中小跨徑混凝土橋梁耐久性狀況評(píng)估方法探討

楊傳國(guó)

摘 要：近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，交通量越來(lái)越多，車(chē)輛荷載越來(lái)越重，造成橋梁劣化現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，我國(guó)是橋梁大國(guó)，已建成各類(lèi)橋梁近80萬(wàn)座，其中中小跨徑的混凝土橋梁占有很大的比重，如何評(píng)價(jià)中小跨徑混凝土橋梁耐久性狀況，預(yù)估其剩余使用壽命，同時(shí)將有限的養(yǎng)護(hù)資金發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益值得我們思考。

關(guān)鍵詞：中小跨徑橋梁；缺損狀況；無(wú)損指標(biāo)；耐久性狀況評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 問(wèn)題研究背景及意義

橋梁不可能永久完好，不管使用何種結(jié)構(gòu)形式，采用什么樣的材料，橋梁都會(huì)出現(xiàn)老化，有很多因素都會(huì)使其老化，如橋梁結(jié)構(gòu)形式、橋梁的施工質(zhì)量、大氣環(huán)境、交通荷載作用等等。我國(guó)已建有各類(lèi)橋梁近80萬(wàn)座，中小跨徑橋梁占很大比重，荷載試驗(yàn)是評(píng)價(jià)橋梁承載能力最直接的方法，但是荷載試驗(yàn)需要花費(fèi)大量的人力、財(cái)力且需要中斷交通，無(wú)法大量普及，因此亟需一種中小跨徑橋梁耐久性狀況評(píng)估方法，預(yù)估其剩余壽命，筆者長(zhǎng)期從事橋梁檢測(cè)和承載能力評(píng)定工作，結(jié)合多年檢測(cè)檢驗(yàn)，探尋一種簡(jiǎn)單的中小跨徑混凝土橋梁耐久性狀況評(píng)定方法。

2 中小跨徑橋梁耐久性狀況評(píng)估

中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)類(lèi)型簡(jiǎn)單，受力體系明確，其耐久性狀況評(píng)估可根據(jù)橋梁的建造年代、運(yùn)營(yíng)環(huán)境、缺損狀況及無(wú)損指標(biāo)綜合評(píng)定，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定其標(biāo)度并根據(jù)標(biāo)度對(duì)應(yīng)其權(quán)重，采用多指標(biāo)分級(jí)加權(quán)評(píng)定的方法評(píng)價(jià)耐久性。

2.1 橋梁建造年代

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，交通量越來(lái)越多，交通荷載越來(lái)越重，橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范經(jīng)過(guò)幾次修改，從《公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 023—85）規(guī)定的設(shè)計(jì)荷載汽-10、汽-15、汽-20，驗(yàn)算荷載：履帶-50、掛-80、掛-100，到《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ 021—89）增加汽-超20，再到最新的《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）規(guī)定設(shè)計(jì)荷載：公路-I級(jí)、公路-II級(jí)，隨著規(guī)范設(shè)計(jì)荷載的變遷，不同時(shí)期建造的橋梁其設(shè)計(jì)承載能力不同，因此對(duì)橋梁耐久性狀況評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)考慮其建造年代，參考表1對(duì)其建造年代進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 運(yùn)營(yíng)環(huán)境

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50476—2008）要求，混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境按其對(duì)鋼筋和混凝土材料的腐蝕機(jī)理分為5類(lèi)，見(jiàn)表2。

根據(jù)表2，參考表3查取相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)環(huán)境耐久性狀況指數(shù)權(quán)重。

2.3 缺損狀況

橋梁的缺損狀況主要參考裂縫及混凝土破損狀況，裂縫是鋼筋混凝土橋梁最常見(jiàn)的劣化現(xiàn)象，也是導(dǎo)致鋼筋內(nèi)部銹蝕的主要原因，裂縫類(lèi)型分為結(jié)構(gòu)裂縫（受力裂縫）和非結(jié)構(gòu)裂縫（非受力裂縫）兩種，結(jié)構(gòu)裂縫由靜荷載及活荷載所造成，所有裂縫都是受拉產(chǎn)生的，但是根據(jù)結(jié)構(gòu)受力體系，一般將裂縫分為受彎裂縫和剪切裂縫，對(duì)于裂縫寬度的限值，各國(guó)為了滿足耐久性的要求作了不同的規(guī)定，參考我國(guó)《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ 99—2003）和《城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 233—2015）對(duì)裂縫寬度限值的規(guī)定，對(duì)裂縫進(jìn)行評(píng)價(jià)。

缺損狀況耐久性狀況評(píng)價(jià)指數(shù)γ權(quán)重取值表見(jiàn)表4。

2.4 無(wú)損指標(biāo)

2.4.1 碳化

混凝土中的水泥水化物呈強(qiáng)堿性，隨著環(huán)境的侵蝕，空氣中的CO2和水分子與混凝土的堿性成份緩慢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，致使混凝土逐漸失去堿性成份，變成中性，這叫做碳化。因此，對(duì)于長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境的橋梁結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，通過(guò)檢測(cè)其混凝土的碳化深度，并結(jié)合鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度狀況，可以評(píng)判混凝土碳化程度。

2.4.2 強(qiáng)度

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）規(guī)定，采用回彈法對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)。根據(jù)實(shí)測(cè)強(qiáng)度推定值或測(cè)區(qū)平均強(qiáng)度值計(jì)算其推定強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)Kbt或平均強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)Kbm，并按表5的規(guī)定確定混凝土的強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度。

2.4.3 鋼筋銹蝕電位

當(dāng)混凝土處于一個(gè)高堿性環(huán)境，混凝土中液體pH值為13左右時(shí)，由于氯化物或碳化，鋼筋發(fā)生銹蝕。銹蝕過(guò)程中，在表面形成陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)，導(dǎo)致離解，因此，電勢(shì)越高，通常腐蝕率也就越大。

對(duì)于鋼筋銹蝕電位檢測(cè)采用《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）判別，見(jiàn)表6。

無(wú)損指標(biāo)根據(jù)其碳化、強(qiáng)度和鋼筋銹蝕電位評(píng)價(jià)標(biāo)度綜合進(jìn)行評(píng)定，如某一項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到3類(lèi)或3類(lèi)以上，按最差狀況進(jìn)行評(píng)定，其耐久性狀況指數(shù)參考表7。

通過(guò)構(gòu)建一個(gè)耐久性狀況評(píng)價(jià)折減指數(shù)ζ的函數(shù)，其主要與4個(gè)指標(biāo)有關(guān)，建造年代、運(yùn)營(yíng)環(huán)境、缺損狀況及無(wú)損指標(biāo)，見(jiàn)下式：

ζ=f（α、β、γ、δ） （1）

3 某工程實(shí)例

某市濱湖區(qū)三跨簡(jiǎn)支混凝土橋梁，橋長(zhǎng)57.0m，跨徑組合為10m+30m+10m，兩邊跨上部結(jié)構(gòu)為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中跨為預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用樁柱式結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，橋臺(tái)采用重力式結(jié)構(gòu)，臺(tái)身采用漿砌塊石材料，該橋建于20世紀(jì)90年代中期，目前，交通狀況繁忙，有公交車(chē)通行，橋頭兩端設(shè)有10t限載標(biāo)志牌，該橋主要病害有：兩邊跨橋梁跨中L/4～3L/4區(qū)域出現(xiàn)大量橫向裂縫，裂縫最大寬度0.42mm；兩邊跨橋面鋪裝存在3條縱向裂縫，裂縫對(duì)應(yīng)鉸縫位置且鉸縫通常滲水。

根據(jù)上述內(nèi)容，該橋其建造年代耐久性狀況評(píng)價(jià)指數(shù)α取0.90、運(yùn)營(yíng)環(huán)境耐久性狀況評(píng)價(jià)指數(shù)β取0.96、缺損狀況耐久性狀況評(píng)價(jià)指數(shù)γ取0.88、無(wú)損指標(biāo)耐久性狀況評(píng)價(jià)指數(shù)δ取0.98，再根據(jù)公式（1），其耐久性狀況評(píng)價(jià)折減指數(shù)ζ為0.75，根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，耐久性狀況評(píng)價(jià)折減指數(shù)ζ在0.95～1.0為好，在0.85～0.95為較好，在0.70～0.85為合格，在0.60～0.70為較差，在0.60以下為差。

4 總結(jié)與展望

通過(guò)對(duì)橋梁耐久性狀況進(jìn)行評(píng)估，掌握橋梁退化性能和程度，預(yù)估橋梁剩余使用壽命、保證橋梁的安全運(yùn)營(yíng)，有利于養(yǎng)護(hù)部門(mén)合理安排養(yǎng)護(hù)資金，隨著人工智能的發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已在橋梁耐久性狀況評(píng)價(jià)部分應(yīng)用，這是耐久性狀況評(píng)估方法的發(fā)展趨勢(shì)。

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