高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)橋梁樁基損傷現(xiàn)場模擬試驗(yàn)

孟英鵬

摘 ? ?要：隨著我國西部大開發(fā)的深入發(fā)展，很多高速公路橋涵結(jié)構(gòu)都需要穿越高海拔強(qiáng)沿沼澤區(qū)，這對(duì)橋梁樁基的耐腐蝕性以及牢固性要求相對(duì)較高。特別是在高速公路橋梁樁基長時(shí)間運(yùn)行后會(huì)出現(xiàn)性能變化而影響公路橋梁的安全性以及穩(wěn)定性。因此，需要對(duì)高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)橋梁樁基損傷進(jìn)行現(xiàn)場模擬試驗(yàn)。這樣才能準(zhǔn)確掌握影響公路橋梁樁基承載力以及穩(wěn)定性的各種因素，提高公路橋梁樁基的安全性。

關(guān)鍵詞：高海拔;強(qiáng)鹽沼澤區(qū);橋梁樁基;損傷試驗(yàn)

1 ?公路橋梁樁基安全性評(píng)價(jià)概述

在對(duì)高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)公路橋梁樁基損傷進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，需要對(duì)橋梁的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，關(guān)注公路橋梁樁基在受外界環(huán)境影響時(shí)，承載力出現(xiàn)的變化以及樁基整體結(jié)構(gòu)性能的變化。這樣可以對(duì)公路橋梁樁基安全性進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。公路橋梁樁基受外界環(huán)境影響比較大，很容易出現(xiàn)問題對(duì)橋梁的承載力以及安全性產(chǎn)生不利影響。橋梁樁基安全性評(píng)價(jià)的發(fā)展歷史相對(duì)較長，在對(duì)橋梁樁基進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，主要是從樁基的質(zhì)量狀況、服務(wù)功能、安全性能等方面出發(fā)，利用評(píng)分的方式對(duì)樁基的安全性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。這樣可以保證橋梁樁基安全性評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。需要注意的是常用對(duì)策橋梁樁基安全性評(píng)價(jià)方法適用在普通舊橋上部結(jié)構(gòu)的損傷以及評(píng)價(jià)過程中，不能對(duì)高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)的公路橋梁樁基的安全特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，在高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)公路橋梁樁基安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，需要對(duì)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行進(jìn)一步研究創(chuàng)新，要重點(diǎn)考慮公路橋梁樁基的耐腐蝕性[1]。

2 ?高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)公路橋梁路基問題

在高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)公路橋梁施工時(shí)，沿線區(qū)域的地表蒸發(fā)比較強(qiáng)烈，地下水分的蒸發(fā)量比較大，并且地下水位埋深受季節(jié)變化的影響比較大，鹽類很容易在地表面積聚形成斑狀、潮濕、鹽霜、鹽殼等現(xiàn)象。這會(huì)對(duì)公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重腐蝕，從而影響公路橋梁樁基的穩(wěn)定性以及牢固性。對(duì)高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)公路橋梁樁基進(jìn)行檢查，可以發(fā)現(xiàn)公路界碑被嚴(yán)重腐蝕、鋼筋外露，并且沿線橋梁、涵洞基礎(chǔ)以及橋墩都出現(xiàn)了不同的侵蝕情況。特別是鹽分含量較高的地表區(qū)域，橋墩的侵蝕情況更加嚴(yán)重。

3 ?公路橋梁樁基損傷現(xiàn)場模擬試驗(yàn)

在高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)，公路橋梁樁基受地下水位變化以及溫度變化的影響比較大，可能會(huì)導(dǎo)致樁身處被腐蝕時(shí)，并且會(huì)因?yàn)閮鋈谘h(huán)作用而影響樁身的穩(wěn)定性及安全性。高海拔強(qiáng)鹽沼澤公路橋梁樁基被腐蝕會(huì)對(duì)公路運(yùn)行安全產(chǎn)生極大影響。為了能夠準(zhǔn)確研究高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)公路橋梁樁基腐蝕后的具體變化情況，需要對(duì)其在不同條件下的公路橋梁樁基的力學(xué)性能變化情況進(jìn)行研究和分析。

3.1 ?現(xiàn)場試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

在開展公路橋梁樁基損傷現(xiàn)場試驗(yàn)工作之前，需要做好充足的準(zhǔn)備工作。因?yàn)椴煌幕炷敛牧蠒?huì)對(duì)公路橋梁樁基的腐蝕情況產(chǎn)生影響。因此，在現(xiàn)場試驗(yàn)工作之前要對(duì)混凝土配合比進(jìn)行合理控制。對(duì)試驗(yàn)過程中的各種組成材料性質(zhì)要進(jìn)行嚴(yán)格控制：①水泥為普通硅酸鹽水泥，在3齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為24.1MPa，而28齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為49.3MBPa。②碎石粒徑要控制在5～21毫米，砂以中砂為主，細(xì)度模數(shù)最好控制為2.6，含泥量要在0.8%以下，保證顆粒級(jí)配良好。③礦物摻合料以粉煤灰、硅灰以及礦渣等為主。粉煤灰的需水量比為101%，摻量為20%。硅灰的平均粒徑為0.2μm，摻量為5%。礦渣粉的摻量為20%，活性指數(shù)7天為76 ，28天為103。在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，還需要添加其他摻加劑，包括UEA混凝土膨脹劑，要將其加入量控制為凝膠材料質(zhì)量的10%;而水泥基自愈合防水材料摻量為膠凝材料質(zhì)量的1.5%;在添加緩凝高效引氣型減水劑時(shí)，要保證其減水率為25%，并且要使氯離子含量滿足相關(guān)要求產(chǎn)量，摻量最好為膠凝材料質(zhì)量的1.2%。亞硝酸鈣阻銹劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的2.0%。在對(duì)混凝土進(jìn)行配備時(shí)，最好使用飲用水，防止其他水源內(nèi)含有雜質(zhì)較多而對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。

3.2 ?現(xiàn)場試驗(yàn)方法

在現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，混凝土試件要在現(xiàn)場成型，澆混凝土的坍落度控制在180mm～220mm，含氣量為3%～5%。混凝土試件的總數(shù)為675塊，將99塊放置在現(xiàn)場試驗(yàn)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，可以對(duì)最終的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。對(duì)其余的576塊試件進(jìn)行拆模，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行預(yù)埋試驗(yàn)。在對(duì)混凝土試件進(jìn)行預(yù)埋時(shí)，需要對(duì)不同深度進(jìn)行合理控制，一般在地表、地下0.25m、地下1.25m以及水中進(jìn)行預(yù)埋。預(yù)埋的時(shí)間為3個(gè)月、9個(gè)月以及12個(gè)月，再將試件取出稱重。混凝土試件從土中以及水中取出后必須用水進(jìn)行清潔并晾干表面，再進(jìn)行測試。在對(duì)混凝土試件的單軸抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可以利用2000kN電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)[2]。

對(duì)鋼筋銹蝕率進(jìn)行測定時(shí)，主要是以面積銹蝕率以及質(zhì)量銹蝕率測定兩種方法。第一，面積銹蝕率測定是指將銹蝕后的鋼筋取出后清除混凝土，并利用透明玻璃紙包裹鋼筋表面銹蝕物，將鋼筋放在方格紙上，畫出方格紙上銹蝕物的面積。然后利用公式計(jì)算鋼筋面積銹蝕率。公式如下：

[δ=（S0-S1）/S0]

式中：

S0——鋼筋表面積，注意鋼筋表面積不包含鋼筋兩端頭面積;

S1——鋼筋表面銹蝕面積。

第二，質(zhì)量銹蝕率測定。在該方法應(yīng)用時(shí)需要先對(duì)銹蝕前的鋼筋質(zhì)量進(jìn)行測定，然后測定取出后銹蝕鋼筋的質(zhì)量。利用公式可以獲取鋼筋質(zhì)量銹蝕率。公式為：

[λ=（m0-m1）/m0]

式中：

m0——鋼筋銹蝕前的質(zhì)量

m1——分別表示鋼筋銹蝕后的質(zhì)量。

3.3 ?試驗(yàn)結(jié)果

在此次試驗(yàn)室根據(jù)裝身方向埋至不同深度的混凝土試件，經(jīng)過360天后，進(jìn)行現(xiàn)場干式循環(huán)以及凍融循環(huán)共同作用下的腐蝕試驗(yàn)，可以準(zhǔn)確掌握高海拔超澤區(qū)公路橋梁樁基混凝土的力學(xué)性能變化。具體的試驗(yàn)結(jié)果如下，第一在高海拔強(qiáng)煙周澤，環(huán)境中因?yàn)楦蓾裱h(huán)，動(dòng)能循環(huán)和腐蝕性離子共同作用，樁基在地面以下一定范圍內(nèi)受腐蝕比較嚴(yán)重，裝會(huì)導(dǎo)致樁體強(qiáng)度明顯下降，嚴(yán)重影響橋梁樁基的承載力，第二隨著樁體深度的不斷加深，樁體抗壓強(qiáng)度的損失率，會(huì)先上升再減小，最后再上升。第三在高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)公路橋梁樁基損傷試驗(yàn)時(shí)，需要根據(jù)相關(guān)公式對(duì)鋼筋的腐蝕程度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，可以掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的具體腐蝕情況。第四鋼護(hù)筒在短期內(nèi)可以保護(hù)鋼筋，防止鋼筋受到侵蝕。但是在長期侵蝕環(huán)境的影響下，鋼護(hù)筒的保護(hù)作用會(huì)逐漸減弱甚至消失。因此，需要重點(diǎn)關(guān)注鋼護(hù)筒在防腐設(shè)計(jì)后，鋼筋的防腐性能。抗硫酸鹽水泥在強(qiáng)鹽沼澤區(qū)施工時(shí)并不能提高在多種侵蝕離子共同作用下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗侵蝕性能。第五，在高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)公路橋梁樁基施工過程中，可以在混凝土中適當(dāng)加入礦物摻加劑提高鋼筋混凝土的抗腐蝕性能。第六，對(duì)高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)公路橋梁樁基的腐蝕情況進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)Cl-、SO42-、CO34-、HCO3-等具有較強(qiáng)腐蝕性的離子會(huì)進(jìn)入到公路橋梁樁基內(nèi)部，從而產(chǎn)生鈣礬石、硅灰石膏等具有較強(qiáng)膨脹性的晶體，從而導(dǎo)致樁體內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷嚴(yán)重[3]。

4 ?結(jié)束語

綜上所述，在高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)進(jìn)行公路橋梁樁基施工時(shí)，需要對(duì)公路橋梁樁基進(jìn)行現(xiàn)場損傷試驗(yàn)研究，才能準(zhǔn)確掌握導(dǎo)致公路橋梁樁基出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷的各種因素，并采取有效措施提高公路橋梁樁基施工質(zhì)量。盡可能提升樁基本身的耐腐蝕性能，才能保證高海拔強(qiáng)鹽沼澤區(qū)公路橋梁樁基的安全性以及牢固性，確保該區(qū)域的公路系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鹽沼澤腐蝕對(duì)公路橋梁樁基礎(chǔ)豎向極限承載力影響的數(shù)值模擬研究[J].公路，2017（1）：60～66.

[2] 鄭揚(yáng).鹽沼澤腐蝕區(qū)橋梁樁基豎向承載特性分析及其防腐技術(shù)研究[D].2015.

[3] 姚賢華.高寒鹽沼澤區(qū)公路橋梁樁基的力學(xué)特性及其安全評(píng)價(jià)[D].長安大學(xué)，2018.