梁樁基；環(huán)境因素；橋梁工程

橋梁基礎(chǔ)工程常用到樁基礎(chǔ)，由于橋位的特殊性，橋梁樁基受環(huán)境因素的作用較大，存在著耐久性不足的危險(xiǎn)性。因此橋梁樁基耐久性應(yīng)在不同學(xué)科、不同的層次上分微觀和宏觀兩方面進(jìn)行研究，其中環(huán)境因素對橋梁樁基耐久性的影響及其量化、橋梁樁基耐久破壞過程的力學(xué)機(jī)理、基于結(jié)構(gòu)可靠度分析上的橋梁樁基耐久抗力計(jì)算理論以及已有橋梁樁基的殘余壽命評估計(jì)算等問題，是當(dāng)前橋梁樁基耐久性研究中最亟待解決的重點(diǎn)研究方向。

實(shí)踐證明，橋梁樁基有如下優(yōu)點(diǎn)：在河床沖刷深度不易計(jì)算，河床沖刷較大或河床不穩(wěn)定的情況下，樁基仍能滿足使用需要、能支撐橋跨結(jié)構(gòu)傳來的豎向荷載和水平荷載并具有抗拔力、能減少沉降量；另外在軟土地區(qū)，樁基能穿越上部軟土層，將荷載傳遞到深處堅(jiān)實(shí)的土層或基巖上，因此，它在橋梁工程中得到廣泛的使用。從這點(diǎn)出發(fā)，探討樁基的設(shè)計(jì)理論、耐久性以確保其使用的長期安全性，一直是橋梁工作者十分關(guān)心的問題。傳統(tǒng)的橋梁樁基設(shè)計(jì)理論從純力學(xué)的角度出發(fā)，建立樁基的撓曲線方程并計(jì)算出任意樁截面上的轉(zhuǎn)角、彎矩及剪力，按照偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行配筋和樁身強(qiáng)度驗(yàn)算。這種設(shè)計(jì)理論是以力學(xué)因素加以考慮，但其對于各種非力學(xué)因素，如環(huán)境因素，該理論并未囊括。實(shí)際上，一方面鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定性和各種性能在各種非力學(xué)因素的作用下會(huì)逐漸衰減和劣化，最終導(dǎo)致逐漸喪失承載力而失效。顯然，作為鋼筋混凝土構(gòu)件的橋梁樁基的耐久性必然受到影響。由于橋梁主要用于跨越河流或不良地基，樁基所處的環(huán)境涉及到水、河床有機(jī)沉積物、含有多種不利物質(zhì)的軟土等，橋梁樁基的使用環(huán)境較為惡劣。由此可見，非力學(xué)因素對橋梁樁基的耐久性具有很大的影響。另一方面，樁基的耐久性對橋梁能夠長期地、安全地使用至關(guān)重要。因?yàn)槟途眯杂绊懟炷翗?gòu)件使用“壽命”。橋梁樁基也不例外，由于耐久性不足所造成基礎(chǔ)的損壞時(shí)有發(fā)生。

1我國橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)耐久性差的原因

1.1 缺失橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范

在橋梁建設(shè)的過程中，各個(gè)方面的工作都需要有質(zhì)量保證體系，其中最為重要的便是對橋梁設(shè)計(jì)行為的規(guī)范，只有在橋梁建設(shè)中，將一切都包容到行為規(guī)范中去，那一切的行動(dòng)才能夠有條例進(jìn)行參照，一旦有了條例的限制，一切的工作便要以條例為準(zhǔn)，按規(guī)定進(jìn)行操作，不能隨心所欲的進(jìn)行修訂和改變。目前，我國在橋梁建設(shè)中的各項(xiàng)制度都是以法律為前提的，這樣便可以真正的對橋梁工程進(jìn)行管理。但是，我們對這些規(guī)章制度的管理卻是十分的不到位，甚至有一些規(guī)范已經(jīng)不再適用當(dāng)前的橋梁建設(shè)了，但卻沒有指定出新的規(guī)范。這些不到位的管理，直接導(dǎo)致了橋梁設(shè)計(jì)缺乏規(guī)范，各自成文，對橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)耐久性問題不加以重視，從而對橋梁工程建設(shè)帶來困擾和制約。

1.2設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系存在缺陷

在橋梁設(shè)計(jì)中，由于國家的不重視，對設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)不到位，導(dǎo)致了設(shè)計(jì)人才的缺失，在所有的橋梁建設(shè)中，結(jié)構(gòu)耐久性問題已經(jīng)成為最現(xiàn)實(shí)的重要問題，在橋梁設(shè)計(jì)中，很多設(shè)計(jì)人員僅僅是從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上進(jìn)行設(shè)計(jì)，只是注重于經(jīng)濟(jì)和美觀，很少有人真正的重視結(jié)構(gòu)的耐久性問題，這種設(shè)計(jì)上的缺陷直接導(dǎo)致了橋梁質(zhì)量的不達(dá)標(biāo)，從而引發(fā)更多的質(zhì)量問題。同時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)造與環(huán)境的的符合程度也比較低，由于環(huán)境條件導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)耐久性問題也非常嚴(yán)重。

2 影響橋梁樁基耐久性的環(huán)境因素

橋梁樁基的使用環(huán)境較其它混凝土結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境更為惡劣，因此環(huán)境因素對樁基耐久性的影響也較為突出。橋梁工程需要設(shè)樁基的情況，或是因?yàn)橐┰胶哟矊⒑奢d傳遞到基巖上，或是因?yàn)樾璐┰讲涣嫉鼗鶎⒑奢d傳遞到深處堅(jiān)實(shí)的土層上。而不同的地點(diǎn)土性不同，土所含的物質(zhì)不同，地下水位或河道水位不同，因此，樁基使用環(huán)境的性質(zhì)隨著其所處的地點(diǎn)、區(qū)域的不同而有很大的差異；一年季節(jié)的變化也會(huì)造成一定的差異。另外，由于地下物質(zhì)的生化作用，使用環(huán)境的性質(zhì)還可能逐年惡化。所有這一切均會(huì)對鋼筋起保護(hù)作用的混凝土產(chǎn)生影響，導(dǎo)致混凝土過早失去對鋼筋應(yīng)有的保護(hù)作用，最終影響樁基的耐久性。所以，在研究橋梁樁基的耐久性問題時(shí)，樁基的使用環(huán)境是一個(gè)必須加以考慮的因素。影響橋梁樁基耐久性的環(huán)境因素是多元化的，主要影響因素可分為以下幾點(diǎn)。

2.1 土質(zhì)因素

一般說來，所有的土均含有有機(jī)物（盡管其數(shù)量和種類千變?nèi)f化）。有些土中含有氨基酸、碳水化合物、有機(jī)酸、油以及蠟；有些土中含有羧基、石碳酸氫氧基、酯、還可能有其它聚合體。這些物質(zhì)的存在或是給土中的微生物提供養(yǎng)料，使微生物活動(dòng)更為頻繁，惡化樁基的使用環(huán)境，或是直接腐蝕混凝土，進(jìn)而腐蝕鋼筋。對于樁基穿越的軟土來說，其除了含有非晶體或微晶體的水化鋁、水化鎂或水化鐵的硅酸鹽外，還含有其它各種物質(zhì)，其組分十分復(fù)雜。這些物質(zhì)對樁基耐久性的影響有待進(jìn)一步研究。對于河床上的淤泥來說，其厚度因不斷有新的河床沉積而常年變化，且沉積物質(zhì)也千變?nèi)f化。在水和微生物的作用下，不同層面的淤泥均會(huì)有較大的差異。所有這一切以及它們對樁基的耐久性的影響也有待進(jìn)一步研究。對于樁基穿越的鹽漬土，特別是含有大量易溶鹽的飽和土，由于易溶鹽在施工時(shí)極易滲入橋梁樁基常用的灌注樁中，對樁基的耐久性有較大的影響。而在樁基的使用過程中，樁身極易出現(xiàn)鹽結(jié)晶，這對樁基的耐久性亦有較大的

影響。

2.2 河道水位因素

河道水位一年四季發(fā)生變化，對于采用高樁承臺(tái)的樁基礎(chǔ)來說，其對樁基的耐久性的影響就表現(xiàn)得更為突出。水上和水下的樁基，其混凝土碳化的程度不同，這種不均勻的碳化使樁基混凝土強(qiáng)度不均勻，在使用數(shù)年后，內(nèi)部鋼筋的銹蝕也不均勻，極易產(chǎn)生應(yīng)力集中和缺口效應(yīng)。而局部樁身因水位變化引起的干濕循環(huán)，又加劇了以上

過程。

2.3 季節(jié)及氣候因素

季節(jié)有雨季旱季，氣候有降雨、冰凍及艷陽天。有些區(qū)域雨季地下水位高，旱季地下水位低，地下水位的變化不但使樁基的受力情況發(fā)生變化，而且使地下有害物質(zhì)對樁基的作用發(fā)生變化。冰凍和凍融會(huì)引起樁基產(chǎn)生微裂縫，使內(nèi)部鋼筋的銹蝕加大加快。溫度的高低循環(huán)、地下水位的高低循環(huán)，也對樁基產(chǎn)生不均勻作用，影響樁基的耐久性。

2.4 荷載因素

橋梁傳給樁基的荷載較其它建筑物要大，對于有些橋型，不但對樁基有較大的垂直荷載，且有較大的水平荷載。橋梁上的荷載還是動(dòng)荷載。在這樣的荷載作用以及以上各因素的聯(lián)合作用下，橋梁樁基上的微裂縫處更易產(chǎn)生應(yīng)力集中和缺口效應(yīng)，使其耐久性進(jìn)一步降低。

2.5 水分入滲因素

由于橋梁樁基所處位置的特殊性，其周圍一般水分較多。而混凝土本身有一定的滲透性，使水分滲入樁體，易于使樁內(nèi)鋼筋較快銹蝕。若樁基混凝土表面有明顯的氣孔與內(nèi)部空腔相連，這種作用就更為嚴(yán)重。因此水分入滲因素對樁基耐久性也有較大影響。

3 關(guān)于橋梁樁基耐久性設(shè)計(jì)方法的研究

由于橋梁樁基有時(shí)是單排樁有時(shí)是多排樁，有時(shí)還有斜樁，不同的樁組合有不同的受力特征，而不同受力特征的構(gòu)件具有不同的耐久性特征和抗力變化規(guī)律，再者橋梁樁基的耐久性失效是一個(gè)隨機(jī)過程。這就需要在前面的工作基礎(chǔ)上，對橋梁樁基整體結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)行研究。重點(diǎn)研究它與樁基耐久抗力的關(guān)系，研究解決橋梁樁基隨時(shí)間變化的耐久可靠度、橋梁樁基的耐久性設(shè)計(jì)方法等。通過這些研究，實(shí)現(xiàn)橋梁樁基設(shè)計(jì)方法由傳統(tǒng)的單一強(qiáng)度控制的設(shè)計(jì)方法，向由強(qiáng)度、耐久性雙指標(biāo)控制的設(shè)計(jì)方法發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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