淺論混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的耐久性設(shè)計(jì)
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摘要：隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的不斷發(fā)展，城市橋梁和公路橋梁的負(fù)荷越來越重，造成混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的不同程度的損壞；在設(shè)計(jì)和施工過程中不注重細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是造成橋梁耐久性的一個(gè)很重要的因素，這些問題的存在嚴(yán)重影響了橋梁的使用壽命，因而從多方面對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)的分析和研究是非常必要的。
關(guān)鍵詞：橋梁負(fù)荷；使用壽命；混凝土結(jié)構(gòu)；耐久性設(shè)計(jì)；橋梁細(xì)部構(gòu)造
1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足的主要原因
1.1 工程設(shè)計(jì)的耐久性標(biāo)準(zhǔn)低 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范主要考慮荷載作用下的結(jié)構(gòu)安全性，環(huán)境作用下的耐久性設(shè)計(jì)處于次要的地位，有很多指標(biāo)都是定性的規(guī)定，在一些細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)方面存在一定的漏洞。規(guī)范中沒有設(shè)計(jì)壽命和耐久性設(shè)計(jì)的明確要求。規(guī)范在耐久性設(shè)計(jì)方面不能隨著今年來水泥的性能、施工條件、環(huán)境條件的巨大轉(zhuǎn)變而與時(shí)俱進(jìn)。
1.2 工程施工過程中片面的追求施工進(jìn)度 由于混凝土強(qiáng)度等級的提高和施工進(jìn)度的加快，實(shí)際耐久性質(zhì)量大幅度下降。在一些橋梁的混凝土施工中添加的早強(qiáng)劑，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和后期強(qiáng)度發(fā)展不良，易開裂，耐久性降低。養(yǎng)護(hù)不良使表層混凝土的抗?jié)B性成倍降低，使鋼筋開始銹蝕的年限成倍縮小。
1.3 在橋梁運(yùn)營過程中缺少正常的檢測和維修 結(jié)構(gòu)耐久性需要有正確使用和正常檢測與維修相配合。重新建、輕維修是橋梁建設(shè)管理工作中重大缺陷，對于基礎(chǔ)設(shè)施工程，應(yīng)在設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)全壽命經(jīng)濟(jì)分析與評價(jià)，只有適當(dāng)加大初始投資費(fèi)用，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)耐久性，才是最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。
2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
2.1 混凝土材料的選擇 混凝土應(yīng)選用低水化熱、低C3A含量、偏低含堿量的水泥?；炷恋墓橇弦诉x用堅(jiān)固耐久的潔凈骨料，重視粗骨料級配及粒形，可以將適量引起作為常規(guī)手段，宜采用偏低的用水量并限制單方混凝土中水泥材料最低和最高用量，盡可能降低水泥材料中的硅酸鹽水泥用量。
2.2 上部結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì) ①橋面鋪裝。橋面鋪裝是橋梁與車輛直接接觸的部件，也是橋面排水的第一道防線。橋面鋪裝一方面承受著汽車的沖擊碾壓剪切作用，另一方面又承受著主梁傳遞的反復(fù)應(yīng)力和撓變，經(jīng)常出現(xiàn)早期損壞，進(jìn)而破壞橋面防水系統(tǒng)，最終導(dǎo)致主梁受橋面水影響而腐蝕主筋，鋪裝混凝土逐漸與主梁剝離，削弱了主梁的受力性能，影響了整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。②橋面防水層。橋面鋪裝與主梁之間的防水層是防止橋面水滲入主梁的第二道防線。不少設(shè)計(jì)中僅單一采用防水混凝土進(jìn)行防水。
由于防水混凝土屬于剛性防水層，一旦開裂后防水性能便大為下降。③主梁。主梁是全橋的主要承力構(gòu)件，一般在設(shè)計(jì)當(dāng)中均要進(jìn)行整體分析和局部分析，重視程度很高，從理論計(jì)算角度均能滿足規(guī)范要求?？墒窃趯?shí)際運(yùn)營當(dāng)中，主梁（主要是箱梁）箱體內(nèi)長期大量積水的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，甚至積水灌滿箱體的情況也有發(fā)生，極大地?fù)p傷了主梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋，使得主梁安全性大大下降。究其原因，很大程度上是對于主梁細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的不到位，主梁排水構(gòu)造設(shè)置不夠完善，橋面積水在長時(shí)間不能排出橋外時(shí)便通過梁頂裂隙進(jìn)入箱體，進(jìn)而在箱體內(nèi)不斷積累，最終形成箱體內(nèi)積水。④伸縮縫。伸縮縫是橋面的重要組成部分，直接影響著橋梁的伸縮性、舒適性。由于對主梁收縮徐變考慮不足，經(jīng)常出現(xiàn)的問題是型號選擇不當(dāng)，導(dǎo)致梁端或在最高溫度時(shí)擠壓損壞，或在最低溫度時(shí)拉壞梁體。伸縮縫在保證梁體縱向伸縮的同時(shí)，也應(yīng)重視防水設(shè)計(jì)。在很多設(shè)計(jì)中，采用直線式伸縮縫，這樣做固然設(shè)計(jì)比較方便，但在橋梁兩端的護(hù)欄處成為主要的漏水區(qū)域。因此，建議選用橫向兩端有翹頭的伸縮縫，使得整個(gè)伸縮縫形成一個(gè)閉合良好的U型槽，可以有效避免橋面積水沿伸縮縫這個(gè)排水薄弱環(huán)節(jié)下泄到分聯(lián)梁端及分聯(lián)墩蓋梁上。
3 下部結(jié)構(gòu)的細(xì)部設(shè)計(jì)
3.1 分聯(lián)墩蓋梁 分聯(lián)墩處由于上部結(jié)構(gòu)設(shè)置伸縮縫，橋面水經(jīng)常通過伸縮縫薄弱環(huán)節(jié)泄漏到分聯(lián)墩蓋梁上，尤其是采用除冰鹽的地區(qū)，分聯(lián)墩蓋梁長期承受著腐蝕性除冰鹽水的腐蝕。因此，分聯(lián)墩蓋梁頂面應(yīng)該設(shè)置橫坡以便排走橋面流下的水，并且要在蓋梁保護(hù)層厚度方面重點(diǎn)考慮防腐蝕要求。另外，為了防止腐蝕性鹽水順墩身流下，避免對墩身和樁基產(chǎn)生不利的影響，設(shè)計(jì)中可在蓋梁挑檐上設(shè)置滴水槽。
3.2 樁頂 橋梁樁基安全直接決定著橋梁的整體安全，是橋梁設(shè)計(jì)的重中之重。樁基頂部與承臺或墩身相連，受截面突變的影響，屬于應(yīng)力集中的部位。橋梁樁頂一般設(shè)計(jì)于地面線附近，受地面水、地下水、橋面排下的含除冰鹽的冰水、地面土（尤其像鹽漬土、土中有機(jī)質(zhì)）等因素中的一種或幾種的影響，經(jīng)常處于干濕交替和腐蝕性環(huán)境，對于樁基頂部的鋼筋混凝土耐久性產(chǎn)生較大的不利作用。因此，樁基尤其是樁頂?shù)脑O(shè)計(jì)中必須要根據(jù)樁頂處的水位情況、土質(zhì)情況合理判定環(huán)境等級，選擇相應(yīng)的耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最終確定保護(hù)層厚度。
4 小結(jié)
通過前面各部分的介紹，我們對于常規(guī)設(shè)計(jì)中一些容易被忽視而又影響結(jié)構(gòu)安全的細(xì)部設(shè)計(jì)有了一定的認(rèn)識。只要能夠有足夠的重視，采取一些必要的措施，完全可以把這些細(xì)節(jié)問題通過代價(jià)并不高的方式加以解決。耐久性預(yù)測不可能是一本精確的科學(xué)，結(jié)構(gòu)使用壽命的預(yù)測只能是個(gè)估計(jì)。由于影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，在工程實(shí)踐中要不斷進(jìn)行總結(jié)，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，作為設(shè)計(jì)工作者應(yīng)結(jié)合已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)毓こ探ㄔO(shè)實(shí)踐認(rèn)真進(jìn)行結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)：
[1]JTG D62-204 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社.
張譽(yù)，等.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論[M].上海：上?？茖W(xué)出版社，2003.
李田，劉西拉.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析與設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，1999.
馬華榮.公路工程病害分析與防治技術(shù)[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.
關(guān)鍵詞：橋梁負(fù)荷；使用壽命；混凝土結(jié)構(gòu)；耐久性設(shè)計(jì)；橋梁細(xì)部構(gòu)造
1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足的主要原因
1.1 工程設(shè)計(jì)的耐久性標(biāo)準(zhǔn)低 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范主要考慮荷載作用下的結(jié)構(gòu)安全性，環(huán)境作用下的耐久性設(shè)計(jì)處于次要的地位，有很多指標(biāo)都是定性的規(guī)定，在一些細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)方面存在一定的漏洞。規(guī)范中沒有設(shè)計(jì)壽命和耐久性設(shè)計(jì)的明確要求。規(guī)范在耐久性設(shè)計(jì)方面不能隨著今年來水泥的性能、施工條件、環(huán)境條件的巨大轉(zhuǎn)變而與時(shí)俱進(jìn)。
1.2 工程施工過程中片面的追求施工進(jìn)度 由于混凝土強(qiáng)度等級的提高和施工進(jìn)度的加快，實(shí)際耐久性質(zhì)量大幅度下降。在一些橋梁的混凝土施工中添加的早強(qiáng)劑，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和后期強(qiáng)度發(fā)展不良，易開裂，耐久性降低。養(yǎng)護(hù)不良使表層混凝土的抗?jié)B性成倍降低，使鋼筋開始銹蝕的年限成倍縮小。
1.3 在橋梁運(yùn)營過程中缺少正常的檢測和維修 結(jié)構(gòu)耐久性需要有正確使用和正常檢測與維修相配合。重新建、輕維修是橋梁建設(shè)管理工作中重大缺陷，對于基礎(chǔ)設(shè)施工程，應(yīng)在設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)全壽命經(jīng)濟(jì)分析與評價(jià)，只有適當(dāng)加大初始投資費(fèi)用，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)耐久性，才是最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。
2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
2.1 混凝土材料的選擇 混凝土應(yīng)選用低水化熱、低C3A含量、偏低含堿量的水泥?；炷恋墓橇弦诉x用堅(jiān)固耐久的潔凈骨料，重視粗骨料級配及粒形，可以將適量引起作為常規(guī)手段，宜采用偏低的用水量并限制單方混凝土中水泥材料最低和最高用量，盡可能降低水泥材料中的硅酸鹽水泥用量。
2.2 上部結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì) ①橋面鋪裝。橋面鋪裝是橋梁與車輛直接接觸的部件，也是橋面排水的第一道防線。橋面鋪裝一方面承受著汽車的沖擊碾壓剪切作用，另一方面又承受著主梁傳遞的反復(fù)應(yīng)力和撓變，經(jīng)常出現(xiàn)早期損壞，進(jìn)而破壞橋面防水系統(tǒng)，最終導(dǎo)致主梁受橋面水影響而腐蝕主筋，鋪裝混凝土逐漸與主梁剝離，削弱了主梁的受力性能，影響了整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。②橋面防水層。橋面鋪裝與主梁之間的防水層是防止橋面水滲入主梁的第二道防線。不少設(shè)計(jì)中僅單一采用防水混凝土進(jìn)行防水。
由于防水混凝土屬于剛性防水層，一旦開裂后防水性能便大為下降。③主梁。主梁是全橋的主要承力構(gòu)件，一般在設(shè)計(jì)當(dāng)中均要進(jìn)行整體分析和局部分析，重視程度很高，從理論計(jì)算角度均能滿足規(guī)范要求?？墒窃趯?shí)際運(yùn)營當(dāng)中，主梁（主要是箱梁）箱體內(nèi)長期大量積水的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，甚至積水灌滿箱體的情況也有發(fā)生，極大地?fù)p傷了主梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋，使得主梁安全性大大下降。究其原因，很大程度上是對于主梁細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的不到位，主梁排水構(gòu)造設(shè)置不夠完善，橋面積水在長時(shí)間不能排出橋外時(shí)便通過梁頂裂隙進(jìn)入箱體，進(jìn)而在箱體內(nèi)不斷積累，最終形成箱體內(nèi)積水。④伸縮縫。伸縮縫是橋面的重要組成部分，直接影響著橋梁的伸縮性、舒適性。由于對主梁收縮徐變考慮不足，經(jīng)常出現(xiàn)的問題是型號選擇不當(dāng)，導(dǎo)致梁端或在最高溫度時(shí)擠壓損壞，或在最低溫度時(shí)拉壞梁體。伸縮縫在保證梁體縱向伸縮的同時(shí)，也應(yīng)重視防水設(shè)計(jì)。在很多設(shè)計(jì)中，采用直線式伸縮縫，這樣做固然設(shè)計(jì)比較方便，但在橋梁兩端的護(hù)欄處成為主要的漏水區(qū)域。因此，建議選用橫向兩端有翹頭的伸縮縫，使得整個(gè)伸縮縫形成一個(gè)閉合良好的U型槽，可以有效避免橋面積水沿伸縮縫這個(gè)排水薄弱環(huán)節(jié)下泄到分聯(lián)梁端及分聯(lián)墩蓋梁上。
3 下部結(jié)構(gòu)的細(xì)部設(shè)計(jì)
3.1 分聯(lián)墩蓋梁 分聯(lián)墩處由于上部結(jié)構(gòu)設(shè)置伸縮縫，橋面水經(jīng)常通過伸縮縫薄弱環(huán)節(jié)泄漏到分聯(lián)墩蓋梁上，尤其是采用除冰鹽的地區(qū)，分聯(lián)墩蓋梁長期承受著腐蝕性除冰鹽水的腐蝕。因此，分聯(lián)墩蓋梁頂面應(yīng)該設(shè)置橫坡以便排走橋面流下的水，并且要在蓋梁保護(hù)層厚度方面重點(diǎn)考慮防腐蝕要求。另外，為了防止腐蝕性鹽水順墩身流下，避免對墩身和樁基產(chǎn)生不利的影響，設(shè)計(jì)中可在蓋梁挑檐上設(shè)置滴水槽。
3.2 樁頂 橋梁樁基安全直接決定著橋梁的整體安全，是橋梁設(shè)計(jì)的重中之重。樁基頂部與承臺或墩身相連，受截面突變的影響，屬于應(yīng)力集中的部位。橋梁樁頂一般設(shè)計(jì)于地面線附近，受地面水、地下水、橋面排下的含除冰鹽的冰水、地面土（尤其像鹽漬土、土中有機(jī)質(zhì)）等因素中的一種或幾種的影響，經(jīng)常處于干濕交替和腐蝕性環(huán)境，對于樁基頂部的鋼筋混凝土耐久性產(chǎn)生較大的不利作用。因此，樁基尤其是樁頂?shù)脑O(shè)計(jì)中必須要根據(jù)樁頂處的水位情況、土質(zhì)情況合理判定環(huán)境等級，選擇相應(yīng)的耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最終確定保護(hù)層厚度。
4 小結(jié)
通過前面各部分的介紹，我們對于常規(guī)設(shè)計(jì)中一些容易被忽視而又影響結(jié)構(gòu)安全的細(xì)部設(shè)計(jì)有了一定的認(rèn)識。只要能夠有足夠的重視，采取一些必要的措施，完全可以把這些細(xì)節(jié)問題通過代價(jià)并不高的方式加以解決。耐久性預(yù)測不可能是一本精確的科學(xué)，結(jié)構(gòu)使用壽命的預(yù)測只能是個(gè)估計(jì)。由于影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，在工程實(shí)踐中要不斷進(jìn)行總結(jié)，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，作為設(shè)計(jì)工作者應(yīng)結(jié)合已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)毓こ探ㄔO(shè)實(shí)踐認(rèn)真進(jìn)行結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)：
[1]JTG D62-204 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社.
張譽(yù)，等.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論[M].上海：上?？茖W(xué)出版社，2003.
李田，劉西拉.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析與設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，1999.
馬華榮.公路工程病害分析與防治技術(shù)[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.