基于南方濕度變化的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性提升技術(shù)

陳敬軒

中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司，浙江 杭州 310000

該工程在開(kāi)始施工前按照《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11—2011）確定施工荷載標(biāo)準(zhǔn)：人群荷載為5.0kN/m2。經(jīng)過(guò)實(shí)地勘查，該次需要復(fù)建橋梁6座，分別為1號(hào)渠橋、12號(hào)渠橋、12號(hào)大街北側(cè)橋、5號(hào)大街二號(hào)橋、21號(hào)路上跨12號(hào)渠橋和21號(hào)路東側(cè)橋。橋梁工程施工區(qū)域主要位于11～15號(hào)路區(qū)段，該區(qū)段涉及河道改移、舊橋拆除、新建橋梁、隧道結(jié)構(gòu)、管廊結(jié)構(gòu)等工序，同時(shí)需考慮施工期間交通不斷行、管線(xiàn)遷改等因素。該區(qū)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(hù)結(jié)構(gòu)→U型槽結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述施工步驟，此處將新建1座兩跨簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)的橋梁，橋梁橫向分3段（3個(gè)基坑），先施工南北側(cè)兩個(gè)基坑范圍橋梁，再施工中間基坑，管廊位于河道下方。1號(hào)、3號(hào)基坑范圍內(nèi)項(xiàng)目需在一期圍擋內(nèi)施工。

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性受混凝土材料狀況（包括水泥、保護(hù)層厚度骨料、外加劑）和外部環(huán)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(jīng)常產(chǎn)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(huán)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(jié)構(gòu)耐久性提升技術(shù)研究中，致力于大幅度提升混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。

1 混凝土橋梁工程水文地質(zhì)

在考慮南方濕度變化的前提下，混凝土橋梁工程水文地質(zhì)必然會(huì)發(fā)生變化。該混凝土橋梁工程隸屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，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(duì)濕度均在80%以上，而在非雨期平均相對(duì)濕度均在30%左右。南方濕度變化明顯，必然會(huì)導(dǎo)致地表水及地表水與地下水的水力聯(lián)系發(fā)生變化，進(jìn)而影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性[1]。針對(duì)地表水方面，擬建工程穿越多條河流，河水位、流量受季節(jié)和大氣降水的影響較大。擬建場(chǎng)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(lián)系密切，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，防止圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏情況的發(fā)生[2]。針對(duì)地表水與地下水的水力聯(lián)系，擬建工程沿線(xiàn)穿越1號(hào)渠、11號(hào)渠多條河流，并于12號(hào)渠平行敷設(shè)，故地表河水、錢(qián)塘江江水與地下潛水水力聯(lián)系密切，施工時(shí)需考慮富水粉土、砂層的不利影響。

2 混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性提升技術(shù)

要在明確南方濕度變化和混凝土橋梁工程水文地質(zhì)基礎(chǔ)的前提下，研究混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性提升技術(shù)。該混凝土橋梁結(jié)構(gòu)施工方式為結(jié)構(gòu)側(cè)墻混凝土嚴(yán)格按照防水混凝土施工工藝要求施工。質(zhì)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(guò)300～400mm，相鄰兩層澆筑時(shí)間間隔不得超過(guò)2h，混凝土的自落高度不得超過(guò)2m，超過(guò)時(shí)采用串筒或滑槽。同時(shí)，混凝土澆筑必須保持連續(xù)，施工要留設(shè)施工縫，需征得設(shè)計(jì)同意，并得到監(jiān)理認(rèn)可。除此以外，在施工中還要對(duì)防水混凝土采取相應(yīng)的控制措施，采用“雙摻技術(shù)”，加入適量?jī)?yōu)質(zhì)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(yán)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(yán)格按照施工規(guī)范施工，做好混凝土的澆筑、搗固和養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)生時(shí)間不小于14d，鋪設(shè)塑料模或噴涂有機(jī)樹(shù)脂等養(yǎng)護(hù)劑防曬和遮水；模板采用鋼模，保證拼縫嚴(yán)密不漏漿[3]。這樣可以為混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性提升技術(shù)的實(shí)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(jié)構(gòu)耐久性的具體內(nèi)容如下文所示。

2.1 計(jì)算混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性能擴(kuò)散系數(shù)

文章根據(jù)Fick第二定律關(guān)系[4]，計(jì)算混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性能擴(kuò)散系數(shù)。設(shè)其目標(biāo)函數(shù)為，計(jì)算公式如下：

式中：t0為混凝土橋梁結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)時(shí)間；t為混凝土橋梁結(jié)構(gòu)暴露在大氣中的時(shí)間；η為耐久性能效應(yīng)值；f(σ)為對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性能造成影響的應(yīng)力系數(shù)；D0為離子參數(shù)系數(shù)；ωe為南方濕度變化對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性能產(chǎn)生的活化能；R為大氣中氣體與離子常數(shù)。

根據(jù)上述公式，可得出混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性能擴(kuò)散系數(shù)，以判斷不同混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際擴(kuò)散速度，為采用有針對(duì)性的提升技術(shù)提供動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果。

2.2 采用CFRP加固混凝土

在得出混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性能擴(kuò)散系數(shù)后，文章采用CFRP加固混凝土的方式，提升混凝土橋梁結(jié)構(gòu)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(shù)也必然不同，從而有針對(duì)性地提升混凝土橋梁結(jié)構(gòu)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(qiáng)基纖維為定量，采用CFRP加固混凝土，具體參數(shù)如表1所示。

表1 采用CFRP加固混凝土具體參數(shù)表

結(jié)合表1中的具體參數(shù)，考慮南方濕度變化，采用CFRP加固混凝土具體參數(shù)，并以此為依據(jù)，通過(guò)采用加固混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的提升。

3 實(shí)例分析

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

為構(gòu)建實(shí)例分析，試驗(yàn)對(duì)象選取某混凝土橋梁，并具體設(shè)計(jì)整體式橋梁橫斷面形式、允許誤差、檢查方法和頻率及權(quán)值等參數(shù)。混凝土橋梁各參數(shù)如表2所示。

表2 混凝土橋梁參數(shù)

結(jié)合表2，文章設(shè)定對(duì)比指標(biāo)為混凝土橋梁結(jié)構(gòu)基底承載力，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)基底承載力越高，證明其耐久性提升效果越好。首先通過(guò)MATLAB軟件測(cè)得其混凝土橋梁結(jié)構(gòu)基底承載力，設(shè)為試驗(yàn)組；再使用傳統(tǒng)技術(shù)提升混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性，通過(guò)MATLAB軟件測(cè)得其混凝土橋梁結(jié)構(gòu)基底承載力，設(shè)為對(duì)照組，記錄試驗(yàn)結(jié)果。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果，如表3所示。

表3 兩種施工技術(shù)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)基底承載力對(duì)比

由表3可知，文章設(shè)計(jì)的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)基底承載力明顯高于對(duì)照組，其耐久性提升效果更好，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)實(shí)例分析的方式，證明了基于南方濕度變化的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性提升技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，其能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性不足的缺陷。但文章研究存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對(duì)此次試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn)，未能進(jìn)一步提高試驗(yàn)結(jié)果的可信度。未來(lái)還需要對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究，以為提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量提供有價(jià)值的建議。