混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的耐久性設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

李淵

（浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州310000）

1 引言

在社會(huì)高速發(fā)展之下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也非常之快，這就使得交通運(yùn)行量逐步加大。導(dǎo)致橋梁承受的交通載荷非常大，給橋梁造成了較大的損壞，同時(shí)，由于很多橋梁中混凝土施工材料在長(zhǎng)期應(yīng)用過(guò)程中老化嚴(yán)重，再加上設(shè)計(jì)考慮不周或者施工環(huán)節(jié)存在的質(zhì)量問(wèn)題，造成橋梁耐用性嚴(yán)重不足，出現(xiàn)嚴(yán)重的病害與缺陷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全性無(wú)法得到保證。在公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要重點(diǎn)進(jìn)行混凝土橋梁承載能力的設(shè)計(jì)，但是，往往忽略了環(huán)境變化而使材料發(fā)生損壞的情況。在公路設(shè)計(jì)中，若對(duì)耐久性的考慮嚴(yán)重不足，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能無(wú)法達(dá)到使用的需要，極易造成安全事故發(fā)生，后續(xù)維護(hù)與管理費(fèi)用也會(huì)比較高，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)及巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮這些問(wèn)題，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案，延長(zhǎng)橋梁使用壽命，滿足交通運(yùn)行的需要[1]。

2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)原則

橋梁結(jié)構(gòu)在建設(shè)及運(yùn)營(yíng)期，不光會(huì)受到環(huán)境、地理位置的影響，還要承受車(chē)輛荷載、風(fēng)荷載、地震作用、疲勞作用、超載及其他人為因素等外因，同時(shí)，材料的自身性能也會(huì)不斷老化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分出現(xiàn)不同程度的指標(biāo)降低?；炷猎谀途眯苑矫娴膯?wèn)題主要表現(xiàn)在混凝土水侵害、有害離子滲透性及抗碳化能力差、結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、鋼筋銹蝕，鋼筋保護(hù)層太薄等。

其中，鋼筋腐蝕與混凝土的碳化、氯離子侵蝕、水分及氧的存在條件是分不開(kāi)的?；炷两Y(jié)構(gòu)中存在毛細(xì)孔道，使得這種侵蝕成為可能。而另一個(gè)原因就是混凝土裂縫，也成為提供這種條件的原因。其中，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫對(duì)鋼筋的腐蝕影響更大，一旦混凝土發(fā)生開(kāi)裂，鋼筋的腐蝕程度將大大加速。由此可見(jiàn)，混凝土的防腐應(yīng)從2 方面入手，先要注重橋梁防水能力，并避免氯離子侵蝕。然后就是提高混凝土中鋼筋的保護(hù)層厚度，防止水分及氯離子對(duì)混凝土的侵蝕，控制混凝土的碳化，從而防止鋼筋的銹蝕，達(dá)到加強(qiáng)耐久性的目的。

3 橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)局限

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與理論問(wèn)題

從目前實(shí)際情況來(lái)分析，橋梁工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還比較低，很多細(xì)節(jié)并不是很完善。比如，沒(méi)有給設(shè)計(jì)人員提供有效的指導(dǎo)。在正常運(yùn)行中，因?yàn)榻煌康某掷m(xù)增加，導(dǎo)致交通結(jié)構(gòu)中橋梁工程質(zhì)量和安全要求逐步增加。從實(shí)際情況來(lái)分析，橋梁設(shè)計(jì)人員的理念存在偏差情況，沒(méi)有充分地重視強(qiáng)度數(shù)據(jù)計(jì)算，造成數(shù)據(jù)存在嚴(yán)重偏差，結(jié)構(gòu)性能比較差，耐久性也無(wú)法保證。長(zhǎng)期應(yīng)用之下，橋梁受到交通載荷的持續(xù)作用，整體性能難以達(dá)到使用的要求，安全性更是無(wú)法保證[2]。

3.2 材料設(shè)計(jì)實(shí)用性不高

施工材料是橋梁的基礎(chǔ)，關(guān)系著橋梁的質(zhì)量，同時(shí)，對(duì)橋梁成本也會(huì)有著直接的影響。但是，在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，在材料的設(shè)計(jì)控制與實(shí)施環(huán)節(jié)，沒(méi)有發(fā)揮出重要的作用，使用材料的性能比較差。這一問(wèn)題的存在，極大地影響了橋梁綜合性能，容易發(fā)生安全事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在目前的橋梁工程設(shè)計(jì)中，要以橋梁的實(shí)際情況為出發(fā)點(diǎn)，有效對(duì)比各種施工材料，分析材料的優(yōu)勢(shì)與缺陷，選擇符合工程需要的施工材料，提升橋梁的性能，保障交通運(yùn)行更加安全與可靠。

3.3 施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不完善

因?yàn)闃蛄汗こ痰脑O(shè)計(jì)與施工存在復(fù)雜性，所以需要充分重視施工圖紙的設(shè)計(jì)，這是工程的指導(dǎo)性文件。但是，目前施工圖紙存在很多遺漏問(wèn)題，施工圖紙的質(zhì)量比較差。比如，受力計(jì)算與分析存在明顯的缺陷，尤其是對(duì)特殊部分的受力分析比較差，無(wú)法滿足正常運(yùn)行的需要。造成這一問(wèn)題的主要原因就是設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)方法過(guò)于理論化，沒(méi)有切實(shí)考慮到工程的實(shí)際情況，導(dǎo)致施工圖紙有著嚴(yán)重的缺陷，影響橋梁工程的質(zhì)量和性能。

4 橋梁結(jié)構(gòu)中優(yōu)化耐久性設(shè)計(jì)的措施

4.1 提高混凝土保護(hù)層控制

設(shè)計(jì)中建議適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度，減少施工誤差造成的保護(hù)層偏薄問(wèn)題。并要求施工時(shí)通過(guò)優(yōu)化配合比，提高混凝土密實(shí)度?；炷翝仓r(shí)應(yīng)給予充分重視，優(yōu)先選擇質(zhì)量過(guò)硬、支撐牢固的模板體系，混凝土振搗要到位，不跑漿，盡量避免出現(xiàn)蜂窩、孔洞等問(wèn)題。并建議能在配合比試驗(yàn)中摻入優(yōu)質(zhì)的粉煤灰，改變澆筑后混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，提高混凝土的總體密實(shí)度，同時(shí)增加對(duì)氯離子擴(kuò)散的阻力。

此外，在設(shè)計(jì)文本中應(yīng)明確施工中應(yīng)采取的措施，以控制混凝土有害裂縫的產(chǎn)生。應(yīng)先從材料出發(fā)，要防止混凝土中堿集料反應(yīng)引起混凝土裂縫，優(yōu)先選擇含堿量低的水泥，避免使用堿活性集料，不使用含堿或含堿量低的化學(xué)外加劑等。另外，應(yīng)對(duì)集料生產(chǎn)、運(yùn)輸堆放及攪拌等工序進(jìn)行科學(xué)管理，避免含氧化鎂、硫酸鹽等膨脹集料或生石灰碎塊混入集料中，導(dǎo)致集料膨脹反應(yīng)從而引起澆筑后混凝土開(kāi)裂。應(yīng)使用設(shè)計(jì)允許或經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定的最小水泥用量以及能滿足和易性要求的最小用水量，均勻澆筑混凝土，及時(shí)養(yǎng)護(hù)。施工現(xiàn)場(chǎng)的材料堆放要合理，避免施工荷載過(guò)大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)先優(yōu)先選用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，從源頭上避免結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。在附屬結(jié)構(gòu)的選用上，應(yīng)合理設(shè)置并正確安裝橋梁支座與伸縮裝置，運(yùn)營(yíng)期加強(qiáng)橋梁養(yǎng)護(hù)，及時(shí)清理伸縮縫中雜物，防止伸縮縫頂死產(chǎn)生破壞性裂縫?；炷翝仓r(shí)應(yīng)控制水化熱，必要時(shí)設(shè)置冷卻管，以避免溫度變化引起混凝土開(kāi)裂。

4.2 控制氯離子含量

混凝土中氯離子含量對(duì)鋼筋腐蝕的影響極大，一般來(lái)說(shuō)，鋼凝結(jié)構(gòu)中氯鹽的摻量應(yīng)少于水泥質(zhì)量的1%，有摻入氯鹽的混凝土不宜采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，而且必須振搗密實(shí)?？赏ㄟ^(guò)選用新型的高效減水劑和優(yōu)質(zhì)混凝土礦物摻和料，配以與之相適應(yīng)的水泥和級(jí)配良好的粗細(xì)骨料，從而生產(chǎn)出高密度、高耐久性、低水灰比、低缺陷率的混凝土材料。并在混凝土拌制過(guò)程中摻入一定量的阻銹劑，以延緩氯離子對(duì)鋼筋鈍化膜的破壞。

4.3 提高橋梁防水性能

混凝土保護(hù)層碳化和氯化物侵蝕是混凝土中鋼筋銹蝕的主要原因，而這2 種腐蝕現(xiàn)象都是以水為載體進(jìn)行的，因此，橋梁防水是橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。結(jié)合大量的橋梁檢測(cè)資料分析，大部分橋梁病害的形成，都是由橋面防水層的破壞，橋面排水不暢，水從橋面滲入到橋面板下的梁、墩臺(tái)等部位，加速橋梁混凝土的碳化和混凝土內(nèi)鋼筋的侵蝕而造成的。

因此，在橋面防水設(shè)計(jì)時(shí)，除選擇性能優(yōu)異，具有良好的抗?jié)B、抗剪、抗拉的防水層外，還應(yīng)把水泥混凝土鋪裝設(shè)計(jì)為防水混凝土（設(shè)計(jì)中應(yīng)明確混凝土的防水等級(jí)）或在其表面涂抹抗?jié)B劑以達(dá)到防水效果，即柔性和剛性防水相結(jié)合的措施。另外，還應(yīng)在遵照相關(guān)國(guó)家規(guī)范及規(guī)程的基礎(chǔ)上，對(duì)橋梁上、下部的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行細(xì)致和專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)，并增加強(qiáng)度、應(yīng)力等技術(shù)指標(biāo)的控制值，增加結(jié)構(gòu)剛度，減少結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，避免類(lèi)似病害發(fā)生。

4.4 混凝土表面增設(shè)防護(hù)涂層

混凝土結(jié)構(gòu)表面涂裝是在混凝土表面形成一層耐侯、抗?jié)B、耐久的涂層，增加了一層阻止介質(zhì)進(jìn)入混凝土的防線。目前，越來(lái)越多的橋梁結(jié)構(gòu)采用了混凝土涂裝的方案，均取得了較好的使用效果?；炷练雷o(hù)涂層應(yīng)在混凝土完全養(yǎng)護(hù)完畢后進(jìn)行；當(dāng)在舊混凝土結(jié)構(gòu)上使用時(shí)，應(yīng)對(duì)疏松空隙的混凝土進(jìn)行表面預(yù)處理后再進(jìn)行涂裝，既不影響熟化期混凝土的排水、排氣，也能有效阻止有害介質(zhì)在混凝土使用過(guò)程中侵入。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁是非常重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，其耐久性對(duì)橋梁的正常使用存在直接的影響，所以需要在設(shè)計(jì)中充分重視耐久性的設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)圖紙達(dá)到使用的需要。從實(shí)際情況出發(fā)，深入分析耐久性評(píng)定分析方法、橋梁連接技術(shù)，以保證其整體性達(dá)到使用需求，進(jìn)而可以滿足交通運(yùn)行的需要，促進(jìn)社會(huì)的高速發(fā)展。經(jīng)過(guò)本文的分析，可以通過(guò)多種方式來(lái)提升橋梁的性能，促進(jìn)交通通行安全性和穩(wěn)定性的提高，帶動(dòng)交通事業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。