陳 陽(yáng)，潘驍宇，李 尚，謝 旭

(1.浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 杭州 310015； 2.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 路橋?qū)W院， 杭州 311112；3.浙江大學(xué) 土木工程系， 杭州 310058)

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橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)價(jià)研究

陳 陽(yáng)1，潘驍宇2，李 尚1，謝 旭3

(1.浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 杭州 310015； 2.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 路橋?qū)W院， 杭州 311112；3.浙江大學(xué) 土木工程系， 杭州 310058)

橋梁水下結(jié)構(gòu)是橋梁的重要承重構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)狀態(tài)可分為耐久性狀態(tài)和安全性狀態(tài)2類。分析水下混凝土結(jié)構(gòu)材料性能退化模式和病害特征，提出結(jié)構(gòu)狀態(tài)主要評(píng)價(jià)因子，并基于層次分析法建立結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)價(jià)模型。以一座實(shí)際橋梁的水下結(jié)構(gòu)為例，對(duì)該模型的評(píng)價(jià)結(jié)果予以驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，該模型的評(píng)價(jià)結(jié)果可較好地反映水下結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài)，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

水下；混凝土結(jié)構(gòu)；檢測(cè)參數(shù)；耐久性；安全性

橋梁水下結(jié)構(gòu)指跨越江河、海域橋梁的下部結(jié)構(gòu)。水下結(jié)構(gòu)所處的區(qū)域包括水下區(qū)及干濕交替區(qū)。橋梁水下結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的環(huán)境中服役，起傳遞荷載的作用，是橋梁的重要承重構(gòu)件。

目前，橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的評(píng)價(jià)主要依據(jù)JTG/T H21—2011《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》、JTG H11—2004《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》及CJJ 99—2003《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》等。這些標(biāo)準(zhǔn)將橋梁分為橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)3個(gè)子系統(tǒng)，對(duì)其分別進(jìn)行評(píng)價(jià)后，用加權(quán)平均方法來(lái)確定整座橋梁的技術(shù)狀況、等級(jí)。但是，上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)橋梁水下結(jié)構(gòu)的檢測(cè)內(nèi)容、評(píng)價(jià)方法均缺乏明確規(guī)定，甚至沒(méi)有涉及。實(shí)際工程中，水下結(jié)構(gòu)的檢測(cè)評(píng)估往往只能依據(jù)技術(shù)人員的主觀判斷，從而常常導(dǎo)致其得不到重視，隨意性大。

另一方面，隨著混凝土結(jié)構(gòu)的安全事故及早期失效案例頻繁發(fā)生，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)混凝土材料的退化規(guī)律和機(jī)理進(jìn)行了大量研究[1-3]，對(duì)各類環(huán)境中結(jié)構(gòu)耐久性的評(píng)估方法也基本形成，相關(guān)研究成果在現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中也得到了反映。如JTJ/T 193—2009《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 50476—2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)全面規(guī)定了材料性能退化的形式、檢測(cè)方法以及評(píng)價(jià)其影響的方法。這些標(biāo)準(zhǔn)為規(guī)范水下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。

水下混凝土結(jié)構(gòu)由于受到復(fù)雜環(huán)境的影響，材料性能退化及結(jié)構(gòu)病害形式相對(duì)較為復(fù)雜，且混凝土材料自身的性能退化及結(jié)構(gòu)病害的程度、外界影響因素的評(píng)價(jià)等也具有不確定性的特點(diǎn)。為了解決這種因果關(guān)系復(fù)雜、相關(guān)指標(biāo)模糊的綜合系統(tǒng)評(píng)估問(wèn)題，近年來(lái)基于模糊邏輯的方法逐漸受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視[4～6]。該方法通過(guò)層次分析法建立結(jié)構(gòu)狀態(tài)、環(huán)境作用、病害發(fā)展之間的因果關(guān)系，并通過(guò)隸屬函數(shù)確定評(píng)估構(gòu)件對(duì)各模糊參數(shù)的隸屬相關(guān)度，最終確定結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，從而減少了主觀判斷對(duì)結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。

本文基于上述背景，以建立水下混凝土結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估體系為目的，通過(guò)材料退化及典型病害的調(diào)查，分析不同病害的形成機(jī)理、發(fā)展過(guò)程及病害對(duì)橋梁安全性及耐久性的影響。另外，基于層次分析法建立結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估模型，利用現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)、評(píng)估及設(shè)計(jì)規(guī)范的要求建立相關(guān)檢測(cè)參數(shù)的檢測(cè)及分級(jí)方法，且提出橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)的狀態(tài)評(píng)估模型，并用工程實(shí)例予以驗(yàn)證。

1 橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)病害分析

影響水下混凝土結(jié)構(gòu)性能退化的因素分為材料性能退化和結(jié)構(gòu)病害2方面。本文就水下混凝土結(jié)構(gòu)服役水環(huán)境對(duì)上述2方面的影響進(jìn)行闡述。

1.1 水下混凝土材料性能退化

混凝土屬于多孔、非均質(zhì)堿性材料。水對(duì)這種材料的影響一方面起到避免混凝土碳化和干縮開(kāi)裂的有利作用；另一方面，結(jié)構(gòu)在水的物理作用和化學(xué)侵蝕下性能會(huì)產(chǎn)生退化。根據(jù)大量橋梁水下混凝土檢測(cè)結(jié)果及材料特性，混凝土材料性能退化主要有以下幾種形式：

1) 溶蝕。當(dāng)外界軟水滲入混凝土內(nèi)部時(shí)，導(dǎo)致能溶于水的物質(zhì)CH(Ca(OH)2)中的鈣不斷由內(nèi)向外擴(kuò)散且被溶解。隨后，CSH凝膠以相同機(jī)理進(jìn)行分解遷移[7]。溶蝕引起表面混凝土強(qiáng)度及密實(shí)度下降，影響結(jié)構(gòu)的承載能力和對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。干濕交替部位的混凝土溶蝕病害如圖1所示。

2) 磨損和沖蝕。水下結(jié)構(gòu)由于長(zhǎng)期受到水流(特別是高速水流)的沖刷、侵蝕，結(jié)構(gòu)發(fā)生沖蝕損傷，形成沖坑和掏洞，造成骨料、鋼筋裸露，從而影響結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。混凝土的磨損和沖蝕病害如圖2所示。

圖1 干濕交替部位混凝土溶蝕

圖2 混凝土磨損、沖蝕

3) 凍融破壞。寒冷地區(qū)夜間結(jié)冰，而日間太陽(yáng)照射下冰水溶化，反復(fù)結(jié)冰和溶化過(guò)程引起混凝土疏松開(kāi)裂，導(dǎo)致水分滲透到混凝土內(nèi)部。水結(jié)成冰時(shí)會(huì)導(dǎo)致體積膨脹，從而進(jìn)一步擴(kuò)大裂縫范圍。在水面干濕交替區(qū)域，當(dāng)混凝土表面不夠密實(shí)時(shí)，容易發(fā)生凍融病害[8]。凍融導(dǎo)致表面混凝土的密實(shí)性及力學(xué)性能下降?；炷恋膬鋈谄茐娜鐖D3所示。

圖3 凍融破壞

4) 氯離子侵蝕。沿?；蚪；炷翗蛄河捎诃h(huán)境中氯離子濃度高，氯離子侵蝕到混凝土內(nèi)部不但會(huì)破壞鋼筋的堿保護(hù)膜，同時(shí)還會(huì)使鋼筋產(chǎn)生電位差，致使銹蝕電流產(chǎn)生，加速鋼筋的腐蝕速度。鋼筋銹蝕不但會(huì)削弱鋼筋的有效截面積并降低其力學(xué)性能，同時(shí)還會(huì)致使鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能降低且保護(hù)層開(kāi)裂。

5) 化學(xué)侵蝕。海水、地下水的硫酸鹽可導(dǎo)致混凝土硫酸鹽侵蝕。硫酸鹽侵入混凝土內(nèi)部后，其會(huì)與混凝土內(nèi)氫氧化鈣、水化鋁酸鈣、硫鋁酸鈣等水泥水化物和未水化的鋁酸三鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成膨脹性的石膏和鈣釩石。石膏、鈣礬石體積將分別膨脹1.2倍和2.5倍，導(dǎo)致硬化混凝土開(kāi)裂破壞，從而加速滲透。同時(shí)，石膏的形成還會(huì)導(dǎo)致混凝土剛度、強(qiáng)度降低、表面軟化[9]。此外，CO2、鹽酸、硫酸、硝酸等無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸滲入混凝土內(nèi)也會(huì)發(fā)生化學(xué)侵蝕。硫酸鹽的侵蝕病害如圖4所示。

圖4 硫酸鹽侵蝕病害

6) 堿骨料反應(yīng)。堿骨料反應(yīng)是混凝土細(xì)孔溶液中氫氧化物(KOH、NaOH)和骨料中的堿活性礦物質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，生成的化學(xué)物(堿、SiO2)吸水發(fā)生膨脹，從而導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，結(jié)構(gòu)性能下降。堿骨料反應(yīng)病害如圖5所示。

圖5 堿骨料反應(yīng)病害

7) 混凝土碳化。大氣中CO2與水泥水化物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起保護(hù)層混凝土的pH值下降，破壞鋼筋的堿性保護(hù)膜。

8) 鋼筋銹蝕。當(dāng)氯離子滲入到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，會(huì)使混凝土保護(hù)層碳化、開(kāi)裂、失效或者鋼筋直接外露。鋼筋與水分和氧氣直接接觸而產(chǎn)生銹蝕。鋼筋銹蝕不但會(huì)削弱鋼筋的有效面積，降低鋼筋強(qiáng)度和與混凝土之間的粘結(jié)性能，而且還對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性有非常大的影響。鋼筋銹蝕病害如圖6所示。

圖6 鋼筋銹蝕

1.2 水下混凝土結(jié)構(gòu)病害

水下混凝土結(jié)構(gòu)的病害形式與橋梁其他部位的病害既有相同之處，也有其特殊性。下面根據(jù)病害類型分析水下混凝土結(jié)構(gòu)的主要病害形式及其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響(不包含船撞等結(jié)構(gòu)意外損傷)。

1) 混凝土開(kāi)裂。開(kāi)裂是混凝土結(jié)構(gòu)的典型病害，也是導(dǎo)致鋼筋銹蝕、材料抗?jié)B性下降、結(jié)構(gòu)變形和影響結(jié)構(gòu)外觀等的主要原因之一?；炷灵_(kāi)裂病害如圖7所示。

圖7 混凝土開(kāi)裂

混凝土開(kāi)裂通常是多種原因引起的綜合結(jié)果，故判定其成因時(shí)需考慮橋梁使用環(huán)境，及裂縫分布形式、發(fā)展規(guī)律，并結(jié)合材料特性和結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)來(lái)推斷裂縫的成因。根據(jù)裂縫產(chǎn)生原因，可將其分為非結(jié)構(gòu)性裂縫和結(jié)構(gòu)性裂縫(受力裂縫)2大類。

2) 混凝土表面缺陷。層離、剝落、污染、水生動(dòng)植物腐蝕等混凝土表面缺陷是水下結(jié)構(gòu)最常見(jiàn)的病害。雖然沖蝕、溶蝕一般也集中在混凝土表面，屬于表面缺陷的一種，但分布特征及發(fā)展過(guò)程與上述缺陷有所差異，本文不歸為同一類來(lái)考慮。鋼筋銹脹引起的層裂如圖8所示。

圖8 混凝土層離病害

3) 基礎(chǔ)沖刷?；A(chǔ)沖刷是水下結(jié)構(gòu)物的重要病害形式。橋墩及基礎(chǔ)影響原水流的方向，導(dǎo)致水流在基礎(chǔ)周圍迅速改變，帶走基礎(chǔ)下面及基礎(chǔ)周圍的土，引起沖刷病害。沖刷會(huì)改變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，對(duì)橋梁的使用安全有顯著影響。橋墩基礎(chǔ)沖刷如圖9所示[10]。

圖9 橋墩沖刷病害

沖刷形態(tài)分為一般沖刷與局部沖刷2種[11-12]。一般沖刷通常由河道輸沙不平衡或泥沙超限開(kāi)挖所致，局部沖刷主要由建造水工結(jié)構(gòu)物所致。橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)沖刷屬于局部沖刷。

4) 結(jié)構(gòu)變形?；炷两Y(jié)構(gòu)變形包括長(zhǎng)期變形和短期變形2種。長(zhǎng)期變形是由外部條件緩慢變化和收縮、徐變等混凝土固有性質(zhì)所致。外部條件緩慢變化包含地基下沉、地基變形引起的永久性殘余變形等情況。而短期變形是外力作用下產(chǎn)生的塑性變形，如結(jié)構(gòu)在交通荷載、地震荷載、船撞等外力作用下發(fā)生的塑性變形。結(jié)構(gòu)下沉、傾斜等變形影響構(gòu)件的受力狀態(tài)，當(dāng)變形過(guò)大時(shí)，直接影響橋梁的使用安全。

2 橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)

通常，結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估方法有層次分析法(AHP法)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊綜合評(píng)定法等，這些方法各有特點(diǎn)。本文采用AHP法來(lái)評(píng)價(jià)橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)狀態(tài)。該方法是分析復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的一種有效方法[13]。AHP法將定量分析與定性分析相結(jié)合，根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)和分析目標(biāo)，將整體分解為不同的組成因素，并根據(jù)因素間的關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組合，形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型對(duì)目標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)定。

AHP法的應(yīng)用需要以下步驟：建立層次分析模型、構(gòu)造出各層次中的判斷矩陣、層次排序及其一致性檢驗(yàn)等。

2.1 水下混凝土結(jié)構(gòu)層次分析模型

水下混凝土結(jié)構(gòu)的評(píng)估方式包括耐久性評(píng)估及安全性評(píng)估2方面。其中耐久性評(píng)估注重材料性能的劣化速度，而安全性評(píng)估則注重當(dāng)前的結(jié)構(gòu)病害程度。雖然兩者側(cè)重點(diǎn)不同，但并不獨(dú)立，其評(píng)價(jià)指標(biāo)互相重疊。

AHP法通常把結(jié)構(gòu)劃分為幾個(gè)部件，先根據(jù)部件的病害狀況進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，然后再加權(quán)累計(jì)并獲得結(jié)構(gòu)整體的評(píng)價(jià)結(jié)果。盡管水下混凝土結(jié)構(gòu)組成單一，但其耐久性及安全性受到多種因素的影響，包括環(huán)境條件、材料特性及病害狀況等。本文根據(jù)前述病害分析及結(jié)構(gòu)服役環(huán)境，提出層析分析模型，如圖10所示。圖10中，Ai為各層級(jí)的判斷矩陣；第1層分為環(huán)境條件、材料性能及結(jié)構(gòu)病害，本文把鋼筋銹蝕作為材料性能來(lái)考慮；第2層中，環(huán)境條件分為水環(huán)境和大氣環(huán)境，材料性能退化分成鋼筋和混凝土，結(jié)構(gòu)病害分為表面病害、開(kāi)裂、變形等4類；第3層分為抵抗能力和退化現(xiàn)狀，其中對(duì)于不可再分為抗力及退化的參數(shù)直接作為底層的參數(shù)；第4層為底層參數(shù)。

圖10 水下混凝土結(jié)構(gòu)層次分析模型

層次分析法中，底層參數(shù)均可通過(guò)外觀檢查或特殊檢測(cè)等方式獲得。本文參照J(rèn)TJ/T J21—2011《公路橋梁承載能力評(píng)定規(guī)程》、GB/T 50476—2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定來(lái)評(píng)價(jià)底層實(shí)測(cè)結(jié)果的指標(biāo)參數(shù)。通過(guò)將底層權(quán)重和病害程度相組合來(lái)確定上一層指標(biāo)，依次遞增，最終可獲得水下混凝土結(jié)構(gòu)整體狀況的評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣(確定權(quán)重)

AHP法通過(guò)構(gòu)造各層次判斷矩陣來(lái)確定參數(shù)的權(quán)重值。判斷矩陣的形式如式(1)所示。

(1)

式中：A為正互反陣；n為指標(biāo)個(gè)數(shù)；aij為指標(biāo)間兩兩比較的重要性標(biāo)度，用表1所示的1～9標(biāo)度(或其倒數(shù))給出[14]。A是一致性正互反矩陣，須滿足式(2)的一致性條件。

(2)

本文構(gòu)造矩陣中，各因素間兩兩比較的重要性標(biāo)度由專家經(jīng)驗(yàn)得到，即把專家經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為參數(shù)權(quán)重值。根據(jù)各層參數(shù)的權(quán)重值，可計(jì)算參數(shù)總排序權(quán)重值。因矩陣繁多，本文僅給出總排序權(quán)重值。

2.3 層次排序及一致性檢驗(yàn)

層次排序包含層次單排序及層次總排序。層次單排序是對(duì)于上一層次某因素而言，本層次各因素的重要性排序；層次總排序是對(duì)于目標(biāo)層而言，底層各因素的重要性排序。層次排序?qū)嶋H是求解判斷矩陣最大特征根對(duì)應(yīng)的特征向量的過(guò)程。對(duì)于一致性判斷矩陣A而言，A的最大特征根λ=n，其余n-1個(gè)特征根均等于0。當(dāng)人為構(gòu)造的判斷矩陣偏離式(2)的一致性條件時(shí)，Saaty等人[17]建議用其最大特征根對(duì)應(yīng)的歸一化特征向量作為權(quán)向量w，則

Aw=λmaxw

(3)

λmax比n大得越多，則A的不一致性就越嚴(yán)重，引起的判斷誤差也就越大，故需對(duì)一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。Satty[14]提出如式(4)所示的一致性指標(biāo)CI。對(duì)于不同階數(shù)的判斷矩陣而言，則需區(qū)別對(duì)待一致性要求，且需引入平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，見(jiàn)表2。當(dāng)階數(shù)大于2時(shí)，兩者的比值稱為一致性比率CR，其計(jì)算公式見(jiàn)式(5)。

CI=(λmax-n)/(n-1)

(4)

CR=CI/RI

(5)

Vargas[15]認(rèn)為當(dāng)CR小于0.1時(shí)，不一致程度可以接受。本文基于專家經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造的判斷矩陣，在通過(guò)一致性檢驗(yàn)后，計(jì)算得到層次單排序權(quán)重值wi及層次總排序權(quán)重值w0。其中，層次總排序權(quán)重值如表3、表4所示。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

表3 耐久性評(píng)估系統(tǒng)的總排序權(quán)重

表4 安全性評(píng)估系統(tǒng)的總排序權(quán)重

依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范及相關(guān)試驗(yàn)研究成果，本文將所有檢測(cè)參數(shù)均按最優(yōu)隸屬度區(qū)間劃分為1～5級(jí)，各參數(shù)檢測(cè)結(jié)果依此法評(píng)級(jí)后，均用于橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)的狀態(tài)評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果中數(shù)據(jù)所在范圍，把最終獲得的水下混凝土結(jié)構(gòu)評(píng)定結(jié)果分為如下5類。

1類：狀態(tài)評(píng)估結(jié)果在[1,1.5)，結(jié)構(gòu)處于完好狀態(tài)。

2類：狀態(tài)評(píng)估結(jié)果在[1.5,2.5)，結(jié)構(gòu)處于需要適當(dāng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)的良好狀態(tài)。

3類：狀態(tài)評(píng)估結(jié)果在[2.5,3.5)，結(jié)構(gòu)處于應(yīng)小修的一般狀態(tài)。

4類：狀態(tài)評(píng)估結(jié)果在[3.5,4.5)，結(jié)構(gòu)處于需要中修的病害狀態(tài)。

5類：狀態(tài)評(píng)估結(jié)果在[4.5,5]，結(jié)構(gòu)處于需要大修的危險(xiǎn)狀態(tài)。

根據(jù)病害類型的危害性，本文提出單項(xiàng)控制指標(biāo)，即當(dāng)出現(xiàn)以下情況時(shí)，水下混凝土結(jié)構(gòu)整體評(píng)估結(jié)果直接定為5類。

1) 耐久性評(píng)定：鋼筋銹蝕程度(鋼筋截面損失率)、保護(hù)層厚度、裂縫參數(shù)中只要有1項(xiàng)達(dá)到5類，則水下混凝土結(jié)構(gòu)整體評(píng)定為5類。

2) 安全性評(píng)定：基礎(chǔ)沖刷、結(jié)構(gòu)變形(傾斜、不均勻沉降)、表面缺陷中只要有1項(xiàng)達(dá)到5類，則水下混凝土結(jié)構(gòu)整體評(píng)定為5類。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

龍興殿大橋位于龍麗高速公路龍游新建段。該橋中心樁號(hào)為K38+034，全長(zhǎng)781.4 m，跨徑布置為7×20 m+5×25 m+5×25 m+5×25 m+(36 m+65 m+36 m)+5×25 m。該橋分左右2幅，雙幅等寬，橋面全寬25.50 m，單幅橋面凈寬11.5 m。該橋水下混凝土結(jié)構(gòu)為橋墩樁柱及鉆孔樁基礎(chǔ)，其中立柱采用C30混凝土，樁基采用C25混凝土。

該橋位于水庫(kù)上游山區(qū)，水環(huán)境及大氣環(huán)境均處于良好狀態(tài)。但由于山區(qū)季節(jié)性雨水及水庫(kù)蓄放水對(duì)水位及流速的影響，導(dǎo)致該橋水下混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了典型沖刷病害。對(duì)該橋左、右幅21～24號(hào)墩共計(jì)36根樁進(jìn)行了水下樁基檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容及評(píng)定標(biāo)度見(jiàn)表5，病害如圖11所示。

表5 檢測(cè)指標(biāo)輸入值

注：L為橋梁跨徑。

圖11 龍興殿大橋病害

3.2 結(jié)果分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，按本文層次分析模型對(duì)龍興殿大橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表6所示。

表6 龍興殿大橋評(píng)估結(jié)果

從表5可知，在影響結(jié)構(gòu)耐久性的重要指標(biāo)中，鋼筋銹蝕程度(鋼筋截面損失率、鋼筋銹蝕電位)標(biāo)度為3；在影響結(jié)構(gòu)安全性的重要指標(biāo)中，基礎(chǔ)沖刷、表面缺陷、結(jié)構(gòu)變形標(biāo)度為3。從表6可知，結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)定結(jié)果為1.69，安全性評(píng)定結(jié)果為2.28，因此，該橋水下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性狀況均為2類，表明其處于良好狀態(tài)。這些評(píng)價(jià)結(jié)果與橋梁的實(shí)際情況也比較吻合。

綜上所述，本文的評(píng)估模型既全面考慮了各個(gè)檢測(cè)參數(shù)的影響，又合理地反映了各個(gè)檢測(cè)參數(shù)在耐久性及安全性評(píng)估中的不同重要性程度，使橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)的狀態(tài)評(píng)估更具科學(xué)性和合理性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文系統(tǒng)歸納了橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能退化及病害類型，應(yīng)用層次分析法建立了橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的評(píng)估模型，并通過(guò)專家經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造了層次分析法判斷矩陣，其可合理地計(jì)算各個(gè)檢測(cè)參數(shù)的權(quán)重。另外，采用評(píng)估模型對(duì)實(shí)際橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明，評(píng)估模型的權(quán)值合理，其耐久性及安全性評(píng)估結(jié)果與橋梁實(shí)際情況吻合。

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Study on Evaluation of the Status of Underwater Concrete Structure of Bridges

CHEN Yang1, PAN Xiaoyu2, LI Shang1, XIE Xu3

Underwater structure of bridge is the substantial bearing member of bridge and its structural status includes durability status and safety status. This paper analyzes the performance degradation model and disease features of underwater concrete structural material, and suggests major evaluation factors for structure status, and sets up structure status evaluation model based on analysis hierarchy process. An underwater structure of a real bridge is used to verify the evaluation result of this model. The verification result shows the evaluation result of the models may well demonstrate the true status of underwater structure, and it has practical application value.

Underwater; concrete structure; test parameters; durability; safety

10.13607/j.cnki.gljt.2016.05.019

浙江省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012H11)

2016-06-14

陳 陽(yáng)(1985-)，男，浙江省杭州市人，本科，工程師。

1009-6477(2016)05-0079-07

U443.2

A