王慶元

（中交遠洲交通科技集團有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

道路交通運輸行業(yè)的高速發(fā)展推動了高速公路項目工程建設的發(fā)展，而橋梁工程是高速公路的重點控制工程[1]，在發(fā)展過程中也暴露出了一些缺陷和不足，如混凝土開裂、橋梁結構鋼筋腐蝕、混凝土碳化等，都對橋梁的使用壽命有明顯影響[2-3]。因此，研究高速公路橋梁耐久性設計具有重要意義。本文以邯港高速南運河特大橋作為研究對象，對相關工作的實施展開詳細研究。在設計前，進行橋梁所屬水域水質(zhì)的分析，并在此基礎上，針對橋址區(qū)域的水文地質(zhì)環(huán)境進行橋梁結構材料的選型，以確保設計的橋梁可以滿足該工程耐久性的需要。

1 工程概況

邯港高速公路位于河北中南部衡水和滄州兩市，作為連接河北中南部地區(qū)、魯西北地區(qū)及京津兩市的快速通道，有效縮短了城市之間的距離，提高城市連接性。高速公路建設項目的實施將有效加強黃驊港與衡水的經(jīng)濟聯(lián)系，形成以衡水市及冀中南地區(qū)為中心，與大廣、衡德、京臺、京滬、津汕等沿海高速相連接的一條快速出海通道，使衡水市成為京津冀區(qū)域交通物流樞紐，可以有效提升衡水市加入環(huán)渤海經(jīng)濟圈的進程，推動京津冀區(qū)域協(xié)同發(fā)展，促進河北南部地區(qū)經(jīng)濟增長。邯港高速南運河特大橋全長1 899m，主橋上部結構采用（90+2×135+90）m 的預應力混凝土現(xiàn)澆變截面連續(xù)箱梁，引橋采用2×6×（3×40） m 的先簡支后連續(xù)T 梁，下部結構主橋采用空心薄壁墩，引橋采用柱式橋墩、肋板式臺、樁基礎。

2 環(huán)境類別與作用等級

該橋位于河北省衡水市，屬于大陸季風氣候區(qū)，為溫暖半干旱型。一年四季，體感溫差明顯，季節(jié)分明，全年平均溫度13℃。夏季時，會受到太平洋暖氣流的影響，該地區(qū)處于偏悶熱狀態(tài)，極端最高氣溫42.7℃；受太平洋副高邊緣的偏南氣流影響，7 月～8月集中降水，年平均降水量為542.6mm；冬季由于受到西北季風影響，地區(qū)溫度較低，雨雪較少，極端最低氣溫-23℃，最大凍深53cm。

據(jù)水質(zhì)分析資料，橋址區(qū)地表水pH 值=8.04，地下水pH 值=7.51，均屬弱堿性水。如果橋梁鋼筋長時間浸水或處于干濕交替情況，便會發(fā)生地表水和地下水腐蝕橋梁混凝土的情況，影響橋梁耐久度?？辈鞓蛑穮^(qū)環(huán)境類別為Ⅱ類，根據(jù)項目氣象環(huán)境和水土調(diào)研結果，橋址處所處環(huán)境作用等級可參考表1。

表1 環(huán)境作用等級劃分

同一環(huán)境類別下，橋梁的不同結構部位所產(chǎn)生的環(huán)境作用等級也有所不同。因此，在實際施工過程中需要根據(jù)不同的結構部位環(huán)境作用等級制定對應的施工措施，以提高橋梁耐久度，保證其使用壽命，具體結構部位環(huán)境作用等級如表2所示。

表2 結構部位環(huán)境作用等級

3 橋梁高性能混凝土材料選擇

橋梁上下部結構采用低水膠比配置的高性能混凝土進行施工，保證橋梁混凝土性能穩(wěn)定。通過將水泥、粗細集料、礦物摻合料和外加劑等材料按照一定比例配置后，形成一種性能穩(wěn)定、強度高、耐久性好的混凝土材料。配置后的混凝土抗凍融性能較好，同時具有較強的抗銹蝕和抗?jié)B性能，其氯離子的滲透率較低。由此表明，高性能混凝土可以有效提升橋梁的抗化學腐蝕性能。

3.1 水泥

選用強度等級不低于P.O 42.5 的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，不宜使用早強型水泥，比表面積大于300m2/kg，小于350m2/kg，氯離子含量應小于0.06%，堿含量小于0.6%，鋁酸三鈣含量低于8%，其余指標按照《通用硅酸鹽水泥》（GB175—2007）標準進行選擇。以此確保水泥質(zhì)量穩(wěn)定、混凝土的體積穩(wěn)定，防止混凝土開裂，保證橋梁結構使用壽命。

3.2 集料

粗集料不得采用卵石、礫石及砂巖等結構不均勻的碎石，應選擇形狀良好、粒徑合格、集配合理、孔隙率小而且質(zhì)地結實的潔凈碎石。細集料采用集配良好、吸水率低、細度模數(shù)2.6～3.2 的堅固中粗河沙或機制砂。采用優(yōu)質(zhì)的沒有堿活性反應的粗、細集料，可以有效提升橋梁結構的質(zhì)量。

3.3 礦物摻合料

選擇性能穩(wěn)定的F 類粉煤灰和磨細的礦渣作為礦物摻合料。按照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2017）二級標準和《用于水泥、灰漿和混凝土中的?；郀t礦渣粉》（GB/T 18046—2017）中S95級標準進行選擇和檢測。

3.4 外加劑

選擇高性能的聚羧酸減水劑，其具有更好的水泥適應性，促進水泥顆粒的分散，增強攪拌效果，可以大幅度提高混凝土的強度，有效提升拌和物的流動性。

3.5 拌和用水

一般情況下選擇清潔的淡水，不得采用污水和pH 值小于5的酸性水。拌和用水需要按照《混凝土用水標準》（JGJ 63—2006）中的規(guī)定進行配比。

4 橋梁耐久性設計措施

4.1 提高混凝土保護層質(zhì)量

橋梁結構處于濕潤的大氣環(huán)境中，空氣中的CO2滲入混凝土與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應形成碳酸鹽，隨著時間的增加混凝土碳化的程度會逐漸加深，破壞鋼筋表面的鈍化膜，減弱混凝土對鋼筋的保護作用，引起橋梁結構內(nèi)鋼筋銹蝕，降低橋梁結構的承載能力，影響橋梁的使用年限。因此，提高混凝土保護層質(zhì)量對保證橋梁壽命至關重要。

根據(jù)橋梁所處環(huán)境類別及橋梁部位，選擇合適的混凝土強度等級及適當?shù)幕炷帘Ｗo層厚度。優(yōu)化混凝土配合比設計，選擇合適的原材料、適當?shù)乃冶龋┕訌娀炷琳駬v質(zhì)量，提高混凝土的密實度，適當增加保護層厚度，防止橋梁鋼筋銹蝕。對重要結構及易腐蝕部位增加混凝土防腐涂層，保證橋梁結構的使用壽命，確保結構在設計使用年限內(nèi)穩(wěn)定工作。

4.2 氯離子含量控制

橋梁鋼筋的腐蝕程度受氯離子含量的影響較大，鋼筋的銹蝕影響橋梁的使用安全，降低混凝土中氯離子含量是提高橋梁耐久性重要措施?；炷林新入x子主要來源于原材料中水泥、砂、礦物摻合料、水、外加劑等，在混凝土制備過程中，不僅要控制各原材料中氯離子含量符合相關規(guī)范要求，還應控制混凝土中總的氯離子含量，鋼筋混凝土不大于0.1%，預應力混凝土不大于0.06%。優(yōu)化配合比設計，控制混凝土電通量值，采用抗?jié)B透性好的混凝土，同時提高混凝土的施工質(zhì)量，減少氯離子對橋梁鋼筋的腐蝕。對于橋梁結構處于氯化物侵入的環(huán)境時，氯化物通過毛細管的吸收擴散侵入混凝土中，造成鋼筋的銹蝕，對混凝土表面進行憎水處理，可防止氯化物滲入混凝土腐蝕鋼筋，同時增加混凝土的抗凍性，提高橋梁的耐久性。

4.3 混凝土裂縫控制

橋梁高性能混凝土材料選取時，應控制水泥的細度、水化熱、礦物成分，不宜使用過細的水泥，對水化迅速、水化熱大的鋁酸三鈣應控制含量不超過8%?；炷良尤氲V物摻合料可以替代部分水泥，減少水泥的用量，進而減少水泥的水化熱。混凝土中加入礦物摻合料，可以提高混凝土的黏聚性，降低水膠比，減少游離水的含量，減少混凝土的收縮裂縫，提高混凝土的抗?jié)B性和密實性。不得選擇堿活性骨料，不使用含堿化學添加劑的材料，堿與骨料反應造成體積膨脹，積聚應力造成混凝土開裂，引起鋼筋銹蝕，降低結構的承載能力。

水泥水化過程中產(chǎn)生大量水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度升高，如果水化熱不能及時散發(fā)，會造成混凝土內(nèi)外溫差，形成溫度應力，隨著溫度應力的積聚，當溫度應力超過混凝土的約束力時，會造成混凝土開裂。施工時需要控制混凝土的內(nèi)外溫差，尤其是大體積混凝土，應優(yōu)化配合比設計，采用低水化熱水泥，通過摻加礦物摻合料和外加劑，盡可能降低水泥的用量，減緩凝結時間。澆筑過程中根據(jù)構件大小分層、分段、斜面澆筑，利用澆筑面散熱，防止水化熱大量積聚，產(chǎn)生較大的溫度應力。施工時，在混凝土內(nèi)部設置冷卻管，通過冷卻水降低內(nèi)部溫度，同時延緩混凝土的拆模時間，拆模后及時對混凝土覆蓋保溫材料，通過內(nèi)部降溫、外部保溫措施，確?；炷羶?nèi)外的溫差在20℃之內(nèi)。加強對混凝土的養(yǎng)護，使其保持適當?shù)臏貪穸?，降低混凝土產(chǎn)生裂縫的概率。

4.4 提高橋梁防水功能

橋梁鋼筋發(fā)生銹蝕的主要原因之一就是雨水的下滲，因此需要充分提高橋梁的防排水功能。橋梁后期養(yǎng)護情況表明，橋梁在使用過程中由于泄水管設置不足和泄水管堵塞造成橋面的排水不暢，伸縮縫橡膠密封條破損使雨水滲透至梁板、蓋梁、墩臺等結構部位，造成混凝土腐蝕、開裂、脫落和鋼筋銹蝕。因此，在橋梁耐久度設計中，需要合理鋪設防水層，利用柔性防水與剛性防水相結合的方式，保證橋面防水性能。同時提高混凝土的密實性和抗?jié)B能力，強化梁端錨頭封錨混凝土控制，防止梁頭等構件滲水。

橋梁防水層應橫橋向閉合鋪設，加強對排水口、轉(zhuǎn)角、伸縮縫等部位的質(zhì)量控制。根據(jù)降雨量大小、橋梁寬度、橋梁縱橫坡度合理設置泄水管。泄水管采用鑄鐵管、鋼管、PE 管等，不得通過混凝土構件表面排水。泄水孔頂面應低于混凝土調(diào)平層，四周邊緣設排水盲溝，泄水管出口應與混凝土構件表面保持一定距離，防止排水過程中污染梁體，泄水口不得沖刷墩臺基礎。加強伸縮縫處排水設計，為適應伸縮縫變形，伸縮縫處縱向排水管采用柔性伸縮套管，伸縮縫兩側(cè)混凝土采用微膨脹抗?jié)B混凝土，控制伸縮縫處橡膠密封條質(zhì)量，避免雨水下滲影響梁板等結構，嚴格把控施工質(zhì)量。

4.5 管理與養(yǎng)護

隨著運輸行業(yè)的發(fā)展，運營過程中會出現(xiàn)車輛超載現(xiàn)象，超載車輛對橋梁結構的耐久性有著極為不利地影響，嚴重影響橋梁的安全和使用壽命，運營過程中應加強對超載車輛的管控，限制超載車輛通行。加強運營期橋梁的日常巡查和定期檢測，發(fā)現(xiàn)影響橋梁使用安全的問題及時采取措施進行處理，改變以往重建設輕養(yǎng)護的態(tài)度。支座及伸縮縫的失效會改變橋梁的結構受力特性，縮短橋梁的使用壽命，由于橋梁的支座、伸縮縫等結構部位使用壽命遠低于主梁等主體結構的壽命，在運營期應加強對其檢測，對損壞部分及時維修、更換。

在以往橋梁的養(yǎng)護過程中發(fā)現(xiàn)，汽車的長期作用使橋面平整度發(fā)生破壞，橋面的凹凸不平會使汽車車輪對橋面的沖擊力增加，加劇對橋梁的破壞，應對日常巡查中發(fā)現(xiàn)的破損部位進行鑿除，修補鋪裝層病害，保證路面平整。橋梁在使用過程中，由于荷載作用及混凝土的收縮徐變會產(chǎn)生裂縫，隨著裂縫的增大會導致鋼筋銹蝕，從而降低橋梁的承載能力，因此要加強對裂縫的檢測，根據(jù)裂縫類型進行處理，對表層裂縫采用灌漿處理，對深層裂縫，先分析原因，在根據(jù)具體情況采取相應的加固措施。橋面排水不暢會造成橋面積水，積水下滲會腐蝕橋梁結構，影響橋梁結構的耐久性，養(yǎng)護期間應加強巡查，發(fā)現(xiàn)橋面積水及時清除，對泄水管按時疏通。

5 結語

橋梁在建設和使用過程中，受自然因素和外部荷載作用的影響，橋梁構件性能逐漸退化，影響橋梁的正常使用。橋梁結構的安全運行取決于設計是否合理，后期養(yǎng)護維修是否得當。本文以邯港高速南運河特大橋為依托，對橋梁結構、混凝土材料選擇和橋梁耐久性設計等方面進行研究，提出相應的具體施工技術方案與養(yǎng)護措施。