道路橋梁和渡河工程中的混凝土加固問(wèn)題研究

李高、王昊

（中交第三航務(wù)工程局有限公司南京分公司，江蘇南京210000）

0 引言

在道路橋梁和渡河工程項(xiàng)目的施工過(guò)程中，混凝土材料的備料、澆筑及夯實(shí)，會(huì)被物化因素及地質(zhì)環(huán)境限制，不能及時(shí)發(fā)揮原有設(shè)計(jì)方案中的指定功效。部分混凝土材料在施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用過(guò)程中，很容易引發(fā)結(jié)構(gòu)裂縫和不均勻性沉降等質(zhì)量問(wèn)題。因此，需要及時(shí)采取加固措施。

1 道路橋梁和渡河工程中混凝土加固的意義

隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善，道路橋梁和渡河工程作為交通發(fā)展中不可或缺的因素，也處于快速發(fā)展的階段。尤其是近年來(lái)，道路橋梁和渡河工程的數(shù)量飛速增長(zhǎng)，為了適應(yīng)當(dāng)下的需求，構(gòu)建結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，規(guī)模也不斷擴(kuò)大?；炷潦堑缆窐蛄汉投珊庸こ讨械闹匾M成部分，其質(zhì)量直接關(guān)系著道路橋梁和渡河工程的質(zhì)量，其制備過(guò)程并不是簡(jiǎn)單的配比融合，因?yàn)楦鞣N材料配比的先后順序、配比方法也會(huì)影響混凝土的性能和質(zhì)量。此外，道路橋梁和渡河工程的建設(shè)還關(guān)系社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，在施工中要加強(qiáng)對(duì)施工技術(shù)、施工質(zhì)量的要求，重視加強(qiáng)混凝土的加固，這是未來(lái)建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 道路橋梁和渡河工程中混凝土加固的原則

在眾多道路橋梁和渡河工程建設(shè)項(xiàng)目中，混凝土是非常關(guān)鍵的施工材料之一，它能夠間接影響道路橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性及承載能力[1]。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的道路橋梁和渡河建設(shè)工程項(xiàng)目中，施工現(xiàn)場(chǎng)的地理、地質(zhì)條件并不穩(wěn)定，因此需要選用科學(xué)、合理、安全、可靠的混凝土加固技術(shù)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。在道路橋梁和渡河工程建設(shè)項(xiàng)目中，混凝土結(jié)構(gòu)的加固原則主要有涵蓋可靠性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性等。根據(jù)道路橋梁和渡河工程建設(shè)項(xiàng)目的具體實(shí)施內(nèi)容，混凝土材料集中應(yīng)用于地基的基礎(chǔ)施工、主體橋梁結(jié)構(gòu)施工以及預(yù)應(yīng)力施工環(huán)節(jié)中，部分施工單位會(huì)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)工序的材料應(yīng)用需求，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)備料以及存儲(chǔ)管理，保障混凝土的實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量在施工質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)[2]。

因此，在選用各項(xiàng)混凝土加固技術(shù)工藝的過(guò)程中，需要對(duì)各項(xiàng)施工建設(shè)要素進(jìn)行客觀(guān)評(píng)估及定量有限元分析，從而保障混凝土材料的制備成本和實(shí)際施工應(yīng)用成本的可控性、安全性及可靠性。尤其是在地理、地質(zhì)條件比較復(fù)雜的施工區(qū)域內(nèi)，選用先進(jìn)、可靠的混凝土加固，應(yīng)建立在全面、可持續(xù)施工管控指標(biāo)的基礎(chǔ)上，還需要及時(shí)篩查施工現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)安全隱患和材料、設(shè)備的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

3 道路橋梁和渡河工程中混凝土穩(wěn)固性的影響因素

3.1 混凝土碳化

在道路橋梁和渡河工程建設(shè)項(xiàng)目中，混凝土材料的實(shí)際應(yīng)用比例相對(duì)較高，但混凝土碳化現(xiàn)象會(huì)直接影響該材料的整體穩(wěn)固性，不僅會(huì)對(duì)備料及澆筑環(huán)節(jié)造成一定的破壞，還會(huì)對(duì)后期養(yǎng)護(hù)管理工作的效果帶來(lái)不良影響。很多混凝土結(jié)構(gòu)的原材料中，堿性物質(zhì)的占比偏高，尤其對(duì)石灰石、粗、細(xì)骨料、集料等原材料的實(shí)際配合比而言，會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及水化熱現(xiàn)象產(chǎn)生一定影響[3]。

通過(guò)光譜衍射測(cè)試實(shí)驗(yàn),不斷優(yōu)化中心頻率處的輸入阻抗值及LC參數(shù)值,觀(guān)察不斷優(yōu)化的阻抗匹配電路對(duì)光譜衍射強(qiáng)度的影響,根據(jù)衍射強(qiáng)度確定最佳阻抗匹配點(diǎn)。在60 MHz～200 MHz的AOTF工作范圍內(nèi)對(duì)光譜衍射強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣采集并處理,并將抽樣的衍射強(qiáng)度圖進(jìn)行擬合[5-6],最終在優(yōu)化匹配阻抗下其衍射強(qiáng)度如圖8所示,優(yōu)化阻抗的光譜衍射強(qiáng)度比理論阻抗的衍射強(qiáng)度波坑下降更深,光譜衍射強(qiáng)度越大,則光譜分辨率及成像清晰度越高。

利用放電聲音識(shí)別來(lái)檢測(cè)高壓開(kāi)關(guān)柜絕緣破壞情況,其核心思想是通過(guò)對(duì)放電聲音訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練,劃分樣本空間,完成分類(lèi)器的設(shè)計(jì),從而提高放電聲音的識(shí)別率,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。首先,采集高壓開(kāi)關(guān)柜絕緣破壞放電聲音訓(xùn)練樣本;然后對(duì)訓(xùn)練樣本預(yù)處理,提取能量特征和顯著性特征作為混合特征參數(shù),劃分樣本空間,完成分類(lèi)器的訓(xùn)練;最后,將待測(cè)放電聲音進(jìn)行同樣的預(yù)處理、特征參數(shù)提取后送入分類(lèi)器完成最終的檢測(cè)識(shí)別。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的分類(lèi)器可以識(shí)別出高壓開(kāi)關(guān)柜絕緣破壞時(shí)的放電聲音,從而進(jìn)行實(shí)時(shí)故障檢測(cè),實(shí)時(shí)顯示高壓開(kāi)關(guān)柜的工作狀態(tài)。

3.2 鋼筋腐蝕

2.4.2 重復(fù)性試驗(yàn) 取橘葉藥材（S14），分別按“2.3”方法平行制備6份供試品溶液，按“2.1”色譜條件進(jìn)樣分析。以橙皮苷為參照峰，各共有峰相對(duì)保留時(shí)間的RSD＜1.0%，相對(duì)峰面積的RSD＜5.0%。結(jié)果表明，方法重復(fù)性良好。

一起案件，開(kāi)庭兩次，這種情況不多見(jiàn)，但也絕不少見(jiàn)。但是兩次庭審之間，時(shí)間跨度達(dá)一年之久的，著實(shí)不多。這約一年的時(shí)間里，李凌所做的就是不厭其煩地翻看卷宗和整理證據(jù)，李凌說(shuō)：“那段時(shí)間，我每天就是躺在床上了，腦子里都在回想案情，一想到有什么錯(cuò)漏，我就馬上爬起來(lái)看卷宗。”

3.3 凍融循環(huán)

在道路橋梁和渡河工程建設(shè)項(xiàng)目的不同階段，對(duì)混凝土材料結(jié)構(gòu)的加固措施要以防治為核心，參建方應(yīng)進(jìn)一步加大工程的檢測(cè)力度，不僅對(duì)施工材料進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)，還要前置到材料的采購(gòu)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)中，逐步形成可溯源的施工質(zhì)量監(jiān)管模式。

2.2.3.1 參評(píng)因素賦值及隸屬函數(shù)建立 對(duì)定性因素采用DELPHI法劃分各參評(píng)因素的等級(jí)，根據(jù)各參評(píng)因素等級(jí)或?qū)崪y(cè)值對(duì)耕地地力及作物生長(zhǎng)的影響進(jìn)行評(píng)估，確定其相應(yīng)的分值及對(duì)應(yīng)的隸屬度。對(duì)定量因素利用統(tǒng)計(jì)分析軟件繪制數(shù)值散點(diǎn)圖，并進(jìn)行曲線(xiàn)模擬得到參評(píng)因素的實(shí)際值與隸屬度關(guān)系的方程，最終構(gòu)建各參評(píng)因素隸屬函數(shù)。

3.4 氯離子腐蝕與堿骨料反應(yīng)

在眾多道路橋梁和渡河工程建設(shè)項(xiàng)目中，施工現(xiàn)場(chǎng)周邊區(qū)域的水蒸氣含量相對(duì)較高，部分地區(qū)還會(huì)與河海等水域相連，因此，海水中的氯離子會(huì)直接影響堿性混凝土材料內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)道路橋梁主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性、安全性及可靠性造成不良影響。例如，某道路橋梁距離海邊較近，溫度較高時(shí)由于海水蒸發(fā)，空氣較為濕潤(rùn)，氯離子會(huì)通過(guò)分子擴(kuò)散與混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。

在對(duì)混凝土制備原材料進(jìn)行工程質(zhì)量檢測(cè)的過(guò)程中，需要合理運(yùn)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及抽樣檢測(cè)方法，綜合預(yù)判、識(shí)別、分析各類(lèi)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)因素，并對(duì)后續(xù)加固措施的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和模擬分析。加大工程的檢測(cè)力度，是充分保障工程建設(shè)項(xiàng)目順利投入使用的關(guān)鍵性基礎(chǔ)措施。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，要采集橋梁各部位的材料和混凝土樣本進(jìn)行分析，重視其配比和結(jié)構(gòu)的科學(xué)性與合理性。此外，還應(yīng)觀(guān)察道路橋梁工程以及渡河工程的混凝土材料的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度是否改變，觀(guān)察橋梁等工程的損傷、裂縫部位，測(cè)量裂縫的深度、范圍及密集程度，判斷其是否會(huì)影響橋梁的整體質(zhì)量。

4 道路橋梁和渡河工程中的混凝土加固措施

4.1 加大工程檢測(cè)力度

在很多地理、地貌條件比較特殊的城市和鄉(xiāng)村，凍融循環(huán)是非常常見(jiàn)的外在風(fēng)險(xiǎn)因素之一，對(duì)該地區(qū)的土壤地質(zhì)成分也會(huì)造成一定影響。凍融循環(huán)現(xiàn)象主要集中出現(xiàn)在我國(guó)北方地區(qū)，當(dāng)施工中遇到溫差較大的天氣或在冬季施工時(shí)，會(huì)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部物化性能指標(biāo)和分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)造成一定負(fù)面影響，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部原材料配合比存在的差異，也會(huì)在具體物化性質(zhì)層面進(jìn)一步凸顯出來(lái)，熱脹冷縮、非結(jié)構(gòu)性裂縫等質(zhì)量問(wèn)題也會(huì)出現(xiàn)。部分施工技術(shù)人員會(huì)對(duì)容易產(chǎn)生凍融循環(huán)的工程項(xiàng)目進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)保護(hù)和鍍膜處理，但是這樣并不能完全避免混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。根據(jù)凍融循環(huán)的物理和化學(xué)反應(yīng)原理，道路橋梁和渡河工程建設(shè)項(xiàng)目的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的含水量，需要嚴(yán)格控制在合理范圍內(nèi)，并在結(jié)構(gòu)內(nèi)部和外部分別采取加固保護(hù)措施，從而減少質(zhì)量問(wèn)題，有效降低凍融循環(huán)問(wèn)題出現(xiàn)的概率。

在眾多道路橋梁以及渡河工程建設(shè)項(xiàng)目中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用比例普遍偏高，因此鋼筋的腐蝕問(wèn)題也非常嚴(yán)重，直接影響了道路橋梁主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。尤其在較為復(fù)雜的施工區(qū)域，主體道路橋梁結(jié)構(gòu)的承載力會(huì)受到施工材料和機(jī)械設(shè)備資源的限制和約束，也會(huì)間接引起更多的施工質(zhì)量問(wèn)題。混凝土中的鋼筋一旦漏出，極易在雨水等潮濕環(huán)境下發(fā)生銹蝕病害，破壞鋼筋的鍍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)[4]。鋼筋生銹會(huì)破壞鋼筋內(nèi)部的金屬離子結(jié)構(gòu)，影響鋼筋的剛度、彈性模量等數(shù)據(jù)指標(biāo)，一旦出現(xiàn)鋼筋體積膨脹，就會(huì)造成鋼筋變形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)鋼筋斷裂的現(xiàn)象，影響橋梁的質(zhì)量，降低橋梁的使用壽命。根據(jù)道路橋梁和渡河工程建設(shè)項(xiàng)目中的實(shí)際配筋比例，在嚴(yán)格篩選鋼筋材料的規(guī)格、性能等參數(shù)指標(biāo)的過(guò)程中，也會(huì)受限于施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境。因此，在處理鋼筋腐蝕問(wèn)題的過(guò)程中，部分施工技術(shù)人員會(huì)額外配置專(zhuān)用的鋼筋保護(hù)措施，并保障其表面的干燥及清潔度。但是在實(shí)際的使用過(guò)程中，也會(huì)受到很多外部地質(zhì)因素的影響。

除此之外，水泥中的堿性硅酸鹽凝膠，也有很強(qiáng)的吸水性，容易造成混凝土發(fā)生膨脹，甚至導(dǎo)致混凝土碎裂，造成巨大損失。因此，部分施工單位會(huì)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況進(jìn)行勘查，對(duì)各類(lèi)施工技術(shù)方案和施工材料設(shè)備資源進(jìn)行全面評(píng)估及定量有限元分析，從而減少此類(lèi)質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生。此外，施工單位還需要避免影響周邊水域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在現(xiàn)場(chǎng)制備水泥混凝土等關(guān)鍵施工材料的過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格管控各類(lèi)施工材料和設(shè)備資源的存儲(chǔ)條件，確保氯離子與堿骨料不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。

4.2 選用科學(xué)、合理的混凝土加固技術(shù)

在道路橋梁和渡河工程建設(shè)項(xiàng)目中，施工單位需要選用科學(xué)、合理的混凝土加固技術(shù)，從內(nèi)到外有效增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性、安全性及可控性。很多工程建設(shè)項(xiàng)目的施工區(qū)域環(huán)境并不穩(wěn)定，因此，在選用混凝土加固技術(shù)的過(guò)程中，需要對(duì)施工技術(shù)方案和設(shè)計(jì)圖紙中的相關(guān)要求及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行客觀(guān)評(píng)估和統(tǒng)計(jì)分析，以免影響施工的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

混凝土材料的碳化現(xiàn)象，與其內(nèi)部堿性物質(zhì)的酸化反應(yīng)直接相關(guān)，空氣中的二氧化碳及其他酸性物質(zhì)比例偏高，會(huì)直接影響混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的完整性及正常的分子運(yùn)動(dòng)?；炷敛牧系奶蓟^(guò)程，集中體現(xiàn)在澆筑、夯實(shí)以及后期的養(yǎng)護(hù)管理過(guò)程中，對(duì)各類(lèi)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載力指標(biāo)造成負(fù)面影響。混凝土材料的碳化現(xiàn)象，還會(huì)使內(nèi)部的力學(xué)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件材料再次氧化，對(duì)各類(lèi)金屬和非金屬材料都會(huì)造成一定程度的破壞?；炷撂蓟瘑?wèn)題，是嚴(yán)重影響道路橋梁和渡河結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的關(guān)鍵因素之一。

選用科學(xué)、合理的混凝土加固技術(shù)措施，可以從外部粘貼、加大截面、外包鋼等不同的角度進(jìn)行優(yōu)化和完善，但要盡量避免破壞原有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)條件以及壓力密度指標(biāo)。選用科學(xué)、合理的混凝土加固技術(shù)，是保障道路橋梁主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性的關(guān)鍵工作，因而需要進(jìn)一步調(diào)整對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的綜合監(jiān)管方法，以免影響主體力學(xué)結(jié)構(gòu)各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)指標(biāo)的可控性。

4.3 推廣、使用新型加固材料

隨著時(shí)代的發(fā)展，市面上的新型材料越來(lái)越多，對(duì)其進(jìn)行合理運(yùn)用，能實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)約資源、提高施工質(zhì)量及效率的目標(biāo)。在道路橋梁和渡河工程建設(shè)項(xiàng)目中，推廣、使用新型加固材料，能夠顯著降低施工材料的重復(fù)采購(gòu)成本，保障工程項(xiàng)目各工序的順利推進(jìn)，符合經(jīng)濟(jì)環(huán)保、安全質(zhì)量等施工管控要求。

新型加固材料，主要涵蓋高性能混凝土材料（HPC 材料）、耐久性改善劑、引氣劑等，但是這些新型加固材料對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的作用存在一定的差異。其中，高性能混凝土材料能夠進(jìn)一步提升鋼筋混凝土材料的滲透性，水灰比相對(duì)較低，強(qiáng)度指標(biāo)與耐久性指標(biāo)的表現(xiàn)力更強(qiáng)勁，能夠減少傳統(tǒng)混凝土材料的損耗，顯著減少凝膠材料與骨料材料之間的縫隙。后兩種新型加固材料，則能夠?qū)χ苓吽虻缆窐蛄褐黧w結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度產(chǎn)生正向影響力，加強(qiáng)鋼筋混凝土的密實(shí)性及滲透能力，保障鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部分子和離子的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，耐久性改善劑的運(yùn)用，能夠增加混凝土的耐酸性和抗凍性，并在一定程度上避免混凝土出現(xiàn)干縮情況。引氣劑的運(yùn)用則可以提高混凝土的密度，增強(qiáng)道路橋梁和渡河工程的抗凍性，其更適合應(yīng)用于北方的工程，具體應(yīng)結(jié)合地域特點(diǎn)靈活運(yùn)用。

4.4 加強(qiáng)對(duì)橋梁的檢查和維護(hù)

在道路橋梁和渡河工程施工結(jié)束后，為了延長(zhǎng)橋梁的使用期限，后期的檢查和維護(hù)非常重要。對(duì)橋梁的檢查和維護(hù)可以從兩方面入手：一方面，對(duì)橋梁進(jìn)行綜合性檢查。維護(hù)人員需要結(jié)合橋梁的資料和數(shù)據(jù)詳細(xì)勘察，并制定系統(tǒng)化的維護(hù)與加固方案。在此過(guò)程中，維護(hù)人員要結(jié)合橋梁的用途、材料、性質(zhì)、當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件、濕度環(huán)境等綜合考量。比如，維護(hù)人員要在橋梁投入使用后，對(duì)鋼筋混凝土式橋梁的具體質(zhì)量和混凝土強(qiáng)度進(jìn)行勘察?？辈鞎r(shí)可以使用回彈儀當(dāng)場(chǎng)測(cè)定，也可以在現(xiàn)場(chǎng)收集橋梁樣本，帶回試驗(yàn)室進(jìn)行精密檢測(cè)。除此之外，還應(yīng)定期對(duì)混凝土的腐蝕情況進(jìn)行檢查，如果在檢查中發(fā)現(xiàn)裂縫、侵蝕、風(fēng)化等問(wèn)題，則要結(jié)合具體情況分析，找出原因，并提出解決措施。另一方面，還要加強(qiáng)對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)工作。道路橋梁和渡河工程占地面積較大，對(duì)其產(chǎn)生危害的外界因素和潛在因素較多。因此，對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)就顯得格外重要，技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合養(yǎng)護(hù)與防治原則，堅(jiān)持定期開(kāi)展相關(guān)工作。值得注意的是，在養(yǎng)護(hù)工作中，要加強(qiáng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的研究，防止因混凝土結(jié)構(gòu)不符合要求而影響橋梁的使用年限。

5 結(jié)語(yǔ)

由于道路橋梁和渡河工程的混凝土工程是非常重要的組成部分，因此需要對(duì)其常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題和安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題進(jìn)行深入分析，其中混凝土碳化、鋼筋腐蝕、凍融循環(huán)、氯離子腐蝕與堿骨料反應(yīng)都是實(shí)施混凝土加固作業(yè)的主要原因。施工單位需要對(duì)以上問(wèn)題的針對(duì)性解決措施進(jìn)行全面整合，并從加大工程檢測(cè)力度、選用科學(xué)合理的混凝土加固技術(shù)、推廣使用新型加固材料、加強(qiáng)對(duì)橋梁的檢查和維護(hù)等多個(gè)層面進(jìn)行混凝土加固施工管理工作。