耐久性混凝土問題及橋梁的結(jié)構(gòu)設計方法

周海峰 上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092

交通荷載可隨著交通量的增加而增加，再加上混凝土老化、結(jié)構(gòu)設計不合理及橋梁施工質(zhì)量等影響，混凝土橋梁容易出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，產(chǎn)生缺陷，甚至對橋梁整體結(jié)構(gòu)造成影響，降低結(jié)構(gòu)安全性。混凝土耐久性差，不僅會減少橋梁的使用壽命，還會降低橋梁使用性能，影響橋梁使用安全性，與橋梁結(jié)構(gòu)設計原則不符。某些橋梁，由于結(jié)構(gòu)設計不注重細節(jié)，不注重混凝土耐久性，從建成到使用僅僅過了二十多年，就已經(jīng)出現(xiàn)各種缺陷、破損及病害等現(xiàn)象，對橋梁的使用產(chǎn)生嚴重影響，威脅橋梁運輸安全。如何設計合理的橋梁結(jié)構(gòu)，提高混凝土耐久性，防止橋梁缺陷，已成為橋梁建設界關(guān)注的熱點之一。只有重視混凝土耐久性，設計科學合理的橋梁結(jié)構(gòu)，才能提高橋梁整體耐久性，提高橋梁質(zhì)量。以下我們就混凝土耐久性問題及橋梁結(jié)構(gòu)設計方法展開討論。

1 混凝土耐久性問題

導致混凝土耐久性問題產(chǎn)生的原因較多，如材料原因、環(huán)境原因、施工原因及設計原因等，橋梁維護也會對混凝土耐久性產(chǎn)生一定影響。一些橋梁由于混凝土耐久性較低，出現(xiàn)滲水、脫落及破損等現(xiàn)象，如圖1?；炷聊途眯詥栴}是導致橋梁病害的主要原因，也是影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的因素。從客觀角度分析，交通壓力和橋梁荷載壓力也是影響混凝土耐久性的客觀因素，只有提高混凝土耐久性，才能提高橋梁承載力，防止橋梁缺陷。

圖1 混凝土脫落、破損現(xiàn)象

1.1 耐久性設計標準偏低

雖然說混凝土耐久性與橋梁結(jié)構(gòu)安全性都會受到環(huán)境影響，但橋梁缺陷和病害等問題主要是由于設計不合理造成。很多橋梁投入使用后，不重視維護，橋梁管理也不到位。在橋梁設計過程中，對于混凝土耐久性問題沒有進行充分考慮，偏向考慮結(jié)構(gòu)強度和承載能力，只重視主體設計，不重視細節(jié)方面的設計，從而導致混凝土耐久性偏低［1］。橋梁設計通常比較注重結(jié)構(gòu)安全性和強度問題，對于結(jié)構(gòu)材料的選擇及構(gòu)造設計不夠重視，沒有根據(jù)建設環(huán)境，制定混凝土耐久性標準，技術(shù)措施不到位。再加上環(huán)境的影響，導致橋梁耐久性不足。

1.2 受到環(huán)境因素的影響

環(huán)境是影響混凝土耐久性的重要原因，也是最主要的原因之一?；炷敛牧咸匦院铜h(huán)境原因影響，會導致混凝土裂縫現(xiàn)象，使鋼筋受到銹蝕，致使混凝土脫落、損壞等現(xiàn)象出現(xiàn)。長期以往循環(huán)，可導致鋼筋及混凝土面積逐漸縮小，降低結(jié)構(gòu)性能，使結(jié)構(gòu)承載力降低，結(jié)構(gòu)耐久性不足。這些問題的出現(xiàn)，與設計也有一定關(guān)系，如果橋梁設計采用的鋼筋保護層較薄，厚度達不到要求，或混凝土水膠比過大，都會導致混凝土破損問題。

2 橋梁耐久性設計方法

在橋梁建設規(guī)定中，提出了關(guān)于橋梁耐久性的設計要求，制定了相關(guān)的技術(shù)標準和設計規(guī)范，表明混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設計應根據(jù)建設環(huán)境、極限狀態(tài)及設計年限等，制定耐久性設計要求?？偟膩碚f，橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設計主要注意以下幾點。

2.1 混凝土性能及強度應符合橋梁結(jié)構(gòu)設計要求

橋梁結(jié)構(gòu)設計除了要重視混凝土性能和強度外，還要重視混凝土的耐久性，確保橋梁在環(huán)境影響下，仍然具有較好的抗腐蝕、抗碳化作用，及較高的抗凍融性和抗?jié)B性。因此，在進行橋梁結(jié)構(gòu)設計時，應以結(jié)構(gòu)所處環(huán)境、使用性能等，制定混凝土要求標準，選擇耐久性合適的混凝土，在添加劑方面，一定要合理應用，確?；炷量蛊茡p能力，提高其密實度［2］。如果橋梁建在一些靠海區(qū)域，可采用耐久性較高的混凝土進行橋梁底部建設。應嚴格按照混凝土的配比，以及相關(guān)的技術(shù)標準，確保混凝土中的堿含量及氯離子含量符合設計要求，強度等級可滿足設計需求，水膠比符合限制標準，嚴格控制水泥用量，采用質(zhì)量合格的原材料，只有這樣，才能保證混凝的土耐久性標準。如果橋梁受到惡劣環(huán)境影響，決定橋梁結(jié)構(gòu)強度的是混凝土耐久性，而不是橋梁承載力。例如，一些北方地區(qū)，鄰近海邊，環(huán)境因素較復雜，對橋梁結(jié)構(gòu)的影響較大，如果混凝土耐久性差，就會降低結(jié)構(gòu)強度。如果橋梁結(jié)構(gòu)所處環(huán)境變化較大，應同時滿足不同環(huán)境下，橋梁對于混凝土耐久性及結(jié)構(gòu)強度要求。如果構(gòu)件經(jīng)常處于潮濕環(huán)境，接觸水源，應按照凍融環(huán)境要求，來設計伸縮縫，確保其墩帽頂面耐久性;如果橋梁是跨海橋梁，長期受到氯鹽侵蝕，預應力及鋼筋混凝土的水泥，應盡量選擇低氯離子水泥，并采用引氣劑進行墩柱建設，除此之外，還要制定防腐防侵蝕相關(guān)措施，提高局部強度。

2.2 注意細節(jié)設計，防止裂縫出現(xiàn)

如果橋梁所處環(huán)境較為復雜，應盡量設計簡潔的混凝土構(gòu)件外形，避免過多暴露混凝土的棱角和表面，混凝土棱角盡量采用圓角代替。結(jié)構(gòu)在布置方面和形狀設計方面，應注意通風問題，以便混凝土養(yǎng)護和振搗。根據(jù)排水要求設計混凝土表面形狀，結(jié)構(gòu)縫應進行合理設計，尤其是構(gòu)造設計，避免由于荷載增加，應力聚集，導致變形現(xiàn)象。一些水位變動較大、干濕交替部位，以及受到氯鹽侵蝕的部位，應及時采取防護措施，避免構(gòu)件受到侵蝕?？蛇M行憎水處理和防水處理，或通過表明涂層措施防止腐蝕。

2.3 確?；炷帘Ｗo層的設計符合要求，增加其厚度

采用厚度適宜的保護層，不僅可以降低混凝土碳化速度，還可以避免氯離子擴散，有效提高混凝土耐久性。因此，為了防止鋼筋出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，應盡量采用厚度較大的保護層。

2.4 做好橋面的防水設計和排水設計

在進行高架立交橋及主橋的橋面縱坡設計時，應考慮橫坡及縱坡斜度，設計排水設施，如泄水孔，確保橋梁交通安全，解決橋面積水，確保排水系統(tǒng)的有效性。橋面應設計防水層，如柔性防水層、剛性防水層等，如果條件允許，也可以同時設計兩種防水層，提高橋梁的防水效果［3］。

2.5 在附屬構(gòu)造及結(jié)構(gòu)設計方面，應注重細節(jié)

很多橋梁在上部結(jié)構(gòu)設計過程中，采用縱橫濕接頭與預制簡支梁進行連接，對于后期混凝土的耐久性沒有過多要求，導致結(jié)構(gòu)強度降低。這樣的設計容易導致混凝土收縮，出現(xiàn)裂縫，甚至導致滲水漏水現(xiàn)象，腐蝕混凝土，造成混凝土損壞。因此，在進行附屬構(gòu)造或結(jié)構(gòu)設計時，應盡量避免這種設計方式，如果必須采用這種設計結(jié)構(gòu)，那么應做好防護措施，將膨脹劑添加在后澆帶部分混凝土中，避免混凝土出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，以此提高混凝土耐久性［4］。主梁與伸縮縫之間的連接處，容易出現(xiàn)破損，混凝土耐久性要求較高，因此，應采用耐久性較好的混凝土進行施工，并在混凝土中添加適量纖維增韌材料或膨脹劑，同時，合理設計構(gòu)造鋼筋及伸縮裝置，使兩者合理連接。構(gòu)件部分與后澆部分應選用等級相同的混凝土，以達到金屬錨具封閉效果，避免預應力改變。

2.6 強化鋼筋構(gòu)造，避免混凝土裂縫出現(xiàn)

混凝土一旦出現(xiàn)裂縫，就會導致水滲入及氣滲入，腐蝕鋼筋混凝土，降低混凝土耐久性。因此，應重視裂縫控制，盡量提高混凝土耐久性。設計橋梁混凝土結(jié)構(gòu)時，以預應力混凝土結(jié)構(gòu)為主，增加抗裂設計，合理布置鋼筋構(gòu)造，避免構(gòu)造間距或直徑過大，產(chǎn)生裂縫。

3 結(jié)束語

綜上所述，混凝土耐久性關(guān)系到橋梁整體承載力、實用性及安全性，應盡量通過科學、合理的結(jié)構(gòu)設計，優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)，提高混凝土耐久性，更新設計理念，注重細節(jié)方面的設計，避免混凝土出現(xiàn)裂縫、脫落、損壞等現(xiàn)象，提高橋梁強度，延長橋梁的使用壽命。

［1］費學海.淺析混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的耐久性設計［J］.中國城市經(jīng)濟，2011，10(15):162-163.

［2］向容，張斯涵，曾宏.淺談我國橋梁建設發(fā)展與影響耐久性的因素［J］.科技經(jīng)濟市場，2014，04(02):238-239.

［3］宋云祥，田莉，李光輝.高性能混凝土耐久性技術(shù)指標在鄭州黃河公鐵兩用橋中的應用［J］.公路，2011，16(03):174-175.

［4］周錚，陳強，孫楊勇.新型快速修補材料MRK 在某橋梁病害修復項目中的應用［J］.廣東土木與建筑，2014，02(09):212-213.