淺析橋梁設(shè)計(jì)中的耐久性問(wèn)題及對(duì)策

趙佳

陜西交通公路設(shè)計(jì)研究院有限公司 陜西西安 710000

耐久性，是指在設(shè)計(jì)確定的環(huán)境作用和養(yǎng)護(hù)、使用條件下，結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)保持其安全性和適用性的能力。近年來(lái)，由于各種原因?qū)е鹿窐蛄耗途眯圆蛔愕默F(xiàn)象頻頻發(fā)生。耐久性不足，主要表現(xiàn)為橋梁抵抗風(fēng)化、機(jī)械摩擦、化學(xué)侵蝕的能力下降，上、下部結(jié)構(gòu)或附屬構(gòu)件性能降低或失效，橋梁過(guò)早劣化，出現(xiàn)病害，甚至造成嚴(yán)重的坍塌。這無(wú)疑極大增加了橋梁的維修難度和養(yǎng)護(hù)成本，對(duì)其安全運(yùn)營(yíng)造成巨大隱患，嚴(yán)重的病害甚至?xí)l(fā)較大事故，造成無(wú)法挽回的損失和惡劣的社會(huì)影響。

1 影響橋梁耐久性的因素

1.1 設(shè)計(jì)理念和水平的因素

雖然目前我國(guó)規(guī)范中提到了橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)考慮耐久性的概念，但對(duì)于如何進(jìn)行耐久性分析未做明確闡述，而且設(shè)計(jì)過(guò)程往往只考慮滿(mǎn)足規(guī)范上結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的安全度需要，忽視耐久性設(shè)計(jì)（包括量化使用壽命、考慮可更換性、根據(jù)蛻化機(jī)理選擇材料、合理配筋、施工控制等）。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員的水平高低也是不可忽視的因素，橋梁的耐久性問(wèn)題屬于各類(lèi)知識(shí)綜合影響的范疇，因此設(shè)計(jì)人員的知識(shí)儲(chǔ)備，施工養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)，綜合統(tǒng)籌能力的好壞，都將直接影響著設(shè)計(jì)成果的合理性、科學(xué)性[1]。

1.2 鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫因素

目前我國(guó)絕大多數(shù)橋梁仍為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而此類(lèi)橋梁的使用過(guò)程中，混凝土構(gòu)件裂縫是一個(gè)普遍存在的現(xiàn)象，而且是不可避免的，我國(guó)的混凝土橋梁設(shè)計(jì)中，也是考慮橋梁帶裂縫（規(guī)范規(guī)定的裂縫寬度）工作的，但隨其長(zhǎng)期使用，在較差的工作環(huán)境及荷載的不斷作用下，裂縫加速發(fā)展，其帶來(lái)的危害越來(lái)越大，表現(xiàn)在鋼筋的加速銹蝕，且這種相互作用引發(fā)“銹蝕→開(kāi)裂→再銹蝕”的惡性循環(huán)，導(dǎo)致縱、橫向裂縫發(fā)展、保護(hù)層剝落等病害出現(xiàn)，弱化鋼筋與混凝土的協(xié)調(diào)工作，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

1.3 橋梁的工作環(huán)境因素

我國(guó)幅員遼闊，工程環(huán)境多樣，橋梁所處的不同環(huán)境，會(huì)直接影響其耐久性。比如凍融循環(huán)的影響、侵蝕性介質(zhì)的影響、水流沖刷的影響等，這些因素對(duì)混凝土密實(shí)程度的降低，對(duì)鋼筋的銹蝕，對(duì)構(gòu)件表面的破壞，都是持續(xù)性的、逐步加深的，如設(shè)計(jì)階段考慮不周或不及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，則橋梁的耐久性將大為下降，使用壽命明顯減少。

2 提高橋梁耐久性的對(duì)策

2.1 更新設(shè)計(jì)理念，提高設(shè)計(jì)水平

首先，橋梁設(shè)計(jì)中，應(yīng)選擇科學(xué)的內(nèi)力計(jì)算方法。傳統(tǒng)方法主要側(cè)重于橋梁極限使用狀態(tài)下的內(nèi)力分析，對(duì)正常使用狀態(tài)下的疲勞破損和老化情況缺乏考慮，而以可靠性理論為基礎(chǔ)的概率極限設(shè)計(jì)方法作為前沿的內(nèi)力分析方法，能詳細(xì)、全面的反映各耐久性影響因素的變化規(guī)律，統(tǒng)一工程結(jié)構(gòu)可靠性概率的時(shí)間界限，定量評(píng)價(jià)橋梁耐久性，以利于相關(guān)參數(shù)取值及后期維護(hù)的便利，使得設(shè)計(jì)過(guò)程趨于合理。其次，引入全壽命周期的設(shè)計(jì)理念，從規(guī)劃、可研、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)的角度共同出發(fā)，科學(xué)界定永久性構(gòu)件和非永久性構(gòu)件，對(duì)于永久性構(gòu)件，應(yīng)充分考慮其在各類(lèi)荷載、環(huán)境、有害化物侵蝕的作用下，通過(guò)截面設(shè)計(jì)、鋼筋布置、材料選擇、附加措施等方法，保證其在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的耐久性，對(duì)于非永久性構(gòu)件（指在現(xiàn)有技術(shù)條件下，使用年限無(wú)法滿(mǎn)足橋梁設(shè)計(jì)使用年限的構(gòu)件），比如橡膠支座、伸縮縫、護(hù)欄、拉索等，往往需要在橋梁使用過(guò)程中進(jìn)行更換，對(duì)于此類(lèi)構(gòu)件，應(yīng)側(cè)重考慮其可更換性和經(jīng)濟(jì)性[2]。再次，設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮環(huán)境因素，結(jié)合地形地貌及其他自然因素，橋位選擇及布孔遵循因地制宜、協(xié)調(diào)環(huán)境的原則，減少橋梁受水流沖刷、落石坍塌等因素影響。

2.2 有效控制裂縫因素

對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的裂縫問(wèn)題，應(yīng)從材料選擇、構(gòu)件設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)措施三方面進(jìn)行考慮，如表1所示：

表1

針對(duì)各類(lèi)指標(biāo)因素對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的不同影響，可形成具體對(duì)策：①分析橋梁環(huán)境，明確構(gòu)件混凝土水灰比、最小水泥用量、最低強(qiáng)度等級(jí)、最大氯離子含量、最大堿含量的取值（如處于III類(lèi)或IV類(lèi)環(huán)境，則主要受拉鋼筋建議采用環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋、錨具及連接器也應(yīng)采取專(zhuān)門(mén)防護(hù)措施）；②明確設(shè)計(jì)抗凍等級(jí)和抗?jié)B等級(jí)（如采用高品質(zhì)水泥材料，添加外加劑）；③設(shè)計(jì)采用受力合理的構(gòu)件截面；④調(diào)整接縫寬度（如預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁濕接縫寬度宜控制在30-70cm之間）；⑤合理布置鋼筋，保證保護(hù)層厚度，確保鋼筋間距合理（既不會(huì)因?yàn)檫^(guò)大而導(dǎo)致的粘接力不強(qiáng)，也不會(huì)因?yàn)檫^(guò)小而影響混凝土振搗密實(shí)）；⑥嚴(yán)控施工工藝（例如預(yù)應(yīng)力施工時(shí)采用智能張拉系統(tǒng)，能有效控制梁體裂縫的發(fā)生）；⑦其他防腐、防水措施[3]。

2.3 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與養(yǎng)護(hù)

應(yīng)重視疲勞損傷的研究，重視橋梁耐久性評(píng)估及監(jiān)測(cè)。應(yīng)用數(shù)字化、科學(xué)化的耐久性評(píng)估方法，對(duì)橋梁壽命定量化、層次化分析，在設(shè)計(jì)階段考慮后期監(jiān)控、維護(hù)方案，提前設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，檢修人孔。對(duì)于橋梁附屬結(jié)構(gòu)方面，例如支座，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇縱橫向約束合理的支座，有效釋放應(yīng)力，同時(shí)選擇受力性能好、壽命長(zhǎng)的材料，還應(yīng)兼顧后期的更換方案；例如伸縮縫，應(yīng)選擇整體型好、高剛度、高耐久性的梳齒板型，采用耐候鋼材料，減少對(duì)伸縮縫的更換次數(shù)。還應(yīng)重視橋梁使用期間各構(gòu)件的監(jiān)測(cè)工作，定期檢查橋梁主體（梁體、墩柱、基礎(chǔ)等）、附屬設(shè)施（護(hù)欄、伸縮縫、支座、斜拉索等）的使用狀況，針對(duì)發(fā)生或可能發(fā)生的病害早發(fā)現(xiàn)、早治理，有效延長(zhǎng)橋梁壽命。

3 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)公路人的不斷努力下，越來(lái)越多大跨度、高縱深的橋梁在世界范圍內(nèi)名列前茅，這無(wú)疑為我國(guó)路橋事業(yè)的發(fā)展樹(shù)立信心，但是我們不能盲目自滿(mǎn)，要看到與世界先進(jìn)水平之間的差距，數(shù)量多質(zhì)量差、跨度大耐久性差等軟肋也十分明顯，因此，我們應(yīng)在橋梁耐久性方面攻堅(jiān)克難，狠下功夫，早日趕超世界先進(jìn)水平。