關(guān)于橋涵耐久性設(shè)計(jì)的一些見解

王杰昭

（南通市規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇南通 226006）

0 引言

啟東市地處江蘇省東南部長江口北岸邊，東鄰黃海，全市基本位于臨海環(huán)境。根據(jù)有關(guān)環(huán)境水對混凝土腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判定，場區(qū)地下水對混凝土及其中的鋼筋具微腐蝕性，地表水對混凝土具微腐蝕性，對干濕交替環(huán)境下混凝土中鋼筋具弱腐蝕性。更有局部地區(qū)及路網(wǎng)位于海防大堤以外，橋梁墩、臺(tái)位于海水中即海洋環(huán)境，根據(jù)地勘資料顯示基本處于鹽漬土環(huán)境，地下水和場地土對混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋具有不同程度的腐蝕性。因此本地區(qū)對于橋涵耐久性設(shè)計(jì)，需著重研究。

1 環(huán)境分類

啟東市位于臨海環(huán)境地區(qū)，大致可分為兩大類。

（1）鹽漬土場地環(huán)境：位于海防大堤以內(nèi)，根據(jù)地勘資料基本處于鹽漬土環(huán)境，一般為氯鹽漬土。鹽漬化程度根據(jù)圖層的平均含鹽量分弱鹽漬土、中鹽漬土、強(qiáng)鹽漬土、過鹽漬土。地下水和場地土對混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋具有不同程度的腐蝕性。

（2）海洋環(huán)境：位于海防大堤以外跨海橋梁，有的橋梁雖一跨跨越入海河流，但離海邊很近，有的橋梁跨越入?？诤恿?，橋墩位于海水中。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 鹽漬土地區(qū)環(huán)境橋涵耐久性設(shè)計(jì)

鹽漬土地區(qū)環(huán)境對沿線橋涵的影響主要為地面以下部分：橋梁樁基礎(chǔ)和涵洞。

對橋梁來說，主要影響橋梁樁基礎(chǔ)的耐久性，根據(jù)鹽漬化程度采用以下三方面措施提高結(jié)構(gòu)耐久性：

（1）提高混凝土等級(jí)，樁基礎(chǔ)混凝土等級(jí)提高為C30；

（2）提高樁基礎(chǔ)的保護(hù)層厚度，提高至8 cm；

（3）對于鹽漬化程度較高（中鹽漬土及以上）地區(qū)的橋梁，提高裂縫寬度控制要求，裂縫寬度控制由0.18 mm提高到0.15 mm。

對于埋置于鹽漬土中的涵洞，根據(jù)鹽漬化程度采用以下一種或幾種措施提高結(jié)構(gòu)耐久性：

（1）提高涵洞混凝土等級(jí)，涵洞混凝土等級(jí)提高為C35，其它混凝土等級(jí)相應(yīng)提高；

（2）提高涵洞的保護(hù)層厚度，提高至6 cm；

（3）對于鹽漬化程度較高（中鹽漬土及以上）地區(qū)的涵洞，提高裂縫寬度控制要求，裂縫寬度控制由0.18 mm提高到0.15 mm。

2.2 海洋環(huán)境

影響海洋環(huán)境橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的主導(dǎo)因素是結(jié)構(gòu)的抗氯離子或者氯鹽腐蝕性能，主要通過以下幾個(gè)方面加以控制：（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（2）混凝土原材料性能；（3）其它附加防腐措施。

2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1.1 裂縫設(shè)計(jì)計(jì)算控制

表1為混凝土表面最大裂縫允許值。

表1 混凝土表面最大裂縫允許值

2.2.1.2 預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu)防腐蝕的關(guān)鍵問題是防止含氯水進(jìn)入導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力材料腐蝕，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。為增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿的密實(shí)性，提高預(yù)應(yīng)力體系的耐久性，箱梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)時(shí)采用耐腐蝕、密封性能好的塑料波紋管配合真空輔助壓漿技術(shù)，同時(shí)對預(yù)應(yīng)力錨頭采用嚴(yán)格的防水和阻銹措施。

2.2.1.3 各結(jié)構(gòu)部位合理的鋼筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)

試驗(yàn)顯示，即使是低水灰比高質(zhì)量的混凝土，在暴露于有氯鹽存在的環(huán)境中，混凝土表面12 mm深度內(nèi)的氯離子含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過25～50 mm深度內(nèi)的氯離子含量。因此，在海洋環(huán)境中的工程，鋼筋保護(hù)層厚度對保證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性至關(guān)重要，應(yīng)比一般環(huán)境的保護(hù)層厚度要大一些，同時(shí)還要考慮施工偏差的因素，需對其進(jìn)行嚴(yán)格的施工控制和質(zhì)量檢查。

2.2.1.4 附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橋面鋪裝、支座、伸縮縫、檢查吊機(jī)架、機(jī)械設(shè)備、公共事業(yè)設(shè)備、照明等部件的使用壽命需達(dá)到25～50 a，同樣也須具備可維修性和可更換性。

2.2.1.5 斜拉橋或部分斜拉橋拉索防腐

對斜拉橋或部分斜拉橋的拉索考慮耐久性設(shè)計(jì)，從以下幾個(gè)方面考慮：（1）以拉索的疲勞抗性為形式的耐久性；（2）以用做索導(dǎo)管成鋼絞線護(hù)套的塑料材質(zhì)的時(shí)效為形式的耐久性；（3）以裸露金屬表面的防腐為形式的耐久性；（4）以主拉索（即拉索內(nèi)的鋼絞線）的防護(hù)為形式的耐久性。

2.2.1.6 防水設(shè)計(jì)

為提高橋梁的耐久性，注重橋梁防水整體性原則，不僅注意橋面，同時(shí)注意伸縮縫、接縫等局部的防水。各防水構(gòu)造和措施如下：

（1）橋面防水材料要求具有良好的抗?jié)B性能，與瀝青面層有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度；面層碾壓后，有良好的無破損性，良好的耐高、低溫性能；對橋面狀況有著良好適應(yīng)性；能較好抵御橋面裂縫的影響；材料壽命不應(yīng)低于面層壽命；良好的邊緣密封性；施工簡潔、環(huán)保。

（2）伸縮縫下的結(jié)構(gòu)考慮伸縮縫的損壞、滲漏對構(gòu)件的影響。

（3）為了便于檢查、維護(hù)和更換排水管道，不將排水管道澆筑在混凝土內(nèi)，設(shè)計(jì)成懸吊于橋面之下或置于主梁之間的空隙內(nèi)，或布置在橋面邊緣的管溝內(nèi)。

（4）排水系統(tǒng)的使用必須耐用，使用的材料必須堅(jiān)固，能夠抵抗一般化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。

（5）在混凝土箱梁內(nèi)的所有低點(diǎn)設(shè)置排水孔，在可能出現(xiàn)排水滲漏的地方，留有可替代的出口，以防止箱內(nèi)積水。

（6）排水管、泄水口的設(shè)計(jì)要選用密封性好的材料，以保證橋面水在排除過程中不流經(jīng)橋梁構(gòu)件。

（7）橋梁構(gòu)件表面應(yīng)有利于排水，不在縫或止水處排水。

（8）箱形梁的內(nèi)部空間有利于通風(fēng)，避免過高的局部潮濕和水汽長期聚積。

（9）設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免外露鋼構(gòu)件與內(nèi)部鋼筋的連接,混凝土上預(yù)埋鋼構(gòu)件須予以鍍鋅。

2.2.2 混凝土原材料性能

2.2.2.1 采用海工耐久混凝土

提高海工混凝土耐久性主要措施有：采用高性能混凝土；摻礦物外加劑改善混凝土抗氯離子滲透性；采用低水膠比提高混凝土密實(shí)性。海工混凝土的原材料組成、配合比及性能研究如下。

（1）水泥要求

采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的Ⅱ型硅酸鹽水泥，水泥中C3A含量控制在6%～12%，氯離子含量低于0.03%。

（2）礦物摻合料

粉煤灰（FA）選用組分均勻、各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定的低鈣灰，且燒失量不大于8%，需水量比不大于100%，SO3含量不大于2%；磨細(xì)高爐礦渣的比表面積控制在360～440 m2/kg，需水量比不大于100%，燒失量不大于5%。

（3）集料

不得采用可能發(fā)生堿－集料反應(yīng)（AAR）的活性集料；水溶性氯化物折合氯離子含量不得超過集料重的0.02%；細(xì)集料含泥量小于0.2%，泥塊含量小于0.5%，云母含量小于2%，細(xì)度模數(shù)2.9～2.6，不得采用海砂和人工砂；粗集料含泥量小于0.5%，泥塊含量小于0.25%，壓碎指標(biāo)小于12%，針片狀顆粒含量小于10%，最大粒徑不超過25 mm。

（4）化學(xué)外加劑

減水劑（或泵送劑）的減水至少達(dá)到25%；外加劑中氯離子含量不得大于混凝土中膠凝材料總重的0.01%。

（5）拌合用水及養(yǎng)護(hù)用水

不得采用海水、污水、和pH值小于5的酸性水，水中的氯離子含量不應(yīng)大于200 mg/L，硫酸鹽含量按SO-4計(jì)不大于500 mg/L。

2.2.2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)原則

海工耐久混凝土配置原則：選用低水化熱和低含堿量的水泥；選用高效減水劑（泵送劑），取用偏低的拌合水量；限制混凝土中膠凝材料的最低和最高用量，并盡可能降低膠凝材料中的硅酸鹽水泥用量；摻用粉煤灰、磨細(xì)礦渣等礦物摻合料；侵蝕等級(jí)為E、F等級(jí)的構(gòu)件部位的混凝土應(yīng)加入適量摻入型鋼筋阻銹劑；通過適當(dāng)引氣提高混凝土耐久性，新拌混凝土中引氣量一般控制在4%～6%，氣泡間隔系數(shù)小于250μm；混凝土拌合物中各種原材料引入的氯離子總質(zhì)量不應(yīng)超過膠凝材料總量的0.1%（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)）和0.06%（預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)）。

膠凝材料用量不宜高于500 kg/m3，一般不應(yīng)超過550 kg/m3，最大水膠比(W/B)不超過0.5，并根據(jù)規(guī)范對水膠比進(jìn)行嚴(yán)格控制。

按照耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范，對混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，并對混凝土各項(xiàng)性能、指標(biāo)（抗壓強(qiáng)度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)、電通量、坍落度、擴(kuò)展度、抗裂性能、初凝時(shí)間、終凝時(shí)間）進(jìn)行試驗(yàn)、匯總，各項(xiàng)性能、指標(biāo)均按照相關(guān)規(guī)范嚴(yán)格控制，同時(shí)根據(jù)結(jié)論對混凝土配合比進(jìn)行修改以確定最佳配合比，使各項(xiàng)性能、指標(biāo)均能達(dá)到規(guī)范要求。

2.2.3 鋼箱梁防腐涂裝

鋼箱梁采用油漆長效防腐體系（防腐年限15 a以上），對鋼箱梁不同部位分別處理，面漆采用聚氨酯涂料。表2為鋼箱梁防腐涂裝設(shè)計(jì)方案。

表2 鋼箱梁防腐涂裝設(shè)計(jì)方案。

2.2.4 其它附加防腐措施

（1）在腐蝕嚴(yán)重的水位變動(dòng)區(qū)，承臺(tái)和浪濺區(qū)的墩身中使用摻入型鋼筋阻銹劑。

（2）涂覆型涂層

試驗(yàn)結(jié)果表明：通過優(yōu)選材料和合理的施工工藝，涂料的附著力、柔韌性、沖擊強(qiáng)度、耐磨性、硬度等，涂層的耐堿性、耐老化性、涂層與濕表面混凝土的粘接強(qiáng)度等，可以達(dá)到相應(yīng)規(guī)范的要求。

（3）鉆孔灌注樁防腐措施

可適當(dāng)增大鋼筋保護(hù)層的厚度，并在灌注樁上部采用高性能混凝土。施工前還需研究海水拌制泥漿對鉆孔樁耐久性的影響。

保留施工用鋼護(hù)筒，并對鋼護(hù)筒外表面采取防腐措施。對環(huán)境作用等級(jí)為F級(jí)的鋼護(hù)筒在水位變動(dòng)區(qū)、水中區(qū)部分（沖刷線以上）采取涂層防腐措施，設(shè)計(jì)使用年限10～20 a，具體為：底層采用40μm無機(jī)富鋅漆，中間層采用310μm環(huán)氧樹脂漆，面層采用130μm乙烯樹脂漆。

（4）耐候鋼支座

支座選用耐腐蝕性強(qiáng)的耐候鋼支座，目前跨海大橋中使用廣泛。

3 結(jié)語

在目前我國大力發(fā)展交通基礎(chǔ)設(shè)施的過程中，臨海環(huán)境地區(qū)結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)中的一些具體問題及構(gòu)造細(xì)節(jié)處理往往被忽略。筆者對設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)問題談了粗淺的體會(huì)和觀點(diǎn)，旨在為同類橋梁的設(shè)計(jì)提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。