基于南方濕度變化的混凝土橋梁結構耐久性提升技術

陳敬軒

中鐵十八局集團第五工程有限公司，浙江 杭州 310000

該工程在開始施工前按照《城市橋梁設計規范》（CJJ 11—2011）確定施工荷載標準：人群荷載為5.0kN/m2。經過實地勘查，該次需要復建橋梁6座，分別為1號渠橋、12號渠橋、12號大街北側橋、5號大街二號橋、21號路上跨12號渠橋和21號路東側橋。橋梁工程施工區域主要位于11～15號路區段，該區段涉及河道改移、舊橋拆除、新建橋梁、隧道結構、管廊結構等工序，同時需考慮施工期間交通不斷行、管線遷改等因素。該區段施工總步驟如下：新建橋梁→河道改移→拆除舊橋→原河道清障回填（需鋼板樁圍堰）→圍護結構→U型槽結構。根據上述施工步驟，此處將新建1座兩跨簡支結構的橋梁，橋梁橫向分3段（3個基坑），先施工南北側兩個基坑范圍橋梁，再施工中間基坑，管廊位于河道下方。1號、3號基坑范圍內項目需在一期圍擋內施工。

混凝土結構耐久性受混凝土材料狀況（包括水泥、保護層厚度骨料、外加劑）和外部環境（包括溫度、濕度、凍融作用、碳化作用、施工方案）等共同影響。例如，混凝土施工階段經常產生裂縫，其主要原因除了材料自身狀況造成的裂縫，還受到溫度和濕度等外部環境的影響，因此為了保證橋梁工程的安全性，必須予以重視和控制。此次研究將南方濕度變化作為考慮條件，加入混凝土橋梁結構耐久性提升技術研究中，致力于大幅度提升混凝土橋梁結構耐久性。

1 混凝土橋梁工程水文地質

在考慮南方濕度變化的前提下，混凝土橋梁工程水文地質必然會發生變化。該混凝土橋梁工程隸屬亞熱帶季風氣候區，由于南方濕度變化幅度較大，降水量主要集中在春雨、梅雨和秋雨期，在雨期平均相對濕度均在80%以上，而在非雨期平均相對濕度均在30%左右。南方濕度變化明顯，必然會導致地表水及地表水與地下水的水力聯系發生變化，進而影響混凝土橋梁結構耐久性[1]。針對地表水方面，擬建工程穿越多條河流，河水位、流量受季節和大氣降水的影響較大。擬建場地上部土層為透水性較好的粉土粉砂層，故地表水與地下水水力聯系密切，圍護結構施工時應加強施工質量管理，防止圍護結構滲漏情況的發生[2]。針對地表水與地下水的水力聯系，擬建工程沿線穿越1號渠、11號渠多條河流，并于12號渠平行敷設，故地表河水、錢塘江江水與地下潛水水力聯系密切，施工時需考慮富水粉土、砂層的不利影響。

2 混凝土橋梁結構耐久性提升技術

要在明確南方濕度變化和混凝土橋梁工程水文地質基礎的前提下，研究混凝土橋梁結構耐久性提升技術。該混凝土橋梁結構施工方式為結構側墻混凝土嚴格按照防水混凝土施工工藝要求施工。質量保證措施如下：混凝土采用分層澆筑、分層振搗，每層厚度不得超過300～400mm，相鄰兩層澆筑時間間隔不得超過2h，混凝土的自落高度不得超過2m，超過時采用串筒或滑槽。同時，混凝土澆筑必須保持連續，施工要留設施工縫，需征得設計同意，并得到監理認可。除此以外，在施工中還要對防水混凝土采取相應的控制措施，采用“雙摻技術”，加入適量優質粉煤灰及聚羧酸防水外加劑；采取有效降低混凝土入模溫度的措施，嚴格將入模溫度控制在28℃以下。入模溫度以溫差控制，混凝土的表面溫度與大氣溫度的差值不大于20℃。混凝土的表面溫度與中心溫度的差值不得大于25℃。混凝土降溫速率低于3℃/d；嚴格按照施工規范施工，做好混凝土的澆筑、搗固和養護，養生時間不小于14d，鋪設塑料模或噴涂有機樹脂等養護劑防曬和遮水；模板采用鋼模，保證拼縫嚴密不漏漿[3]。這樣可以為混凝土橋梁結構耐久性提升技術的實施提供先決條件，在考慮南方濕度變化的情況下，提升混凝土橋梁結構耐久性的具體內容如下文所示。

2.1 計算混凝土橋梁結構耐久性能擴散系數

文章根據Fick第二定律關系[4]，計算混凝土橋梁結構耐久性能擴散系數。設其目標函數為，計算公式如下：

式中：t0為混凝土橋梁結構養護時間；t為混凝土橋梁結構暴露在大氣中的時間；η為耐久性能效應值；f(σ)為對混凝土橋梁結構耐久性能造成影響的應力系數；D0為離子參數系數；ωe為南方濕度變化對混凝土橋梁結構耐久性能產生的活化能；R為大氣中氣體與離子常數。

根據上述公式，可得出混凝土橋梁結構耐久性能擴散系數，以判斷不同混凝土橋梁結構的實際擴散速度，為采用有針對性的提升技術提供動態試驗結果。

2.2 采用CFRP加固混凝土

在得出混凝土橋梁結構耐久性能擴散系數后，文章采用CFRP加固混凝土的方式，提升混凝土橋梁結構耐久性。南方的濕度變化不同，采用CFRP加固混凝土的具體參數也必然不同，從而有針對性地提升混凝土橋梁結構耐久性能[5-6]。考慮南方濕度變化，以2000g水泥與160g碳纖維增強基纖維為定量，采用CFRP加固混凝土，具體參數如表1所示。

表1 采用CFRP加固混凝土具體參數表

結合表1中的具體參數，考慮南方濕度變化，采用CFRP加固混凝土具體參數，并以此為依據，通過采用加固混凝土橋梁結構的方式，實現對混凝土橋梁結構耐久性的提升。

3 實例分析

3.1 試驗準備

為構建實例分析，試驗對象選取某混凝土橋梁，并具體設計整體式橋梁橫斷面形式、允許誤差、檢查方法和頻率及權值等參數。混凝土橋梁各參數如表2所示。

表2 混凝土橋梁參數

結合表2，文章設定對比指標為混凝土橋梁結構基底承載力，混凝土橋梁結構基底承載力越高，證明其耐久性提升效果越好。首先通過MATLAB軟件測得其混凝土橋梁結構基底承載力，設為試驗組；再使用傳統技術提升混凝土橋梁結構耐久性，通過MATLAB軟件測得其混凝土橋梁結構基底承載力，設為對照組，記錄試驗結果。

3.2 試驗結果分析與結論

整理試驗數據對比結果，如表3所示。

表3 兩種施工技術混凝土橋梁結構基底承載力對比

由表3可知，文章設計的混凝土橋梁結構基底承載力明顯高于對照組，其耐久性提升效果更好，具有實際應用價值。

4 結束語

文章通過實例分析的方式，證明了基于南方濕度變化的混凝土橋梁結構耐久性提升技術在實際應用中的適用性，其能夠彌補傳統混凝土橋梁結構耐久性不足的缺陷。但文章研究存在不足之處，主要表現為未對此次試驗測定結果的精密度與準確度進行檢驗，未能進一步提高試驗結果的可信度。未來還需要對混凝土橋梁結構的優化設計進行深入研究，以為提高混凝土橋梁結構質量提供有價值的建議。