對西藏高寒地區(qū)橋梁耐久性問題的一些思考

■李小兵 ■四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 610081

我國西藏地區(qū)由于地勢特殊，晝夜溫差大，尤其是冬季的凍融問題較突出，加上重載交通的增多，對橋梁結(jié)構(gòu)防腐和耐久性提出了較高要求。

1 該地區(qū)必須重視橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計

為確保工程結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用的壽命年限內(nèi)的安全和可正常使用需要采取高標準的防腐措施。在跨江河橋梁結(jié)構(gòu)物所處的特殊環(huán)境中，有對鋼筋發(fā)生腐蝕的氯鹽及其它腐蝕物，當氯離子達到一定濃度后會破壞鋼筋鈍化膜，引起鋼筋銹蝕，削減其有效截面并降低其粘結(jié)強度等，使混凝土保護層順筋脹裂，影響了橋梁耐久性性。因此必須重視與橋梁結(jié)構(gòu)耐久性直接相關(guān)的鋼筋混凝土的腐蝕及腐蝕控制的研究。

西藏地區(qū)早期的橋梁，出現(xiàn)因材料選擇不當以及設(shè)計防腐蝕措施不完善等在投入使用后不久，出現(xiàn)了嚴重損傷破壞。破壞部分主要為橋墩、主梁、蓋梁等。其形式有:鋼筋嚴重銹蝕，混凝土保護層開裂剝落甚至成片剝落，粗骨料外露等;部分構(gòu)件長期處于冰雪融化水的干濕作用，表層混凝土已被溶蝕掉。

因此，沿江河地區(qū)橋梁工程應(yīng)吸取國內(nèi)在防腐處理上的經(jīng)驗教訓及逐漸成熟的防腐措施，一定要重視防腐耐久性設(shè)計。

橋梁結(jié)構(gòu)耐久性差極容易引起諸多不良后果，比如:

(1)混凝土結(jié)構(gòu)容易發(fā)生開裂、侵蝕、碳化、破碎、溶蝕、堿－骨料反應(yīng)、凍融循環(huán)破壞等;(2)混凝土與受力筋間粘結(jié)錨固作用削弱、注漿不密實等;(3)鋼結(jié)構(gòu)橋梁、鋼筋銹蝕、疲勞及預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力損失等;

2 引發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性差的因素

國內(nèi)外大量調(diào)查研究表明，外在各種環(huán)境影響、設(shè)計、施工及養(yǎng)護等各個環(huán)節(jié)都會導致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性變差。

(1)各種環(huán)境因素的影響

作為跨越各種障礙物的橋梁結(jié)構(gòu)始終處于各種復雜的環(huán)境中?；炷潦且环N以抗壓性能為主(抗拉性能為輔)的建筑材料，初期水化熱易造成強烈干縮應(yīng)變，再有溫度、濕度、各種不可預(yù)知的荷載等影響，極易導致主要由混凝土組成的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生眾多細小的裂縫。當水分子、氯離子順著裂縫滲入結(jié)構(gòu)后，會造成鋼筋表面鈍化，引起其腐蝕，破壞二者間的膠結(jié)力，導致結(jié)構(gòu)中的兩種主要建筑材料鋼筋與混凝土不能協(xié)調(diào)變形。因此混凝土結(jié)構(gòu)強度和剛度會不斷降低，從而導致結(jié)構(gòu)耐久性變差直至最終破壞。

(2)設(shè)計理論與結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系還需要改進

雖然我國現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有明確的規(guī)定。但是在具體的設(shè)計過程中，不少的工程設(shè)計人員往往忽略了應(yīng)該從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)養(yǎng)護、結(jié)構(gòu)耐久性、施工及使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為因素等方面去加強和保證結(jié)構(gòu)的安全性。從而引起有的橋梁結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性變小;有的梁結(jié)構(gòu)配置過細的主筋、甚至是過小的構(gòu)件截面等。以上主觀意愿都會削弱結(jié)構(gòu)耐久性，進而使結(jié)構(gòu)的安全性受到嚴重影響。曾經(jīng)有部分工程設(shè)計人員過分的追求混凝土構(gòu)件輕型化，在減小的構(gòu)件截面上配置十分密集受力鋼筋。導致其單位體積內(nèi)骨料和膠結(jié)材料偏少，同時在施工過程中振搗問題十分的突出，容易產(chǎn)生蜂窩麻面、嚴重時會出現(xiàn)空洞，因此無法完全保證鋼筋混凝土構(gòu)件具有可靠的密實度和強度。同時也無法保證其保護層厚度滿足最低要求，進而引起其表面抗碳化年限減少，構(gòu)件內(nèi)的鋼筋過早的被銹蝕，影響了結(jié)構(gòu)耐久性和安全性。

(3)突出施工與管理水平問題

橋梁結(jié)構(gòu)不可及時預(yù)見的突然倒塌與破壞必然造成重大的財產(chǎn)損失甚至會危及人們寶貴的生命，一旦發(fā)生會造成嚴重后果。因此工程相關(guān)參與者都應(yīng)嚴于侓己，切實重視橋梁的耐久性、安全性。但現(xiàn)階段我國施工行業(yè)中大面積存在施工和管理體制混亂，責任劃分不明確，無法從源頭上保證結(jié)構(gòu)擁有足夠的耐久性。不久前筆者作為設(shè)計方后期服務(wù)人員常駐施工現(xiàn)場親眼目睹了不少足以引起結(jié)構(gòu)耐久性不足的施工現(xiàn)象，雖然盡了自己最大努力，但受各種復雜因素的制約卻又無能完全讓責任方一一去改進和加以彌補，其主要表現(xiàn)在以下諸多方面:①施工前沒有備足合格的原材料和施工工藝存在問題等，導致工程質(zhì)量無法滿足規(guī)范和設(shè)計要求的標準;②施工現(xiàn)場沒有配備有效的計量設(shè)備，完全依靠施工人員的經(jīng)驗配料，導致混凝土配合比計量嚴重不準，變異性增大;③施工過程中存在無法完全杜絕個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴重的現(xiàn)象;④施工方因成本需要采用不少木質(zhì)模板，木質(zhì)模板高變異性致使混凝土保護層厚度厚薄不均;⑤鋼筋沒有作防銹處理，其間距不均勻，澆筑過程中粗、細骨料分布不均勻，混凝土振搗不密實;⑥因工程所在地區(qū)特殊的氣候環(huán)境晝夜溫差很大，未及時對已經(jīng)澆筑完的橋梁結(jié)構(gòu)采取必要的保溫、降溫措施等。

(4)橋梁維護缺乏全面系統(tǒng)管理

在橋梁維護方面不能做到及時有效地對橋梁全壽命過程進行管理，維修工程多發(fā)生在不得不修或者是出了事故后。沒有把整個區(qū)域的橋梁作為一個系統(tǒng)工程來研究，錯過最佳維修時機，效果不理想。

3 提高橋梁耐久性的措施

在進行橋梁結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計時，應(yīng)著重注意以下幾點:

(1)擬定橋梁方案時，應(yīng)根據(jù)工程所在區(qū)域的各種環(huán)境因素首先采用能保證施工質(zhì)量的措施及方案來滿足橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的要求。

如采用高強度、高性能耐久性混凝土，在混凝土中摻加鋼筋阻銹劑，加大結(jié)構(gòu)邊緣保護層尺寸，對鋼筋及體外預(yù)應(yīng)力筋采取環(huán)氧涂層防腐措施處理等。

(2)重視橋梁結(jié)構(gòu)抗凍性問題。因西藏地區(qū)特殊的地理環(huán)境以及特殊的氣候條件，一年四季甚至是在一天中，不同時間的溫差都可能相差特別巨大，橋梁結(jié)構(gòu)將會反復受到劇烈的凍融考驗，同時施工過程的不規(guī)范也會不同程度的削弱橋梁結(jié)構(gòu)抗凍性。因此對該問題工程設(shè)計人員在設(shè)計過程中應(yīng)該特別予以重視。

(3)橋梁病害分析是一個必要環(huán)節(jié)。在管理中對橋梁可能產(chǎn)生的病害進行詳細分析研究后盡量消除橋梁病害，可能會有益于提高結(jié)構(gòu)耐久性。結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)保證結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準期內(nèi)能夠以最經(jīng)濟的、最合理情況下滿足相應(yīng)的功能要求，結(jié)構(gòu)遇到偶然事件時，能保持必要的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載能力。

(4)重視橋梁超載問題。橋梁超載現(xiàn)象在我國公路運輸中十分普遍，近年來西藏地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展很快，重載交通日益增多，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員務(wù)必要引起重視。一方面超載車輛會使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇，嚴重時會引發(fā)結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面，由于超載造成橋梁內(nèi)部損傷無法恢復，導致構(gòu)件跨中開裂彎距降低、剛度下降，進而危及橋梁的安全性和耐久性。

在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中耐久性設(shè)計時，應(yīng)考慮以下方面:

(1)設(shè)計環(huán)境類別要滿足結(jié)構(gòu)混凝土耐久性基本要求，混凝土結(jié)構(gòu)保護層厚度應(yīng)嚴格執(zhí)行相應(yīng)環(huán)境類別要求。(2)對耐久性要求較高的重要結(jié)構(gòu)物，宜選用結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)上限值。(3)江河環(huán)境橋梁應(yīng)優(yōu)先選用高性能混凝土(HPC)。對重要的水中下部結(jié)構(gòu)(如樁基、承臺、墩柱及帽梁)，條件滿足時建議采用高性能混凝土。(4)超載問題。在西藏片區(qū)各種公路上，大型重載貨車較多，結(jié)合實際的重載交通、復雜地理及施工環(huán)境等因素，橋梁設(shè)計荷載可適當留40%左右的富余度。(5)凍融問題。對該地區(qū)的橋梁結(jié)構(gòu)一定要注意抗凍性設(shè)計，必要時應(yīng)提高一個等級。(6)橋梁造價允許的情況下，重力式橋臺盡量不要采用片(卵)石材料，宜直接采用素混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。(7)對重要的橋梁結(jié)構(gòu)，要重視耐久性監(jiān)控檢測系統(tǒng)的設(shè)計等。

4 結(jié)語

西藏高寒地區(qū)晝夜溫差大、冬季凍融問題嚴重，重載交通日益增多，必須重視橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計，本文對該地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性問題進行了淺析，以期為該地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工、養(yǎng)護人員提供借鑒和參考，以達到有效延長該地區(qū)橋梁的使用壽命。

［1］JTG D60－2004，公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］JTG/T B07－01－2004，公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］CCES01－2004，混凝土結(jié)構(gòu)耐久設(shè)計與施工指南［S］.

［4］吳海軍，彭作軍，陸萍.砼橋梁耐久性設(shè)計原則與構(gòu)造措施探討［J］.重慶交通學院學報，2006.1.