混凝土結構橋梁的耐久性設計問題分析

李淵

（浙江省交通規劃設計研究院有限公司，杭州310000）

1 引言

在社會高速發展之下，經濟發展也非常之快，這就使得交通運行量逐步加大。導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，由于很多橋梁中混凝土施工材料在長期應用過程中老化嚴重，再加上設計考慮不周或者施工環節存在的質量問題，造成橋梁耐用性嚴重不足，出現嚴重的病害與缺陷，導致結構安全性無法得到保證。在公路項目設計過程中，需要重點進行混凝土橋梁承載能力的設計，但是，往往忽略了環境變化而使材料發生損壞的情況。在公路設計中，若對耐久性的考慮嚴重不足，會導致結構性能無法達到使用的需要，極易造成安全事故發生，后續維護與管理費用也會比較高，造成嚴重的資源浪費及巨大的經濟損失。因此，混凝土橋梁結構設計過程中，要充分考慮這些問題，選擇最佳的設計方案，延長橋梁使用壽命，滿足交通運行的需要[1]。

2 混凝土結構耐久性設計原則

橋梁結構在建設及運營期，不光會受到環境、地理位置的影響，還要承受車輛荷載、風荷載、地震作用、疲勞作用、超載及其他人為因素等外因，同時，材料的自身性能也會不斷老化，導致結構各部分出現不同程度的指標降低。混凝土在耐久性方面的問題主要表現在混凝土水侵害、有害離子滲透性及抗碳化能力差、結構開裂、鋼筋銹蝕，鋼筋保護層太薄等。

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。混凝土結構中存在毛細孔道，使得這種侵蝕成為可能。而另一個原因就是混凝土裂縫，也成為提供這種條件的原因。其中，混凝土結構的裂縫對鋼筋的腐蝕影響更大，一旦混凝土發生開裂，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層厚度，防止水分及氯離子對混凝土的侵蝕，控制混凝土的碳化，從而防止鋼筋的銹蝕，達到加強耐久性的目的。

3 橋梁結構耐久性的設計局限

3.1 設計標準與理論問題

從目前實際情況來分析，橋梁工程設計標準還比較低，很多細節并不是很完善。比如，沒有給設計人員提供有效的指導。在正常運行中，因為交通量的持續增加，導致交通結構中橋梁工程質量和安全要求逐步增加。從實際情況來分析，橋梁設計人員的理念存在偏差情況，沒有充分地重視強度數據計算，造成數據存在嚴重偏差，結構性能比較差，耐久性也無法保證。長期應用之下，橋梁受到交通載荷的持續作用，整體性能難以達到使用的要求，安全性更是無法保證[2]。

3.2 材料設計實用性不高

施工材料是橋梁的基礎，關系著橋梁的質量，同時，對橋梁成本也會有著直接的影響。但是，在橋梁設計過程中，在材料的設計控制與實施環節，沒有發揮出重要的作用，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，容易發生安全事故，造成嚴重的經濟損失。因此，在目前的橋梁工程設計中，要以橋梁的實際情況為出發點，有效對比各種施工材料，分析材料的優勢與缺陷，選擇符合工程需要的施工材料，提升橋梁的性能，保障交通運行更加安全與可靠。

3.3 施工圖紙設計不完善

因為橋梁工程的設計與施工存在復雜性，所以需要充分重視施工圖紙的設計，這是工程的指導性文件。但是，目前施工圖紙存在很多遺漏問題，施工圖紙的質量比較差。比如，受力計算與分析存在明顯的缺陷，尤其是對特殊部分的受力分析比較差，無法滿足正常運行的需要。造成這一問題的主要原因就是設計人員經驗不足，設計方法過于理論化，沒有切實考慮到工程的實際情況，導致施工圖紙有著嚴重的缺陷，影響橋梁工程的質量和性能。

4 橋梁結構中優化耐久性設計的措施

4.1 提高混凝土保護層控制

設計中建議適當增加混凝土保護層厚度，減少施工誤差造成的保護層偏薄問題。并要求施工時通過優化配合比，提高混凝土密實度。混凝土澆筑時應給予充分重視，優先選擇質量過硬、支撐牢固的模板體系，混凝土振搗要到位，不跑漿，盡量避免出現蜂窩、孔洞等問題。并建議能在配合比試驗中摻入優質的粉煤灰，改變澆筑后混凝土的孔隙結構，提高混凝土的總體密實度，同時增加對氯離子擴散的阻力。

此外，在設計文本中應明確施工中應采取的措施，以控制混凝土有害裂縫的產生。應先從材料出發，要防止混凝土中堿集料反應引起混凝土裂縫，優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外加劑等。另外，應對集料生產、運輸堆放及攪拌等工序進行科學管理，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，導致集料膨脹反應從而引起澆筑后混凝土開裂。應使用設計允許或經過試驗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，及時養護。施工現場的材料堆放要合理，避免施工荷載過大導致結構開裂。

在設計環節，應先優先選用預應力結構，從源頭上避免結構裂縫的產生。在附屬結構的選用上，應合理設置并正確安裝橋梁支座與伸縮裝置，運營期加強橋梁養護，及時清理伸縮縫中雜物，防止伸縮縫頂死產生破壞性裂縫。混凝土澆筑時應控制水化熱，必要時設置冷卻管，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鋼筋腐蝕的影響極大，一般來說，鋼凝結構中氯鹽的摻量應少于水泥質量的1%，有摻入氯鹽的混凝土不宜采用蒸汽養護，而且必須振搗密實。可通過選用新型的高效減水劑和優質混凝土礦物摻和料，配以與之相適應的水泥和級配良好的粗細骨料，從而生產出高密度、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，以延緩氯離子對鋼筋鈍化膜的破壞。

4.3 提高橋梁防水性能

混凝土保護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 種腐蝕現象都是以水為載體進行的，因此，橋梁防水是橋梁結構耐久性設計中的重要內容。結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、墩臺等部位，加速橋梁混凝土的碳化和混凝土內鋼筋的侵蝕而造成的。

因此，在橋面防水設計時，除選擇性能優異，具有良好的抗滲、抗剪、抗拉的防水層外，還應把水泥混凝土鋪裝設計為防水混凝土（設計中應明確混凝土的防水等級）或在其表面涂抹抗滲劑以達到防水效果，即柔性和剛性防水相結合的措施。另外，還應在遵照相關國家規范及規程的基礎上，對橋梁上、下部的結構尺寸進行細致和專業的設計，并增加強度、應力等技術指標的控制值，增加結構剛度，減少結構裂縫的產生，避免類似病害發生。

4.4 混凝土表面增設防護涂層

混凝土結構表面涂裝是在混凝土表面形成一層耐侯、抗滲、耐久的涂層，增加了一層阻止介質進入混凝土的防線。目前，越來越多的橋梁結構采用了混凝土涂裝的方案，均取得了較好的使用效果。混凝土防護涂層應在混凝土完全養護完畢后進行；當在舊混凝土結構上使用時，應對疏松空隙的混凝土進行表面預處理后再進行涂裝，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在混凝土使用過程中侵入。

5 結語

綜上所述，橋梁是非常重要的交通基礎設施，其耐久性對橋梁的正常使用存在直接的影響，所以需要在設計中充分重視耐久性的設計，保證設計圖紙達到使用的需要。從實際情況出發，深入分析耐久性評定分析方法、橋梁連接技術，以保證其整體性達到使用需求，進而可以滿足交通運行的需要，促進社會的高速發展。經過本文的分析，可以通過多種方式來提升橋梁的性能，促進交通通行安全性和穩定性的提高，帶動交通事業的發展，推動社會進步。