對(duì)路橋設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性的幾點(diǎn)探討

范 榮

(湛江市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，廣東 湛江 524000)

對(duì)路橋設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性的幾點(diǎn)探討

范 榮

(湛江市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，廣東 湛江 524000)

公路橋梁作為交通樞紐性工程，其在公路交通工程中占據(jù)關(guān)鍵的地位。但隨著公路橋梁工程的大量興建，它在運(yùn)營(yíng)過程中受材料性能、受力荷載、環(huán)境因素的影響，其耐久性能隨時(shí)間發(fā)展而逐漸降低，當(dāng)降低到極限值時(shí)可能會(huì)發(fā)生橋梁坍塌事故。因此，為了確保公路橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)的安全性、耐久性，對(duì)其設(shè)計(jì)過程中安全性與耐久性的研究具有非常重要的意義。

公路橋梁 安全性 耐久性 鋼筋銹蝕

0引言

在上世紀(jì)60、70年代建設(shè)的公路橋梁，到目前均已運(yùn)營(yíng)了40～50年，其受施工因素、環(huán)境因素、運(yùn)營(yíng)狀況等影響，且原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)較現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)偏低，加之橋梁的運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)管理不到位，導(dǎo)致一些公路橋梁過早的出現(xiàn)裂縫、鋼筋銹蝕等病害，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性能下降問題，影響橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在近十幾年來，我國(guó)交通量迅速增加，且超載車輛也不斷增多，這就造成大多數(shù)橋梁處于超載運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，且多數(shù)公路橋梁構(gòu)件老化、破損等原因加劇了橋梁安全性、耐久性下降速度。

1公路橋梁安全性和耐久性的現(xiàn)狀

1.1 危橋數(shù)量多，安全性降低

在1982年的公路普查中，危橋總數(shù)占全國(guó)橋梁數(shù)量的3.45%。在我國(guó)國(guó)道公路橋梁中，橋梁的設(shè)計(jì)荷載等級(jí)低于公路-10級(jí)約占5.4%。雖然我國(guó)已經(jīng)加大對(duì)鋼筋混凝土橋梁的維修加固，并投入大量的人力、物力、財(cái)力，但是橋梁老化的數(shù)量隨時(shí)間的推移逐漸的增多，鋼筋混凝土橋梁新生病害的速度仍遠(yuǎn)超維修加固的速度，且一些橋梁因承載力不足已不可正常運(yùn)營(yíng)，不得采取有效地限速限載運(yùn)行，并對(duì)病害較嚴(yán)重的橋梁采取維修加固措施，提高其承載能力。

1.2 耐久性能降低

由環(huán)境作用引起混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部損傷，如環(huán)境中的CO2、氯離子、水等通過混凝土的缺陷（裂縫、孔道、孔穴等）滲入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并與混凝土結(jié)構(gòu)中的一些成分發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，影響整體結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性。

（1）混凝土碳化

混凝土中的Ca(OH)2和環(huán)境中滲透進(jìn)混凝土中CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境的堿度逐漸降低[2]，破壞了鋼筋表面的鈍化保護(hù)膜，致使鋼筋處于易氧化的狀態(tài)，從而導(dǎo)致鋼筋發(fā)生銹蝕反應(yīng)。

（2）氯離子侵蝕

橋梁結(jié)構(gòu)受冬季除冰鹽與海洋環(huán)境中氯離子的影響，氯離子透過混凝土構(gòu)件表面的縫隙侵蝕到鋼筋表面與鋼筋發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使鋼筋過早的銹蝕。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在混凝土的配合比設(shè)計(jì)中水灰比設(shè)計(jì)不合理，或是在混凝土澆筑施工中振搗不密實(shí)，這些因素均可導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋出現(xiàn)過早的銹蝕。

（3）堿—骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)是指混凝土中的堿性物質(zhì)與具有堿活性的骨料之間發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)所生成的產(chǎn)物吸水膨脹或反應(yīng)導(dǎo)致骨料膨脹，造成混凝土開裂破壞現(xiàn)象，常被稱為混凝土結(jié)構(gòu)的“癌癥”。

（4）凍融循環(huán)破壞

凍融破壞，主要是滲入到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分在冬季外界溫度較低的環(huán)境下結(jié)冰凍脹，造成混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的破壞，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間多次循環(huán)凍脹后，損傷積累造成結(jié)構(gòu)表面層的剝落，混凝土結(jié)構(gòu)的相對(duì)彈性模量降低。研究發(fā)現(xiàn)，混凝土強(qiáng)度越高，其脆性越高，對(duì)應(yīng)力也越敏感，在荷載重復(fù)作用下會(huì)產(chǎn)生更多的微裂縫，而這些微裂縫又成為外界腐蝕介質(zhì)進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的通道，從而加快混凝土結(jié)構(gòu)破壞。

（5）鋼筋銹蝕

混凝土構(gòu)件中鋼筋鈍化保護(hù)膜破壞后，鋼筋在水分和氧氣的作用下發(fā)生銹蝕反應(yīng)，造成鋼筋體積膨脹，迫使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沿鋼筋走向的裂縫，且使得混凝土與鋼筋的粘結(jié)力降低。同時(shí)，鋼筋表面積的減少，使鋼筋混凝土構(gòu)件的承載能力減弱，并隨著時(shí)間推移，構(gòu)件裂縫、變形逐漸增大，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

2公路橋梁設(shè)計(jì)中安全性與耐久性的研究

2.1 公路橋梁安全設(shè)計(jì)的研究

（1）提高設(shè)計(jì)水平，改善方案設(shè)計(jì)思路

針對(duì)公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中存在的不足之處，組織設(shè)計(jì)專家、施工經(jīng)驗(yàn)豐富的人員、監(jiān)理工程師進(jìn)行公路橋梁規(guī)范的修訂，完善設(shè)計(jì)規(guī)范，提高公路橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為公路橋梁的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)做基本依據(jù)。

路橋設(shè)計(jì)單位需要定期對(duì)參與、從事公路橋梁設(shè)計(jì)的人員進(jìn)行教育培訓(xùn)，以提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)知識(shí)。在對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行考察施工現(xiàn)場(chǎng)，使之對(duì)橋梁施工過程中的材料、施工機(jī)械有一個(gè)全新的理解和全方位的感受，為他們以后的設(shè)計(jì)工作注入新的設(shè)計(jì)理念。

改善設(shè)計(jì)思路：提高設(shè)計(jì)人員對(duì)于城市路橋所處環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化設(shè)計(jì)水平。現(xiàn)今，城市路橋的動(dòng)態(tài)變化繁多而且情況復(fù)雜，改善以往的靜態(tài)設(shè)計(jì)思路轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)思路就顯得必要而且緊迫。

（2）重視疲勞損傷，提高創(chuàng)新水平

在城市路橋設(shè)計(jì)中重視疲勞損傷：在設(shè)計(jì)城市路橋設(shè)計(jì)時(shí)注意加入疲勞損傷因素，充分考慮疲勞損傷的形成原因，結(jié)合具體影響因素制定科學(xué)、合理的涉及對(duì)策解決損傷問題。

適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展需要，提高理論和實(shí)踐中的創(chuàng)新水平：現(xiàn)在城市路橋建設(shè)中大跨徑、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜越來越多。為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求必須提高城市路橋設(shè)計(jì)中的理論和實(shí)踐創(chuàng)新，研究其內(nèi)在機(jī)理，分析其具體影響因子，給出科學(xué)合理的解決方案。

2.2 提高公路橋梁耐久性的設(shè)計(jì)措施

（1）控制水灰比與提高混凝土強(qiáng)度

混凝土拌合物的水灰比與混凝土強(qiáng)度是兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的因素。若混凝土拌合物的水灰比越小，則混凝土強(qiáng)度會(huì)越大，同時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度也會(huì)越高；相反，若混凝土拌合物的水灰比越大，則混凝土強(qiáng)度會(huì)越小，同時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度也會(huì)越低。而混凝土碳化主要外界環(huán)境中的CO2、SO2等腐蝕性氣體通過混凝土結(jié)構(gòu)孔隙向內(nèi)部擴(kuò)散以及發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程，若混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)程度越高，則腐蝕性氣體向內(nèi)部擴(kuò)散的阻力會(huì)越大。因此，混凝土碳化速度與混凝土拌合物的水灰比成反比，且它是影響混凝土碳化速度的主要因素之一。

（2）選取合適的水泥品種

由于水泥的品種較多，不同品種的水泥（硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等）其化學(xué)組成有較大的不同，并對(duì)混凝土的碳化速度有不同程度的影響。研究表明，若混凝土拌合物的配合比相同，采用礦渣水泥的混凝土結(jié)構(gòu)碳化速度比采用其它品種水泥混凝土結(jié)構(gòu)碳化速度較快。此外，由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部堿性物質(zhì)含量受多方面因素的影響，即使采用同一類型水泥的混凝土結(jié)構(gòu)，其碳化速度也不相同。

（3）其他措施

混凝土水化硬化反應(yīng)狀態(tài)對(duì)混凝土碳化反應(yīng)的速度有較大的影響。若混凝土澆筑施工質(zhì)量不良，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)度較低，則會(huì)加快混凝土碳化速度；同時(shí)，若混凝土養(yǎng)護(hù)期表面失水較多，則會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)表層結(jié)構(gòu)疏松，將會(huì)使得同一構(gòu)件的不同部位其碳化速度存在較大的差異。

3結(jié)束語

綜上所述，隨著公路橋梁的大量興建，但在其后期使用過程中安全性、耐久性出現(xiàn)明顯的下降，導(dǎo)致橋梁的穩(wěn)定性降低。因此為了確保公路橋梁運(yùn)營(yíng)過程的穩(wěn)定性，需要加強(qiáng)對(duì)其設(shè)計(jì)過程中安全性與耐久性的重視，推進(jìn)公路橋梁的可持續(xù)發(fā)展。

[1]楊先義. 淺析路橋設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2013(01)

[2]張靖燁. 簡(jiǎn)析現(xiàn)代市政路橋混凝土施工技術(shù)[J]. 黑龍江科學(xué). 2014(07)

[3]陳勇威. 如何加強(qiáng)市政路橋工程施工質(zhì)量管理[J]. 科技資訊. 2012(13)

TU7

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1007-6344（2015）05-0214-01