預應力橋梁的結構耐久性淺析

馬英

【摘 要】目前，橋梁的施工技術、材料技術和材料機構理論都得到了長足的發展，作為預應力混凝土結構為主體的橋梁結構的研究也被提上議事日程，技術的發展使得橋梁的構件越來越單薄，但先進的施工技術和精確的計算反而更加延長了橋梁的壽命。需要注意的是，目前關于橋梁結構失效問題研究還不夠重視，國內的起步還較晚，本文主要針對這一重要課題展開研究，希望能給相關專業人員提供參考。

【關鍵詞】預應力；橋梁；結構；耐久性

一、預應力橋梁的結構耐久性概念的提出

筆者通過查閱資料得知，由于橋梁結構耐久性病害而造成的災難和損失是十分巨大的，外國的文獻顯示，南半球的澳大利亞，歐州、北美和日本等許多國家均意識到這個問題，針對道路橋梁結構的耐久性問題，均在進行深入研究和投入經費，對于現存的橋梁結構都進行了檢測、更新或修復，這些投入的經費往往是造價的數倍，總額甚至達到數千億美元。在我國這樣的情況也舉不勝舉：北京西直門立交橋因為結構耐久性不好，僅僅使用20年不到就過早報廢，主要表現為嚴重的鋼筋銹蝕和剝蝕，已于1999年重建。據鐵路部門不完全統計：我國目前共有結構耐久性病害橋梁共六千多座，占全國總數的將近20%，這其中主要為預應力混凝土橋梁，這個數據時觸目驚心的，盡管相關部門投入了很多資金進行維修，但情況不夠樂觀，治理的速度甚至趕不上結構耐久性病害生成的速度，嚴重制約了交通，制約了國民經濟的發展。所以，如何有效地改善預應力橋梁結構的耐久性是當前一個非常迫切和重要的現實問題。

二、預應力橋梁結構耐久性病害的主要原因

我國目前的預應力橋梁大多數是混凝土橋梁，所以研究預應力橋梁結構其實就是研究混凝土的結構耐久性，混凝土結構耐久性病害主要指隨著時間退役，混凝土發生劣化的現象。我們分析一個事物，無非外因和內因，作為混凝土的內因主要包含自身的一些缺點：其中存在空隙、氣泡、含堿量、硫酸鹽侵蝕、溫濕度變化、表面磨損、鹽類結晶等等，這些要從供貨渠道、產品質量等方面加以解決，這里著重分析造成預應力橋梁結構耐久性病害的外部因素。

（一）設計方面的因素。

橋梁的結構設計人員在設計橋梁時，對于安全系數、穩定性指標往往是比較重視的，都要按照規范進行強度的測試和計算，但是對于橋梁機構的材料、構造、耐久性的考慮是嚴重不夠的，有的材料受力路線不清晰，局部過小或過大，有的材料延展性不夠；有的材料鋼筋配比不足，這些都是降低材料耐久性的主要原因，有些橋梁雖然在強度上通過計算是符合要求的，在剛開始運行幾年也是顯現不出來的，但隨著時間的推移，以上問題就會越來越凸顯。

（二）不科學的施工

主要體現為施工現場的管理不嚴格，混凝土的振搗不充分，配比不合理、養護的缺乏和預應力施加不合理等問題，出現的突出問題就是：脹模、構件開裂、剛度不夠、鋼筋保護不夠，這些問題也許在短時間不會影響正常使用，但卻會對結構的耐久性產生十分嚴重的危害。此外，還要高度關注橋梁中鋼筋的銹蝕問題，據筆者統計分析，銹蝕的主要原因是孔道灌漿不密引起的，根子原因還是施工中混合料配比不好的問題，不能達到預定的設計要求。

（三）橋梁筋的應力腐蝕

通常橋梁在預應力作用下，對應力腐蝕十分的敏感，有時并不會產生表面銹斑，保護層剝落、層裂等現象，會發生突然的脆性斷裂，對于高強度的鋼絲來說，及時發生輕微的腐蝕，其損失也是較大的。如果漿液中的如果壓漿膨脹劑含有鋁粉，接觸水泥而反應出氫氣，就會出現氫脆斷。

（四）橋梁的超載也是需要關注的因素

超載現象在我國是比較嚴重的，這種現象會導致橋梁疲勞應力加大，發生構件開裂、荷載降低和剛度下降，最終導致病害加劇，同時這些損傷并不能自行恢復，導致正常狀態下，橋梁的狀態發生了變化，安全性和耐久性會發生變化。一些超載導致的結構破壞事故就是這樣發生的，例如盤錦市的一座橋梁發生超載，梁體的斷裂就造成三輛汽車墜河。

三、提高預應力橋梁結構耐久性的舉措

針對以上分析出的問題，筆者認為要解決好預應力橋梁結構耐久性失效的問題，必須從施工、設計、養護三個方面采取針對性舉措。

（一）要注重提高施工質量，加強現場施工管理

從以上分析不難看出，橋梁混凝土結構的裂縫、密實性和鋼筋保養都是與施工管理分不開的，作為施工管理方必須要加強一線現場的管理，要控制好施工的程序和工序，選擇合適的施工方式方法。具體來說：一是對梁段混凝土新舊的結合面要嚴格檢查，特別是鑿毛和接縫，對混凝土的配比要進行嚴格監管；特別注重錨具下齒板處的混凝土振搗，確保均勻；要事先對橋梁張拉設備進行標定，操控要準確，使構件細部強度、橋梁張拉滿足設計要求。二是要嚴格控制氯的含量，采取的措施就是在混凝土中加入硅粉等抗腐蝕劑，其耐久度必定大大增加。三是要提高波紋管的質量和接頭處的密閉性。四是選擇預應力橋梁筋，要選那些對腐蝕不敏感的，要加強錨具和橋梁筋的防腐處理。如果所處的環境屬于侵蝕性環境，一定要優先采取環氧涂層鋼筋或者采取陰極保護措施。五是要采取后張法來提高預應力橋梁結構的密實性。六是要注重橋面的防水排水，設置好柔性的防水層，確保防水層施工的質量。七是對于保護層厚度的偏差要嚴格控制，確保施工質量。八是保證底模板的支撐和剛度的可靠，避免在初步凝固時發生擾動，加強混凝土養護。

（二）設計上要強化耐久性觀念

觀念是行動的先導，以上所說的接頭跳車、線形不平順、變形過大等問題固然與施工質量有關，但歸根到底還是人員的思想認識沒有提高上來，再設計理念上，要充分考慮到目前的施工管理水平和工藝水平，從而采取更加適當的設計方法來確保橋梁使用性能，注重要對細微部的特殊處理，這一點在國外已經得到足夠的重視。比如可以根據具體環選用合適的裂縫控制等級，加厚保護層以達到4cm為宜，使用高性能混凝土等等。

（三）加強運維護管理

可以采取以下舉措：選用外涂防護層或外鍍的預應力鋼筋；二是可以考慮加入阻銹劑；三是可以考慮在外表面設置防腐防滲材料；四是采取陰極保護；五是用防滲不銹蝕的聚乙烯波紋管，提高接頭處的密閉性。

四、結束語

預應力橋梁結構是當前被廣泛使用的橋梁結構，影響其耐久性和使用壽命的因素有很多，這里面既有其材料自身的因素，更多的還是外部因素，這是一個涉及到多目標、多學科的系統工程，涉及結構、材料、化學、數學及力學等多個學科，涉及問題比較復雜，所以有必要對橋梁的耐久性展開針對性分析，提出應對策略，促進道路橋梁的健康發展。

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