歐亞斌

（商洛市交通設(shè)計院，陜西 商洛 726000）

長期以來，人們受混凝土是一種耐久性能良好的建筑材料這一認(rèn)識的影響，忽視了橋梁結(jié)構(gòu)耐久性問題，造成了橋梁結(jié)構(gòu)耐久性研究的相對滯后，并為此付出了巨大的代價。具體的設(shè)計過程按承載能力和正常使用兩種極限狀態(tài)來進(jìn)行。前者是控制結(jié)構(gòu)在喪失服務(wù)能力臨界狀態(tài)時的承載能力、設(shè)計的基本原則是要求荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計值，必須小于或等于結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計值。利用荷載安全系數(shù)、材料安全系數(shù)及工作條件系數(shù)來考慮不確定因素作用下的結(jié)構(gòu)總體的安全儲備，是一個半概率的極限狀態(tài)設(shè)計法。可以認(rèn)為是對安全性要求的保證。后者控制結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)時應(yīng)力、裂縫和變形小于一定的限值，對應(yīng)于適用性的要求。

1 橋梁安全性、耐久性差的主要原因

1.1 環(huán)境影響不容忽視

橋梁的施工及使用環(huán)境總是與設(shè)計的環(huán)境有一些差別，因此環(huán)境的影響是非常重要的、混凝土的抗拉強度大約是其抗壓強度的10%，由于早期的水化熱影響、干縮應(yīng)變反應(yīng)強烈，加上環(huán)境溫度、濕度、日曬雨淋、沖擊荷載的影響，混凝土結(jié)構(gòu)很容易產(chǎn)生裂縫。開裂后，由于水分子、氯離子的侵入，導(dǎo)致鋼筋面層的鈍化，從而使鋼筋腐蝕，破壞了鋼筋表面與混凝土之間的化學(xué)膠結(jié)力，其直接后果是鋼筋與混凝土能很好的協(xié)同工作。混凝土構(gòu)件的強度和剛度逐漸削弱，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的耐久性破壞。

1.2 施工和管理水平低

國內(nèi)外多座橋梁出現(xiàn)安全性和耐久性差的現(xiàn)象，一般的看法認(rèn)為當(dāng)前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導(dǎo)致。對于短期內(nèi)發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質(zhì)量沒有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計要求，典型的問題包括材料強度不足和施工工藝不合格等；也有個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴(yán)重的管理問題，更是對橋梁安全造成致命的損害。

1.3 設(shè)計理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不夠完善

在承認(rèn)施工存在問題的同時，也不可否認(rèn)，在橋梁設(shè)計領(lǐng)域，特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問題還有許多可以改進(jìn)的地方。結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。

許多設(shè)計人員往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強度計算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計、施工到使用個過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性??；有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強度等級過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過?。贿@些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性，會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。不少橋梁雖然滿足了設(shè)計規(guī)范的強度要求，但僅用了5-10年就因為耐久性出了問題影響結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)耐久性不足已成為最現(xiàn)實的一個安全問題，設(shè)計時要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強結(jié)構(gòu)耐久性。

2 橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計

2.1 滿足結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要求

提高混凝土自身的耐久性是解決混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的前提和基礎(chǔ)?；炷恋哪途眯灾饕Q于混凝土的材料組成，其中水灰比、水泥用量、強度等級均對耐久性有較大影響?！稑蛞?guī)JTG1362》明確規(guī)定了不同使用環(huán)境下，結(jié)構(gòu)混凝土的基本要求，對影響混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低強度等級、最大氯離子含量和堿含量做出了限制規(guī)定，這是《橋規(guī)JTG D62》對公路橋涵結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的基本要求，設(shè)計時應(yīng)遵照執(zhí)行。

2.2 加大鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度

混凝土碳化是鋼筋銹蝕的前提。就一般情況而言，只有保護(hù)層混凝土碳化，鋼筋表層鈍化膜破壞，鋼筋才有可能銹蝕。因此，加大鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，是保護(hù)鋼筋免于銹蝕，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最重要的措施之一。鑒于此，相關(guān)規(guī)定給出了鋼筋最小混凝土保護(hù)層厚度，但其與國際上較為通用的設(shè)計規(guī)范相比，還是有點差距。設(shè)計時適當(dāng)加大鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度對提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是非常有益的。

2.3 加強構(gòu)造配筋，防止和控制混凝土裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)的任何損傷與破壞，一般都是首先在混凝土中出現(xiàn)裂縫，裂縫是反映混凝土結(jié)構(gòu)病害的晴雨表，反過來，裂縫的存在會增加混凝土滲透性，提供了使侵蝕破壞作用逐步升級、混凝土耐久性不斷下降的渠道。當(dāng)混凝土開裂后，侵蝕速度將大大加快，形成導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的進(jìn)一步退化的惡性循環(huán)。因此，防止和控制混凝土的裂縫，對提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是十分重要的。控制混凝土的裂縫，除按規(guī)范要求控制正常使用極限狀態(tài)的工作裂縫以外，更重要的是要采取構(gòu)造措施，控制混凝土施工及使用過程大量出現(xiàn)的非工作裂縫。

2.4 提高后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋管道壓漿質(zhì)量

后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋管道壓漿質(zhì)量是影響預(yù)應(yīng)力混凝土梁耐久性的關(guān)鍵因素之一?！稑蛞?guī)JTG D62》規(guī)定，預(yù)應(yīng)力鋼筋管道壓漿用水泥漿的抗壓強度不應(yīng)低于30MPa，其水灰比為0.4～0.5，為減少收縮，還可通過試驗摻入適量膨脹劑?！痘炷两Y(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》CCES01-2004認(rèn)為，預(yù)應(yīng)力鋼筋的銹蝕會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的突然破壞，事先不易發(fā)現(xiàn)，在耐久性設(shè)計中必須特別重視，并采用多重的防護(hù)手段 對此，對于可能遭受氯鹽侵蝕的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力筋、錨具、連接器等鋼材組件應(yīng)采用環(huán)氧涂層或涂鋅，后張預(yù)應(yīng)力體系的管道必須具有密封性能，不使用金屬的螺旋管，宜采用有良好密封性能的高密度塑料波形管，同時，管道灌漿材料和灌漿方法要事先通過試驗驗證，盡可能降低漿體硬化后形成的氣孔，并采用真空灌，必要時還可以在灌漿材料中摻入適量的阻銹劑。

2.5 在結(jié)構(gòu)局部使用防腐材料

目前我國大量地修建16～25m的多跨現(xiàn)澆連續(xù)鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的橋梁，由于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是一種必然地帶裂縫工作的結(jié)構(gòu)，因而在負(fù)彎矩區(qū)總會出現(xiàn)負(fù)彎矩裂縫，鑒于負(fù)彎矩區(qū)裂縫是一種向上開口的“V”形裂縫，橋面水容易滲入，遭受長期浸蝕后，負(fù)彎矩鋼筋的銹蝕問題是應(yīng)予以重視的問題。近年來，由國外引進(jìn)的環(huán)氧樹脂涂層鋼筋已在國內(nèi)生產(chǎn)，應(yīng)用于一般鋼筋混凝土負(fù)彎矩區(qū)的鋼筋中，這對保證結(jié)構(gòu)的耐久性無疑是很好的事情。再如，英、美等國的調(diào)查均發(fā)現(xiàn)錨頭區(qū)有鋼絲銹蝕問題，甚至發(fā)生過橋梁倒塌事故，因而張拉結(jié)束后立即用環(huán)氧樹脂砂漿封堵錨頭可有效防銹。

2.6 加強橋面鋪裝層的防水設(shè)計

橋面滲水的排除和防滲漏問題，都將涉及到橋梁的耐久性問題，應(yīng)引起格外的重視。橋面鋪裝防水層對橋面的防護(hù)有重要作用，必需精心設(shè)計與施工。橋面鋪裝層應(yīng)采用密實性較好的C3O以上等級的混凝土，混凝土鋪裝層內(nèi)應(yīng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)，防止混凝土開裂。采用復(fù)合纖維混凝土和在混凝土中摻入水泥基滲透結(jié)晶材料(賽柏斯)，都能收到較好的防水效果。橋面鋪裝層頂面應(yīng)設(shè)置防水層，特別是連續(xù)梁(或懸臂梁)的負(fù)彎矩段更應(yīng)十分重視防水層設(shè)計。此外，還需加強泄水管設(shè)計，應(yīng)特別注意泄水管周邊的構(gòu)造細(xì)節(jié)處，加強伸縮縫處的排水設(shè)計，防止水分從伸縮縫處滲入梁內(nèi)。近年來，由于高速公路蓬勃興起，目前廣泛地使用FYT-1(屬柔性防水效果)和M1500型(屬剛性防水范疇)防水構(gòu)造，但其實際效果如何尚有待接受時間的考驗。

3 結(jié)語

橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問題，要積極借鑒國外成功的經(jīng)驗和做法，除了加強施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設(shè)計理念和結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計。同時需要研究疲勞和超載對于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響。目前，正處在大規(guī)模建設(shè)橋梁之際，要充分認(rèn)識到混凝土結(jié)構(gòu)耐久性對實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、節(jié)約能源、資源和保護(hù)環(huán)境所帶來的積極和負(fù)面影響，深刻領(lǐng)會加強混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要意義。