南通市沿海公路橋梁耐久性調(diào)查與分析

馬志華，張建東，柏　平，劉秋陽，任　遠(yuǎn)

（1.南通市公路管理處，江蘇 南通 226001；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017；3.東南大學(xué) 交通學(xué)院，江蘇 南京 210096）

南通市沿海公路橋梁耐久性調(diào)查與分析

馬志華1，張建東2，柏平1，劉秋陽3，任遠(yuǎn)3

（1.南通市公路管理處，江蘇 南通 226001；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017；3.東南大學(xué) 交通學(xué)院，江蘇 南京 210096）

為了全面了解江蘇省南通沿海地區(qū)在役混凝土橋梁的耐久性現(xiàn)狀，文章選取20座南通沿海地區(qū)典型橋梁進(jìn)行檢測和研究分析。結(jié)果表明，沿?；炷翗蛄旱哪途眯粤踊托阅芡嘶瘑栴}是普遍存在的，尤其是氯離子的侵蝕問題；并針對(duì)這些問題提出了建議，以期為南通地區(qū)沿海公路混凝土橋梁的耐久性設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)、維修加固及壽命評(píng)估工作提供參考。

混凝土橋梁；耐久性；沿海地區(qū)；現(xiàn)狀

由于沿海環(huán)境的特殊性，沿海地區(qū)的混凝土橋梁耐久性劣損和性能退化現(xiàn)象十分嚴(yán)重。相關(guān)研究表明，沿海地區(qū)混凝土橋梁往往運(yùn)營不到20年就需要大規(guī)模修補(bǔ)加固，遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)的壽命［1-2］。本文對(duì)南通沿海地區(qū)公路混凝土橋梁進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查，并選取20座典型橋梁進(jìn)行檢測和研究分析。

1　耐久性調(diào)查

1.1 調(diào)查概況

選取南通地區(qū)S221（海啟線），S223（如渡線）和S225（洋通線）3條省道上的20座典型橋梁進(jìn)行現(xiàn)場檢測，以獲取該區(qū)域混凝土橋梁耐久性技術(shù)指標(biāo)的第一手資料。3條線路的橋梁基本情況及區(qū)位如表1所示。

表1　南通沿海地區(qū)依托工程橋梁基本情況簡表

主要工作內(nèi)容包括橋梁概況調(diào)查、橋梁環(huán)境條件調(diào)查、橋梁表觀缺損狀況的檢查與檢測，以及橋梁耐久性能的檢查和檢測。其中，橋梁的耐久性檢測內(nèi)容主要有混凝土中氯離子含量的檢測，混凝土碳化深度的檢測，混凝土保護(hù)層厚度及鋼筋位置的檢測，混凝土鋼筋銹蝕電位的檢測，混凝土電阻率的檢測以及混凝土裂縫的檢測等。

1.2 調(diào)查結(jié)果分析

南通沿海地區(qū)混凝土橋梁上、下部結(jié)構(gòu)主要耐久性病害形式如表2所示［3］，按發(fā)現(xiàn)的數(shù)量，主要病害為混凝土裂縫、剝落露筋與銹脹露筋、鉸縫脫落、混凝土腐蝕等。

表2　南通沿海地區(qū)依托工程橋梁基本情況簡表

南通地區(qū)沿海地區(qū)混凝土橋梁長期受到近海環(huán)境的影響，橋梁容易受到侵蝕，出現(xiàn)了不少混凝土保護(hù)層開裂、鋼筋銹蝕現(xiàn)象的現(xiàn)象。一些在役公路橋梁建于20世紀(jì)60年代至90年代初期，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，載重車輛不斷增加，這些橋梁面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。部分橋梁材料老化、退化現(xiàn)象嚴(yán)重、病害頻發(fā)，目前在役的部分公路橋梁存在耐久性不足的風(fēng)險(xiǎn)，使用壽命難以預(yù)測，可能會(huì)低于預(yù)期。對(duì)中小橋梁次要構(gòu)件和附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)重視不夠，存在護(hù)欄損壞現(xiàn)象嚴(yán)重，橋面排水系統(tǒng)設(shè)置不合理，橋梁鋪裝損壞等病害；橋梁易受臺(tái)風(fēng)暴雨、河水急流、河床變遷和沖刷等影響，造成橋梁墩臺(tái)沖空，個(gè)別橋梁存在隱患。

1.3 耐久性損傷原因分析

根據(jù)南通沿海地區(qū)混凝土橋梁普查和耐久性檢查的研究分析，引起橋梁耐久性損傷的原因主要有以下幾個(gè)方面。

1.3.1 環(huán)境作用

（1）氯離子侵蝕

混凝土鋼筋在沿海環(huán)境中與一般大氣環(huán)境下銹蝕的機(jī)理有所差異。一般大氣環(huán)境下鋼筋銹蝕主要是因?yàn)榛炷林行曰茐匿摻畋砻娴拟g化膜所致；而沿海環(huán)境中主要是由于氯離子侵蝕引起的。現(xiàn)場調(diào)查及檢測表明，即使混凝土碳化深度較淺，如果混凝土中氯離子含量較高，鋼筋也會(huì)發(fā)生銹蝕。

沿海大氣和水中含有的氯離子和不合理使用海砂作為原材料，是沿海混凝土橋梁中氯離子的主要來源。通過調(diào)研得知施工單位按照相關(guān)規(guī)定沒有使用海砂和海水，而且新建橋梁的氯離子含量檢測結(jié)果非常低，可知混凝土中氯離子主要來自沿海大氣環(huán)境。氯離子由表面逐漸擴(kuò)散到鋼筋陽極區(qū)的鈍化膜上，并與鈍化膜中的氧化鐵反應(yīng)生成無保護(hù)作用的氯化鐵，形成電化學(xué)腐蝕，氯離子僅僅起到的是搬運(yùn)作用，不會(huì)被消耗，因此混凝土中的氯離子會(huì)起到反復(fù)的破壞作用，對(duì)結(jié)構(gòu)的危害是多方面的，但最終表現(xiàn)為鋼筋的銹蝕。

混凝土氯離子含量是反映沿海環(huán)境對(duì)混凝土侵蝕的重要指標(biāo)。耐久性詳細(xì)檢查中對(duì)典型橋梁進(jìn)行了混凝土氯離子含量檢測，對(duì)不同深度的混凝土都進(jìn)行了取樣檢測，3條線路的平均氯離子含量見表3［3］。

表3　不同線路橋梁混凝土中氯離子含量平均值

從表中可以看出，距海較近的S221線上的混凝土橋梁的氯離子含量明顯高于其他2條線，混凝土氯離子含量比內(nèi)陸混凝土橋梁的氯離子含量明顯偏高。可見，隨著距海岸離的減小，混凝土中氯離子濃度也逐漸升高，海啟線上橋梁混凝土中的氯離子誘發(fā)鋼筋銹蝕的可能較大。

（2）混凝土碳化

混凝土的碳化是指混凝土中氫氧化鈣與滲透進(jìn)混凝土中的二氧化碳或其它酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程。一般情況下混凝土呈堿性，在鋼筋表面形成堿性薄膜，保護(hù)鋼筋免遭酸性介質(zhì)的侵蝕，起到了“鈍化”保護(hù)作用。碳化的實(shí)質(zhì)是混凝土的中性化，使混凝土的堿性降低，鈍化膜破壞，在水分和其它有害介質(zhì)侵入的情況下，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕［4］。

所測典型橋梁的碳化深度大都在5～15 mm，未達(dá)到混凝土保護(hù)層厚度。需要指出的是，修建于1958年的掘苴閘橋的碳化深度19.86 mm，明顯低于同期修建的其他橋梁，主要是這座橋梁墩柱等部位表面涂有防水涂料，防止了空氣和水分的進(jìn)入，同時(shí)也填補(bǔ)了混凝土表面的裂縫及空隙，很好改善了混凝土的耐久性能。

（3）水的侵蝕

調(diào)查和詳細(xì)檢查中發(fā)現(xiàn)，40%以上的在役混凝土橋梁存在水侵害的現(xiàn)象，其發(fā)生的主要原因是橋面排水不良。排水管道破壞、堵塞、脫落，由于引水槽的坡度不夠等原因都會(huì)引起排水不暢，水流不通。橋面積水直接侵蝕或通過鉸縫滲透到邊主梁、蓋梁、墩臺(tái)帽等混凝土構(gòu)件，在流水干濕交替的循環(huán)作用下，混凝土內(nèi)部可溶解的物質(zhì)析出，使混凝土構(gòu)件表面泛白、內(nèi)部疏松，導(dǎo)致混凝土性能劣化，并進(jìn)一步加大鋼筋銹蝕的可能性［5］。

1.3.2 荷載作用或施工不當(dāng)造成的混凝土結(jié)構(gòu)損傷

目前在南通沿海地區(qū)，依據(jù)“舊規(guī)范”設(shè)計(jì)的許多橋梁仍在營運(yùn)使用中。其上部結(jié)構(gòu)，如橋面鋪裝和橋面系構(gòu)件（如主梁、橫梁等）的承載能力，要比現(xiàn)行規(guī)范所要求的荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)小。從現(xiàn)實(shí)的交通情況來看，實(shí)際車輛的載重往往超過橋梁的設(shè)計(jì)承載能力。這些都會(huì)造成結(jié)構(gòu)損傷從而引起結(jié)構(gòu)的耐久性降低。

南通沿海地區(qū)公路橋梁中采用最普遍的結(jié)構(gòu)是是空心板和T形梁。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)這些橋梁很多都存在著鉸縫問題，需要引起重視。鉸縫直接關(guān)系著橋梁上部結(jié)構(gòu)的整體受力性能，最極端的情況，將出現(xiàn)空心板單板受力，從而導(dǎo)致空心板承受大于設(shè)計(jì)荷載的外力，危及結(jié)構(gòu)安全。調(diào)查發(fā)現(xiàn)引起鉸縫問題原因主要有：鉸縫受剪截面??；鉸縫新舊混凝土粘結(jié)不良；鉸縫混凝土澆筑不密實(shí)［6］；鉸縫滲水原因可能有施工質(zhì)量和超載兩方面的原因。

2　典型橋梁耐久性檢測分析

在進(jìn)行了全面的調(diào)研后，對(duì)南通沿海地區(qū)20座典型橋梁進(jìn)行了詳細(xì)的耐久性調(diào)查與檢測。這里選取海啟線上的九總橋和鹽墾橋進(jìn)行分析結(jié)果。

2.1 九總橋

九總橋建于2000年，檢測時(shí)已服役14年，離海岸距離6.9 km，上部結(jié)構(gòu)形式為3×10 m 的裝配式混凝土空心板，橫向布設(shè)12片梁；下部結(jié)構(gòu)形式為樁柱式橋墩，重力式橋臺(tái)。橋面總寬12.1 m，總長36.8 m。檢測結(jié)果分析如下：

（1）部分板梁腹板有多條豎向裂縫，寬0.0～0.2 mm；臺(tái)帽有多條豎向裂縫，寬0.1～0.2 mm；墩帽有多處銹脹露筋；伸縮縫接線處路面破損，橋頭跳車1 cm；泄水管破損、過短。

（2） 回彈法測得的混凝土強(qiáng)度等級(jí)相當(dāng)于C50。

（3）實(shí)測主要構(gòu)件保護(hù)層厚度均小于設(shè)計(jì)值，如主梁底板的主筋保護(hù)層厚度所測值在30～40 mm，最小值為30.4 mm，而設(shè)計(jì)值為35 mm，說明保護(hù)層厚度不足，將對(duì)橋梁的耐久性產(chǎn)生影響，鋼筋更易失去堿性保護(hù)而發(fā)生銹蝕。

（4）主梁底板的混凝土碳化深度值在10～14 mm，均小于測試部位的混凝土保護(hù)層厚度，說明混凝土碳化對(duì)鋼筋銹蝕無影響或輕微影響。

（5）所測得的主梁鋼筋銹蝕電位平均值為-204 mV，說明主梁鋼筋有銹蝕活動(dòng)性，但銹蝕狀態(tài)不穩(wěn)定，可能坑蝕。

（6）所測得的主梁混凝土電阻率大于20 000 kΩ·cm，表明混凝土電阻較大，對(duì)抵抗鋼筋銹蝕有利。

（7） 實(shí)測主梁混凝土氯離子含量最大為0.161 %，明顯高于內(nèi)陸地區(qū)，有誘發(fā)鋼筋銹蝕的可能。

2.2 鹽墾橋

鹽墾橋建于2002年，檢測時(shí)已服役12年，離海岸距離2.1 km，上部結(jié)構(gòu)形式為3×10 m 的裝配式混凝土空心板，橫向布設(shè)9片梁；下部結(jié)構(gòu)形式為樁柱式橋墩臺(tái)。橋面總寬12 m，總長35 m，檢測結(jié)果分析如下：

（1）全橋板梁底板普遍存在橫向裂縫，縫寬約0.05 mm；部分支座變形，臺(tái)帽有豎向裂縫；擋塊開裂，耳墻銹脹露筋，護(hù)坡下沉，樁基輕微破損；墩帽、臺(tái)帽出現(xiàn)水跡，伸縮縫堵塞，橋面坑槽。

（2） 回彈法測得的混凝土強(qiáng)度等級(jí)相當(dāng)于C50。

（3）實(shí)測主要構(gòu)件保護(hù)層厚度均大于設(shè)計(jì)值，主梁底板的主筋保護(hù)層厚度所測值在37～43 mm，最小值為37.7 mm，而設(shè)計(jì)值為35 mm，說明保護(hù)層厚度滿足要求。

（4）主梁底板的混凝土碳化深度值在8～10mm，均小于測試部位的混凝土保護(hù)層厚度，混凝土碳化對(duì)鋼筋銹蝕無影響或輕微影響。

（5）所測得的主梁鋼筋銹蝕電位平均值為-260 mV，說明主梁鋼筋有銹蝕活動(dòng)性，但銹蝕狀態(tài)不穩(wěn)定，可能坑蝕。

（6）所測得的主梁混凝土電阻率均大于20 000 kΩ·cm，表明混凝土電阻較大，對(duì)抵抗鋼筋銹蝕有利。

（7）實(shí)測主梁混凝土氯離子含量最大值為0.248%，主梁混凝土氯離子含量最大值為0.204%，明顯高于內(nèi)陸地區(qū)，氯離子誘發(fā)鋼筋銹蝕的可能性較大。

綜上所述，2座服役十多年的橋梁都出現(xiàn)了不同程度的病害，雖然碳化深度不大，但鋼筋發(fā)生了一定的銹蝕活動(dòng)，鋼筋銹蝕的可能性較大。

3　結(jié)論

運(yùn)營一定年限的混凝土橋梁，不可避免地存在材料劣化和外觀缺損等病害，這些缺陷的存在和發(fā)展會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致橋梁的耐久性問題和整個(gè)結(jié)構(gòu)的性能退化。本文在總結(jié)南通沿海地區(qū)混凝土橋梁調(diào)查結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)20座典型混凝土橋梁的耐久性檢測結(jié)果進(jìn)行研究分析，得到以下結(jié)論和建議：

（1）沿?；炷翗蛄旱哪途眯粤訐p和性能退化問題普遍存在，有的已嚴(yán)重影響到混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用，并帶來安全隱患。

（2）沿海地區(qū)橋梁的混凝土氯離子濃度明顯高于內(nèi)陸地區(qū)，是導(dǎo)致鋼筋銹蝕的重要原因。新建公路橋梁結(jié)構(gòu)必須正確選擇混凝土原材料、配合比，可適當(dāng)增大保護(hù)層厚度，以提高其抗?jié)B、抗氯離子侵入的性能。

（3）由于橋梁排水不良導(dǎo)致的鉸縫滲水和混凝土水侵現(xiàn)象較普遍，這會(huì)導(dǎo)致混凝土性能退化，增大鋼筋銹蝕可能性，應(yīng)在設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)中注意橋面的防水和排水。

（4）應(yīng)重視施工質(zhì)量對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響，如振搗不實(shí)使混凝土的抗?jié)B透性大為降低。

（5）針對(duì)暴露環(huán)境特別惡劣，或?qū)δ途眯杂懈咭蟮幕炷翗蛄海缬泻Ｋ构嗲闆r的橋梁，可根據(jù)工程實(shí)際情況，增加特殊防腐蝕措施，如在混凝土表面用涂層保護(hù)，采用環(huán)氧涂層鋼筋或在混凝土中摻鋼筋阻銹劑等。

［1］趙尚傳，張勁泉，左志武，等.沿海地區(qū)混凝土橋梁耐久性評(píng)價(jià)與防護(hù)［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］金偉良，趙羽習(xí).混凝土結(jié)構(gòu)耐久性［M］.北京：科學(xué)出版社，2002.

［3］東南大學(xué)交通學(xué)院.沿海地區(qū)混凝土梁橋評(píng)估體系及維修策略研究項(xiàng)目研究報(bào)告［M］. 2015.

［4］金偉良，呂清芳，潘仁泉.東南沿海公路橋梁耐久性現(xiàn)狀［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，28（3）：254-257.

［5］張樹仁，王宗林.橋梁病害診斷與改造加固設(shè)計(jì)［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［6］蒙云，盧波.橋梁加固與改造［M］.北京：人民交通出版社，2004.

Investigation and Analysis on the Durability Status of Coastal Highway Bridge in Nantong

Ma Zhihua1， Zhang Jiandong2， Bai Ping1， Liu Qiuyang3， Ren Yuan3
（1. Nantong Highway Administration Department， Nantong 226001， China; 2. JSTI Group， Nanjing 210017， China; 3. School of Transportation， Southeast University， Nanjing 210096， China）

In this paper， 20 typical coastal highway bridges in service in Nantong are investigated and analyzed to fully understand its' durability status . The results show that the problem of durability deterioration and performance degradation are universal，especially the problem of chloride erosion. Some suggestions are put forward which could provide reference for durability design，maintenance， reinforcement and life evaluation of concrete bridges in coastal areas of Nantong.

concrete bridge；durability；coastal area；status

U445.7+1

A

1672–9889（2015）05–0055–03

馬志華（1969-），男，江蘇通州人，高級(jí)工程師，主要從事公路橋梁運(yùn)營養(yǎng)護(hù)管理工作。

（2015-02-26）