1、对桥梁结构耐久性设计的认识摘要：桥梁建设是国家重要的基础建设之一，桥梁工程是关系到社会和经济协 调发展的生命线工程。然而，大量的公路桥梁，在使用过程中出现了许多缺陷和问题，其主要原因是由于桥梁结构的耐久性不足造成的。耐久性与结构的使用寿命相关联，是使用期内结构保持正常功能的能力，而这一种正常功能直接影响结构的安全性和结构的适用性，并且更多地体现在适用上。本文针对当前桥梁结构耐久性差的现状详细阐述了提高桥梁结构耐久性的设计措施。 关键词：桥梁结构；耐久性；混凝土；防腐；防水中图分类号：K928.78 文献标识码：A 一、桥梁结构耐久性差易引发的后果 混凝土结构的耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀
2、、物理作用或任何其它破坏过程的抵抗能力。长期以来，工程界普遍认为混凝土是一种耐久性能良好的建筑材料，在工程设计中对钢筋混凝土结构耐久性问题没有引起足够的重视及更深研究认识，造成了钢筋混凝土结构耐久性研究和设计的相对滞后，并为此付出了沉重的代价。如轰动全国的彩虹桥倒塌事件、四川宜宾市金沙港桥因吊杆断裂导致塌桥事故，给人民生命财产带来了巨大的损失，其主要原因是钢材的耐久性不足引起的安全事故。 二、桥梁结构耐久性差的原因 （一）设计理论和结构构造体系不够完善 不可否认，在桥梁设计领域，特别是关于桥梁施工和使用期安全性的问题还有许多可以改进的地方。结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案，其次是结构
3、分析、构件及连接的设计，并采用规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。 许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性、施工及使用全过程中经常出现的人为因素等方面去加强和保证结构的安全性。有的结构整体性和延性不足，冗余性小；有的计算图式和受力路线不明确，造成局部受力过大；有的混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄，这些都削弱了结构耐久性，从而严重影响结构的安全性。不少桥梁设计虽然满足设计规范的规定的强度要求，但仅使用了短暂时间后就因为耐久性不足而出现影响结构安全的病害。可见结构耐久性不足已成
4、为最现实的一个安全问题，因此设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性。 （二）施工和管理水平低 在我国由于部分不良施工单位偷工减料导致施工质量不过关，大量的桥梁在远没有达到预期使用寿命时，就出现了影响结构正常使用功能的病害与劣化；特别是一些桥梁结构在只使用了几年、甚至刚建成不久就出现严重的耐久性不足的问题，通常都施工质量低下有重要关系，对于短期内发生的诸如突然破坏与倒塌，多是由于施工质量没有达到规范和设计要求，其中材料强度不足和施工工艺不合格等，所造成的后果将是非常严重的。 （三）混凝土材料质量控制不严格 混凝土材料的组成以及混凝土材料中有害成分的含量是影响混凝土耐久性优劣的一个重要方
5、面。 例如，在以前对结构耐久性认识还不是很充分的时期，为了缩短施工周期、加快施工进度，在混凝土中添加大量的氯盐早强剂，结果导致钢筋混凝土结构中钢筋非正常的严重锈蚀。再如，在硫酸盐环境中，不使用抗硫酸盐水泥，而使用普通的硅酸盐混凝土材料且不控制较小的混凝土水灰比，导致硫酸盐很容易地渗入混凝土内部，与硅酸盐水泥成分产生化学反应，反应产物体积膨胀，导致混凝土粉碎性破坏等。这些都是以前对混凝土结构耐久性认识不足局而付出的沉重代价。 提高桥梁结构耐久性的措施 （一）适当加大钢筋混凝土保护层厚度 混凝土碳化是钢筋锈蚀的前提。一般情况而言，只有保护层碳化，钢筋表层钝化膜破坏，钢筋才有可能锈蚀。因此，针对不同
6、的腐蚀环境应设计采用不同的保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。鉴于此，相关规范给出了钢筋混凝土结构最小保护层厚度参考值，但设计时适当加大钢筋混凝土结构保护层厚度对提高混凝土结构耐久性是非常有益的。 （二）加强构造配筋，防止混凝土结构非正常开裂 混凝土结构的任何损伤与破坏，一般在混凝土结构中首先会出现裂缝，裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表，同时裂缝的出现会增加混凝土渗透性，提供了使侵蚀破坏作用逐步升级、混凝土耐久性不断下降的渠道。当混凝土开裂后，侵蚀速度将大大加快，形成导致混凝土结构耐久性的进一步退化的恶性循环。因此，防止混凝土结构非正常开裂，对提高混凝土结构
7、的耐久性是十分重要的。控制混凝土的裂缝开展，除按规范要求控制正常使用极限状态的工作裂缝以外，更重要的是要采取构造措施，控制混凝土施工及使用过程大量出现的非工作裂缝。 （三）提高后张法预应力钢筋管道压浆质量 后张法预应力钢筋管道压浆质量是影响预应力混凝土梁耐久性的关键因素之一。 桥规 JTG D62-2004规定，预应力钢筋管道压浆用水泥浆的抗压强度不应低于 30MPa，其水灰比为 0.40.5，为减少收缩，还可通过试验确定掺入适量膨胀剂。因预应力钢筋的锈蚀会导致结构的突然破坏，事先不易被发现，在耐久性设计中必须特别重视，并采用多重的防护手段。 对此，对于可能遭受氯盐侵蚀的预应力混凝土结构，预应
8、力筋、锚具、连接器等钢材组件都应采用环氧涂层或涂锌，后张预应力体系的管道必须具有良好的密封性能，不宜使用金属的螺旋管，宜采用有良好密封性能的高密度塑料波形管，同时，管道灌浆材料和灌浆方法要事先通过试验验证，尽可能降低浆体硬化后形成的气孔，并采用真空灌，必要时还可以在灌浆材料中掺入适量的阻锈剂。 （四）在结构局部使用防腐材料 目前跨径为 1625m 的多跨现浇连续钢筋混凝土箱梁结构的桥梁在广泛的修建，由于普通钢筋混凝土结构是一种带裂缝工作的结构，因而在负弯矩区总会出现裂缝，鉴于负弯矩区裂缝是一种向上开口的“V”形裂缝，桥面水容易渗入，遭受长期浸蚀后，负弯矩钢筋的锈蚀是应予以特别重视的问题。 对于
9、钢筋防护而言，在任何情况下混凝土质量都是最重要的。如果混凝土材料或施工质量不好，或设计有缺陷等都会加速病害的发生和发展。在高质量混凝土中掺加钢筋阻锈剂，被认为是长期保护钢筋延缓腐蚀破坏、实现设计寿命的最简单、最经济和最有效的技术措施。 加入钢筋阻锈剂能起到两方面的作用：一方面推迟了钢筋开始生锈的时间，另一方面，减缓了钢筋腐蚀发展的速度。 （五）加强桥面铺装层的防水设计 1、桥梁防水的细部设计 设计单位应将防水层的设计在全桥范围内进行整体考虑特别是在伸缩缝处、泄水管处、防撞墙与分隔带边缘等特殊部位做到防水层的连续性，使其防水层的设置更趋于合理。同时与结构设计统筹考虑，如：预制的钢筋混凝土梁桥和预
10、应力混凝土梁桥的横向铰缝处，应保证其在运营过程中有足够的刚度，减小其变形、使铺装层的受力与主梁的受力相协调、保证防水层正常工作。 2、外翼缘板的防水 过去设计人员对桥梁外侧翼板防水重视不够，致使许多城市立交桥在经过雨水、雪水，特别是冬季的融雪盐碱水冲洗后，留下许多白色沉积物，既不美观又可能造成对翼缘板的腐蚀。设计人员通过改变外侧翼缘板结构外形即可阻断各种水对翼缘板的浸蚀，起到防水作用。 3、泄水管及周边防水 桥面防水的设计理念应该是“防排结合，以排为主” 。这是因为再好的防水层，如果长期浸泡在水中，加之动荷载的作用，就会加大其破坏的程度，缩短使用周期，同时，冻胀作用会使桥面隆起，加速桥面铺装的
11、破坏。因此桥面铺装层的纵坡、横坡必须符合设计要求，泄水管的布置要合理，使桥面排水通畅，另外在桥面铺装层设计和泄水管的构造上应考虑沥青混凝土层间水的排放。 4、预制梁接缝处防水 由于工期紧张，设计上经常采用预制 T 型梁桥，由于湿接缝的存在，在混凝土收缩作用下，新旧混凝土截面势必开裂。由于 T 型梁安装后，相邻翼板的高差可能达到 23cm，为开展下一步工序，必须铺设找平层，且不与 T 型梁顶面连接，从而形成一大块薄板(68cm)，在车辆荷载的长期作用下，易产生碎裂造成漏水。因此，建议找平层与湿接头混凝土一起浇筑，使预制梁接缝和桥面找平层成为一体，共同参加工作，这样可以大大提高接缝处的抗拉强度。
12、（六）桥梁耐久性监控监测设计 桥梁耐久性监控监测设计对桥梁安全、耐久性具有重要的意义。桥梁耐久性自动化监控监测系统，是针对桥梁的振动位移、速度、加速度、应力、应变、频率、振型、阻尼、裂缝、强度、刚度等技术参数进行采集、处理，所采集的数据经过处理后，计算出位移、振动幅度、裂缝、应力等桥梁耐久性数据。既可以为桥梁的在线分析提供决策依据，也可以提交给有关的桥梁结构耐久性软件做进一步的分析处理，从而及时掌握桥梁的即时结构状态，全面了解桥梁的运营条件及质量退化状况，为监测对象提供早期安全预警报告。 结语 综上，我国正处在大规模建设桥梁之际，桥梁结构耐久性不足的后果是非常严重的，不容忽视的。要从设计、选材与施工、维护各个环节着手，特别要以体现设计为前提、为龙头的指导思想改进我国桥梁防水、防腐结构设计，从而有效延长我国桥梁的使用寿命。 参考文献 1吴海军，彭作军，陆萍.砼桥梁耐久性设计原则与构造措施探讨J.重庆交通学院学报，2006.1. 2卫军，张晓玲，赵霄龙混凝土结构耐久性研究现状和发展方向J低温建筑技术，2003.5. 3卢永成，艾伏平.东海大桥结构耐久性设计与技术措施J.上海公路，2005.1.
