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        混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的耐久性設(shè)計(jì)問題分析

        2020-03-05 23:05:12李淵
        關(guān)鍵詞:耐久性橋梁混凝土

        李淵

        (浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,杭州310000)

        1 引言

        在社會(huì)高速發(fā)展之下,經(jīng)濟(jì)發(fā)展也非常之快,這就使得交通運(yùn)行量逐步加大。導(dǎo)致橋梁承受的交通載荷非常大,給橋梁造成了較大的損壞,同時(shí),由于很多橋梁中混凝土施工材料在長期應(yīng)用過程中老化嚴(yán)重,再加上設(shè)計(jì)考慮不周或者施工環(huán)節(jié)存在的質(zhì)量問題,造成橋梁耐用性嚴(yán)重不足,出現(xiàn)嚴(yán)重的病害與缺陷,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全性無法得到保證。在公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中,需要重點(diǎn)進(jìn)行混凝土橋梁承載能力的設(shè)計(jì),但是,往往忽略了環(huán)境變化而使材料發(fā)生損壞的情況。在公路設(shè)計(jì)中,若對(duì)耐久性的考慮嚴(yán)重不足,會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能無法達(dá)到使用的需要,極易造成安全事故發(fā)生,后續(xù)維護(hù)與管理費(fèi)用也會(huì)比較高,造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)及巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,要充分考慮這些問題,選擇最佳的設(shè)計(jì)方案,延長橋梁使用壽命,滿足交通運(yùn)行的需要[1]。

        2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)原則

        橋梁結(jié)構(gòu)在建設(shè)及運(yùn)營期,不光會(huì)受到環(huán)境、地理位置的影響,還要承受車輛荷載、風(fēng)荷載、地震作用、疲勞作用、超載及其他人為因素等外因,同時(shí),材料的自身性能也會(huì)不斷老化,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分出現(xiàn)不同程度的指標(biāo)降低?;炷猎谀途眯苑矫娴膯栴}主要表現(xiàn)在混凝土水侵害、有害離子滲透性及抗碳化能力差、結(jié)構(gòu)開裂、鋼筋銹蝕,鋼筋保護(hù)層太薄等。

        其中,鋼筋腐蝕與混凝土的碳化、氯離子侵蝕、水分及氧的存在條件是分不開的?;炷两Y(jié)構(gòu)中存在毛細(xì)孔道,使得這種侵蝕成為可能。而另一個(gè)原因就是混凝土裂縫,也成為提供這種條件的原因。其中,混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫對(duì)鋼筋的腐蝕影響更大,一旦混凝土發(fā)生開裂,鋼筋的腐蝕程度將大大加速。由此可見,混凝土的防腐應(yīng)從2 方面入手,先要注重橋梁防水能力,并避免氯離子侵蝕。然后就是提高混凝土中鋼筋的保護(hù)層厚度,防止水分及氯離子對(duì)混凝土的侵蝕,控制混凝土的碳化,從而防止鋼筋的銹蝕,達(dá)到加強(qiáng)耐久性的目的。

        3 橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)局限

        3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與理論問題

        從目前實(shí)際情況來分析,橋梁工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還比較低,很多細(xì)節(jié)并不是很完善。比如,沒有給設(shè)計(jì)人員提供有效的指導(dǎo)。在正常運(yùn)行中,因?yàn)榻煌康某掷m(xù)增加,導(dǎo)致交通結(jié)構(gòu)中橋梁工程質(zhì)量和安全要求逐步增加。從實(shí)際情況來分析,橋梁設(shè)計(jì)人員的理念存在偏差情況,沒有充分地重視強(qiáng)度數(shù)據(jù)計(jì)算,造成數(shù)據(jù)存在嚴(yán)重偏差,結(jié)構(gòu)性能比較差,耐久性也無法保證。長期應(yīng)用之下,橋梁受到交通載荷的持續(xù)作用,整體性能難以達(dá)到使用的要求,安全性更是無法保證[2]。

        3.2 材料設(shè)計(jì)實(shí)用性不高

        施工材料是橋梁的基礎(chǔ),關(guān)系著橋梁的質(zhì)量,同時(shí),對(duì)橋梁成本也會(huì)有著直接的影響。但是,在橋梁設(shè)計(jì)過程中,在材料的設(shè)計(jì)控制與實(shí)施環(huán)節(jié),沒有發(fā)揮出重要的作用,使用材料的性能比較差。這一問題的存在,極大地影響了橋梁綜合性能,容易發(fā)生安全事故,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此,在目前的橋梁工程設(shè)計(jì)中,要以橋梁的實(shí)際情況為出發(fā)點(diǎn),有效對(duì)比各種施工材料,分析材料的優(yōu)勢與缺陷,選擇符合工程需要的施工材料,提升橋梁的性能,保障交通運(yùn)行更加安全與可靠。

        3.3 施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不完善

        因?yàn)闃蛄汗こ痰脑O(shè)計(jì)與施工存在復(fù)雜性,所以需要充分重視施工圖紙的設(shè)計(jì),這是工程的指導(dǎo)性文件。但是,目前施工圖紙存在很多遺漏問題,施工圖紙的質(zhì)量比較差。比如,受力計(jì)算與分析存在明顯的缺陷,尤其是對(duì)特殊部分的受力分析比較差,無法滿足正常運(yùn)行的需要。造成這一問題的主要原因就是設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)不足,設(shè)計(jì)方法過于理論化,沒有切實(shí)考慮到工程的實(shí)際情況,導(dǎo)致施工圖紙有著嚴(yán)重的缺陷,影響橋梁工程的質(zhì)量和性能。

        4 橋梁結(jié)構(gòu)中優(yōu)化耐久性設(shè)計(jì)的措施

        4.1 提高混凝土保護(hù)層控制

        設(shè)計(jì)中建議適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度,減少施工誤差造成的保護(hù)層偏薄問題。并要求施工時(shí)通過優(yōu)化配合比,提高混凝土密實(shí)度?;炷翝仓r(shí)應(yīng)給予充分重視,優(yōu)先選擇質(zhì)量過硬、支撐牢固的模板體系,混凝土振搗要到位,不跑漿,盡量避免出現(xiàn)蜂窩、孔洞等問題。并建議能在配合比試驗(yàn)中摻入優(yōu)質(zhì)的粉煤灰,改變澆筑后混凝土的孔隙結(jié)構(gòu),提高混凝土的總體密實(shí)度,同時(shí)增加對(duì)氯離子擴(kuò)散的阻力。

        此外,在設(shè)計(jì)文本中應(yīng)明確施工中應(yīng)采取的措施,以控制混凝土有害裂縫的產(chǎn)生。應(yīng)先從材料出發(fā),要防止混凝土中堿集料反應(yīng)引起混凝土裂縫,優(yōu)先選擇含堿量低的水泥,避免使用堿活性集料,不使用含堿或含堿量低的化學(xué)外加劑等。另外,應(yīng)對(duì)集料生產(chǎn)、運(yùn)輸堆放及攪拌等工序進(jìn)行科學(xué)管理,避免含氧化鎂、硫酸鹽等膨脹集料或生石灰碎塊混入集料中,導(dǎo)致集料膨脹反應(yīng)從而引起澆筑后混凝土開裂。應(yīng)使用設(shè)計(jì)允許或經(jīng)過試驗(yàn)確定的最小水泥用量以及能滿足和易性要求的最小用水量,均勻澆筑混凝土,及時(shí)養(yǎng)護(hù)。施工現(xiàn)場的材料堆放要合理,避免施工荷載過大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

        在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),應(yīng)先優(yōu)先選用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),從源頭上避免結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。在附屬結(jié)構(gòu)的選用上,應(yīng)合理設(shè)置并正確安裝橋梁支座與伸縮裝置,運(yùn)營期加強(qiáng)橋梁養(yǎng)護(hù),及時(shí)清理伸縮縫中雜物,防止伸縮縫頂死產(chǎn)生破壞性裂縫?;炷翝仓r(shí)應(yīng)控制水化熱,必要時(shí)設(shè)置冷卻管,以避免溫度變化引起混凝土開裂。

        4.2 控制氯離子含量

        混凝土中氯離子含量對(duì)鋼筋腐蝕的影響極大,一般來說,鋼凝結(jié)構(gòu)中氯鹽的摻量應(yīng)少于水泥質(zhì)量的1%,有摻入氯鹽的混凝土不宜采用蒸汽養(yǎng)護(hù),而且必須振搗密實(shí)??赏ㄟ^選用新型的高效減水劑和優(yōu)質(zhì)混凝土礦物摻和料,配以與之相適應(yīng)的水泥和級(jí)配良好的粗細(xì)骨料,從而生產(chǎn)出高密度、高耐久性、低水灰比、低缺陷率的混凝土材料。并在混凝土拌制過程中摻入一定量的阻銹劑,以延緩氯離子對(duì)鋼筋鈍化膜的破壞。

        4.3 提高橋梁防水性能

        混凝土保護(hù)層碳化和氯化物侵蝕是混凝土中鋼筋銹蝕的主要原因,而這2 種腐蝕現(xiàn)象都是以水為載體進(jìn)行的,因此,橋梁防水是橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。結(jié)合大量的橋梁檢測資料分析,大部分橋梁病害的形成,都是由橋面防水層的破壞,橋面排水不暢,水從橋面滲入到橋面板下的梁、墩臺(tái)等部位,加速橋梁混凝土的碳化和混凝土內(nèi)鋼筋的侵蝕而造成的。

        因此,在橋面防水設(shè)計(jì)時(shí),除選擇性能優(yōu)異,具有良好的抗?jié)B、抗剪、抗拉的防水層外,還應(yīng)把水泥混凝土鋪裝設(shè)計(jì)為防水混凝土(設(shè)計(jì)中應(yīng)明確混凝土的防水等級(jí))或在其表面涂抹抗?jié)B劑以達(dá)到防水效果,即柔性和剛性防水相結(jié)合的措施。另外,還應(yīng)在遵照相關(guān)國家規(guī)范及規(guī)程的基礎(chǔ)上,對(duì)橋梁上、下部的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行細(xì)致和專業(yè)的設(shè)計(jì),并增加強(qiáng)度、應(yīng)力等技術(shù)指標(biāo)的控制值,增加結(jié)構(gòu)剛度,減少結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生,避免類似病害發(fā)生。

        4.4 混凝土表面增設(shè)防護(hù)涂層

        混凝土結(jié)構(gòu)表面涂裝是在混凝土表面形成一層耐侯、抗?jié)B、耐久的涂層,增加了一層阻止介質(zhì)進(jìn)入混凝土的防線。目前,越來越多的橋梁結(jié)構(gòu)采用了混凝土涂裝的方案,均取得了較好的使用效果?;炷练雷o(hù)涂層應(yīng)在混凝土完全養(yǎng)護(hù)完畢后進(jìn)行;當(dāng)在舊混凝土結(jié)構(gòu)上使用時(shí),應(yīng)對(duì)疏松空隙的混凝土進(jìn)行表面預(yù)處理后再進(jìn)行涂裝,既不影響熟化期混凝土的排水、排氣,也能有效阻止有害介質(zhì)在混凝土使用過程中侵入。

        5 結(jié)語

        綜上所述,橋梁是非常重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施,其耐久性對(duì)橋梁的正常使用存在直接的影響,所以需要在設(shè)計(jì)中充分重視耐久性的設(shè)計(jì),保證設(shè)計(jì)圖紙達(dá)到使用的需要。從實(shí)際情況出發(fā),深入分析耐久性評(píng)定分析方法、橋梁連接技術(shù),以保證其整體性達(dá)到使用需求,進(jìn)而可以滿足交通運(yùn)行的需要,促進(jìn)社會(huì)的高速發(fā)展。經(jīng)過本文的分析,可以通過多種方式來提升橋梁的性能,促進(jìn)交通通行安全性和穩(wěn)定性的提高,帶動(dòng)交通事業(yè)的發(fā)展,推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。

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