阿布來(lái)提.卡德?tīng)?吾買(mǎi)爾江.阿不都熱西提

1. 新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院 新疆 烏魯木齊 830000

2. 新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)校 新疆 烏魯木齊 831401

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，橋梁設(shè)計(jì)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。遵循橋梁可持續(xù)的設(shè)計(jì)理念，在橋梁的安全性，適用性以及耐久性等方面均取得重大的突破，所形成的設(shè)計(jì)規(guī)范合理可靠。但實(shí)際中，由于不斷增加的承載周期，使得橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了或多或少的老化，局部損傷等等，導(dǎo)致其安全性以及耐久性降低。該種情況主要與兩方面有關(guān)，一方面是施工質(zhì)量以及后期養(yǎng)護(hù)，另一方面則是與設(shè)計(jì)有關(guān)。本文主要從設(shè)計(jì)角度對(duì)混凝土橋梁的耐久性進(jìn)行研究，以探討提升混凝土橋梁的耐久性措施。

1 混凝土橋梁耐久性退化機(jī)理分析

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在使用時(shí)，抵抗外界環(huán)境以及荷載的作用，并且保證在一定時(shí)間內(nèi)其安全性以及耐久性的能力即耐久性。橋梁在運(yùn)營(yíng)期間常反復(fù)遭受環(huán)境以及荷載的作用，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的材料性能以及強(qiáng)度有所下降，使橋梁的安全性受到影響。在橋梁實(shí)際運(yùn)營(yíng)中探索影響其耐久性的因素，并努力找尋解決該問(wèn)題的措施，并在設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用以使橋梁耐久性有所提升，可使得橋梁的使用年限有所提高，進(jìn)一步保證其安全性，提高其經(jīng)濟(jì)性以及設(shè)計(jì)水平。

橋梁的耐久性主要包括兩方面的內(nèi)容，一方面是材料和結(jié)構(gòu)耐久性的退化，一方面是結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)方法。在環(huán)境因素的影響下，引起的混凝土結(jié)構(gòu)的物理變化，如表層出現(xiàn)破損以及凍融的破壞等，以及混凝土結(jié)構(gòu)的化學(xué)變化，如溶解或溶出類(lèi)型的侵蝕等等，導(dǎo)致混凝土材料的耐久性不斷降低。結(jié)構(gòu)耐久性的退化主要是因?yàn)闃?gòu)件間不斷降低的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，以及因銹蝕等因素導(dǎo)致裂縫寬度不斷增加。此外，若在評(píng)估橋梁的耐久性時(shí)選取了較少的環(huán)境因素，或是選取了不恰當(dāng)?shù)沫h(huán)境參數(shù)，也是使得橋梁的耐久性有所不足，使其破損提前出現(xiàn)的原因之一。

2 耐久性設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

影響橋梁耐久性的因素較為廣泛，涉及到了設(shè)計(jì)，施工以及養(yǎng)護(hù)等各個(gè)部分，一般表現(xiàn)為橋梁混凝土有裂縫以及破碎的現(xiàn)象，并且鋼筋與混凝土的連接作用降低，如下圖1所示，橋梁耐久性不僅對(duì)其正常使用有所影響，更加導(dǎo)致了工程上資金的浪費(fèi)。針對(duì)混凝土橋梁耐久性的設(shè)計(jì)，目前主要存在如下所述的幾方面內(nèi)容：

（1）混凝土橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)，鑒于結(jié)構(gòu)受力以及經(jīng)濟(jì)預(yù)算等方面的內(nèi)容所需考慮因素較多，而較少考慮結(jié)構(gòu)在耐久性方面的問(wèn)題。因此就容易導(dǎo)致所設(shè)計(jì)橋梁缺乏整體性，具有有不均勻的受力以及構(gòu)件的截面尺寸不符合規(guī)范等情況，使得混凝土橋梁的耐久性有所降低。

圖1 橋梁耐久性不足導(dǎo)致的病害

（2）目前在設(shè)計(jì)時(shí)，關(guān)于橋梁的耐久性理論還需完善，大多數(shù)橋梁在到達(dá)其設(shè)計(jì)使用年限之前就以及進(jìn)行更換。而設(shè)計(jì)人員對(duì)于橋梁的耐久性缺乏一定的認(rèn)知，只看重橋梁的強(qiáng)度極限狀態(tài)進(jìn)行考慮，而并不重視橋梁的使用極限狀態(tài)。在設(shè)計(jì)時(shí)僅以概念形式去運(yùn)用耐久性設(shè)計(jì)，即僅按規(guī)范套用耐久性設(shè)計(jì)而沒(méi)有根據(jù)實(shí)際情況去挖掘現(xiàn)場(chǎng)可能導(dǎo)致耐久性降低的因素以及解決方法，如針對(duì)沿海地區(qū)而言，鑒于其較高的氯離子含量，對(duì)于鋼筋的保護(hù)環(huán)境應(yīng)采取更高的設(shè)計(jì)條件，而不能僅簡(jiǎn)單的套用規(guī)范要求。

（3）設(shè)計(jì)人員素質(zhì)還需提升，目前設(shè)計(jì)院里的設(shè)計(jì)人員具有較好的學(xué)歷，但大多均為應(yīng)屆畢業(yè)生，從而出現(xiàn)了部分設(shè)計(jì)人員缺乏現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)象，對(duì)于耐久性設(shè)計(jì)缺乏細(xì)節(jié)上的處理。盡管對(duì)于耐久性有較多的研究，但這些成果尚且未能轉(zhuǎn)化，與實(shí)際有脫節(jié)，在應(yīng)用時(shí)有較大困難。

3 提高混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)的措施

3.1 規(guī)范耐久性設(shè)計(jì)的過(guò)程

混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)與承載能力設(shè)計(jì)的差別有：對(duì)于橋梁的耐久性設(shè)計(jì)主要考慮：環(huán)境作用下，耐久性極限狀態(tài)時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的壽命等級(jí)，并且不得低于設(shè)計(jì)使用壽命概率；對(duì)于橋梁的承載能力設(shè)計(jì)主要考慮：荷載效應(yīng)作用下，承載能力極限狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)等級(jí)，并且不得低于可靠度指標(biāo)?；跇蛄耗途眯栽O(shè)計(jì)和承載能力設(shè)計(jì)的區(qū)別，確定橋梁耐久性設(shè)計(jì)的過(guò)程為：

（1）確定橋梁使用壽命。橋梁的使用壽命需結(jié)合建設(shè)水平，運(yùn)營(yíng)狀態(tài)以及經(jīng)濟(jì)性等因數(shù)進(jìn)行考慮。橋梁使用壽命的確定較為復(fù)雜，并且構(gòu)件所處環(huán)境不同也會(huì)導(dǎo)致其使用壽命的不同，如沿海地區(qū)具有更加突出的耐久性問(wèn)題，因而其耐久性要求較高；大型橋梁工程由于具有較高的重要性等級(jí)，因而也是具有較高的使用壽命要求。一般情況下橋梁構(gòu)件的使用壽命建議值如下表1所示。

構(gòu)件 實(shí)際壽命 建議壽命鋼伸縮縫 10-25 25橡膠支座 15-45 45 RC 基礎(chǔ) 45-80 80 RC 橋墩立柱 35-60 60主梁 PC 70-90 80 RC 50-70 60鋼50-90 80

（2）明確橋梁耐久性極限狀態(tài)?；跇蛄撼休d能力極限狀態(tài)，對(duì)于耐久性極限狀態(tài)也應(yīng)從安全性，使用性以及經(jīng)濟(jì)性三方面出發(fā)。如在考慮耐久性極限狀態(tài)下的適用性時(shí)，可從鋼筋腐蝕程度以及混凝土保護(hù)層的損壞程度出發(fā)進(jìn)行確定。

（3）計(jì)算環(huán)境效應(yīng)。環(huán)境作用是影響橋梁耐久性的重要因素，環(huán)境因素包括有溫濕度以及冰凍等，此外還需綜合考慮人為因素的影響等，這些因素均是影響橋梁耐久性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

（4）計(jì)算橋梁的耐久性以及確定耐久性參數(shù)。橋梁耐久性的計(jì)算可以通過(guò)宏觀模型進(jìn)行，如氯離子侵蝕等。根據(jù)宏觀模型對(duì)影響橋梁耐久性的物理參數(shù)的變化過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，以對(duì)壽命期橋梁結(jié)構(gòu)各種參數(shù)的退化情況。

（5）修正常規(guī)力學(xué)計(jì)算的結(jié)果。根據(jù)橋梁耐久性的計(jì)算參數(shù)，對(duì)常規(guī)力學(xué)的計(jì)算可靠度以及安全性指標(biāo)進(jìn)行反饋，結(jié)合計(jì)算結(jié)果對(duì)橋梁的耐久性參數(shù)進(jìn)行修正，以保證橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性，進(jìn)一步提高橋梁的安全性。

3.2 完善橋梁耐久性設(shè)計(jì)參數(shù)

橋梁設(shè)計(jì)中有鑒于環(huán)境類(lèi)別以及混凝土強(qiáng)度等級(jí)所設(shè)計(jì)的最小混凝土保護(hù)層厚度，但在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員往往根據(jù)習(xí)慣而在選取設(shè)計(jì)采用值時(shí)均采用最小值。據(jù)相關(guān)研究有，空氣濕度是影響混凝土橋梁性能的主要因素，根據(jù)國(guó)內(nèi)城市的溫濕度調(diào)查中，即使是年平均溫濕度相近的城市，仍然具有差距較大的環(huán)境類(lèi)別劃分，因而在進(jìn)行混凝土橋梁的耐久性設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行參數(shù)的完善設(shè)計(jì)，除了需要對(duì)現(xiàn)有階段的環(huán)境因素進(jìn)行考慮之外，還需增加某些考量因素，以確保在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能的對(duì)真實(shí)環(huán)境進(jìn)行模擬。

3.3 加強(qiáng)橋梁的防水設(shè)計(jì)

確保橋梁構(gòu)造以及防止橋梁被腐蝕的第一道屏障是橋梁的防水工程。在進(jìn)行橋梁的耐久性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先加強(qiáng)其防排水的設(shè)計(jì)。橋梁的防排水設(shè)計(jì)需保證整體性原則，所建立的防水體系應(yīng)確保具有可檢，可修，可換的性能，主梁內(nèi)的通風(fēng)以及排水系統(tǒng)應(yīng)較為良好，以保證主梁所處環(huán)境的干燥性，橋臺(tái)以及背墻應(yīng)滿(mǎn)足快速排水要求，設(shè)置防水措施于橋面板以及邊梁，采取可更換的構(gòu)件或者涂層確保鋼筋不被腐蝕。更加需要看重橋梁細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，確保構(gòu)件的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)的合理性，施工控制質(zhì)量的良好等均是保證混凝土橋梁耐久性的重要因素。橋梁的耐久性設(shè)計(jì)有助于橋梁服務(wù)年限的提升以及全壽命周期成本的降低，因此橋梁耐久性設(shè)計(jì)的水平以及理念方法等的提高是非常有必要的。文中所涉及的耐久性設(shè)計(jì)以及參數(shù)完善方法等均可運(yùn)用于現(xiàn)有橋梁耐久性的設(shè)計(jì)過(guò)程，以使其得到改善。橋梁耐久性的設(shè)計(jì)屬于系統(tǒng)工程，其設(shè)計(jì)方法仍需在今后的研究中不斷完善。