海洋環境因素對沿海公路橋梁的影響及防治對策研究

李軍愛，何俊，劉陽

（中交二公局上海遠通路橋工程有限公司，上海 201315）

1 海洋環境因素對沿海公路橋梁的影響

海洋環境因素主要包括海流、潮汐、海浪、海水、地震、海冰以及飽含氯離子的大氣等，會長時間影響沿海公路橋梁，部分會成為公路橋梁靜力或者是動力荷載，還有部分因素會導致公路橋梁內部材料加速腐蝕，從而降低沿海公路橋梁安全性以及耐久性[1]。公路橋梁分布在海岸帶范圍之內，因為長期處于海洋環境當中，會受到各項海洋環境因素影響，同時在海岸因素聯合作用下，一旦發生海洋災害，勢必會使沿海公路橋梁發生災害。同時，海洋環境會對公路橋梁施工中所用的混凝土以及鋼材等材料和結構物產生影響，主要會加速材料腐蝕，降低公路橋梁耐久性。

2 影響沿海公路橋梁的海洋因素

2.1 海水

沿海公路橋梁長期處于海洋大氣環境中，其中彌漫著大量的鹽離子，會使橋梁結構受到一定影響，尤其是橋梁基礎以及墩臺等下部結構會在海水中浸泡著，隨著時間的推移，以氯鹽離子為主的多種鹽類會侵蝕橋梁結構，因為海水中所包含的鹽分會一定程度上腐蝕橋梁工程構件和相關材料，由此會導致沿海公路橋梁及結構構件逐漸降低耐久性[2]。

2.2 波浪

波浪因素也會較為明顯地影響沿海公路橋梁。在我國渤海，波浪最高能夠達到9 m，而在南海鶯歌海，波浪最高能夠達到19.5 m。另外，由臺風所導致的風暴潮會在海岸帶區域形成巨浪和增水，具有非常強的破壞力。我國南部沿海地區會較大程度上受到地震海嘯的影響，巨浪會強烈沖擊橋梁墩臺和上部結構。另外高程偏低的非通航孔橋面板以及引橋等橋梁上部結構會承受極大的水流托浮力，導致橋面結構受損。

2.3 臺風

沿海地區時常發生臺風，并且在臺風出現的時候會伴隨出現強對流天氣，如暴雨、特大暴雨等。沿海公路橋梁在惡劣的天氣環境下，橋梁上部以及下部結構均會受到臺風、寒流、溫帶或熱帶氣旋、海風等的影響，大跨度的斜拉橋、懸索橋等橋梁結構出現大幅振動，橋梁整體受到破壞，嚴重威脅橋梁安全。通常內陸河流其風壓極大值都在0.7 kPa 以下，但是海洋風壓最高能夠達到1～3 kPa，巨大的風壓會嚴重威脅橋梁安全[3]。

3 沿海公路橋梁受海洋環境因素影響的防治對策

三亞崖州灣科技城與保港組團跨寧遠河連通通道工程擬建項目場地地處海南省三亞市，位于該市的崖州區疏港大道東側，起于疏港大道后河橋東橋頭，過河堤路后向東延伸，上跨河堤路、寧遠河，與8 號路平交后接入12 號路，并終于8 號路-12 號路交叉口，路線長度約1.76 km，工程北側30 m 處為現狀G98 環島高速。項目地理位置線路圖見圖1。該項目公路橋梁會受到海洋環境因素影響，所以特采取以下防治對策。

圖1 項目地理位置線路圖

3.1 邊坡防護對策

3.1.1 邊坡直接防護對策

邊坡直接防護是對路堤工程進行加固處理，主要是通過具有消浪功能的混凝土預制塊體或者是大石塊進行鋪砌或者堆砌，形成護坡。相關砌塊在水流作用影響下會出現小幅移動，同步自行調整，此類護坡屬于柔性護坡。而利用方形或者是矩形的混凝土預制塊進行護面鋪砌，可形成美觀、整齊、光滑的防護面，這屬于剛性防護。在該工程中，主要采取柔性防護措施，包括兩種形式，其中一種是拋填塊石，所選塊石材料是不容易風化、耐凍性好且堅硬的塊石，尺寸不能比設計所需偏低，拋投過程中需要摻雜其他級配塊石，確保密實度達標。另外一種是拋填人工塊石，該工程中顯著受到波浪影響的區域主要采取此類路堤邊坡防護措施。若所拋填塊石具有較大的質量或者尺寸過大，鋪砌以及護坡材料可選擇預制混凝土異形人工塊體，如7101 塊體、紐工字形塊體、四角空心塊體、四角錐體、柵欄板等[4]。

3.1.2 邊坡間接防護對策

邊坡間接防護主要是對水流和所攜帶泥沙實際運行狀態進行調整，促使泥沙沉積在有防護需求的區間之內，以獲得良好的防護效果。沿海公路還有橋頭建筑物相關防護工程都被納入海岸防護工程領域，如綠化、人工填沙、護岸、離岸堤、修筑丁壩等均屬于海岸防護措施。

其中，丁壩屬于海岸工程物，和海岸線基本上保持垂直關系。在針對該公路工程修設防護堤壩過程中，建造長度保持在約100 m。通過修建丁壩，可對局部沿岸輸沙予以攔截。由于修建單座丁壩建筑會在沿岸輸沙攔截過程中，使上游一側出現淤積，并于下游一側出現沖刷，所以該工程部分區域結合實際情況修建丁壩群，以獲得更好的海岸防護效果。

離岸堤主要指的是在海岸線外側一定距離的海域之內建成和海岸線基本保持平行狀態的防浪堤，離岸堤主要修建在靠近海岸的淺海區域，由此有效防護海岸。在離岸堤的作用下，波浪流繞流，由此在堤壩兩側形成回流區，并保持相反方向，進而在堤壩和海岸兩者之間回流區域之內沉積泥沙，有效保護海灘。在本工程中，由于需要防護的海岸線長度較大，所以施工中主要進行分段式離岸堤的修建。

人工海灘補沙不會較大程度影響海岸帶自然平衡，具有良好的有效性和經濟性，尤其是以絞吸式挖泥船實現水力吹填這種施工方法具有更突出的經濟性。在人工補沙過程中，沙粒中值粒徑d50應為原海灘中值粒徑的1～1.5 倍，通常在海中淺灘以及沖積河道中取材。

此工程設計中，為盡量提升防護效果，并保持良好的經濟性，選擇聯合應用離岸堤、人工填沙、修建丁壩、拋入水下棱柱體等措施，此外還采取海灘綠化措施，結合當地實際情況精心選育植物物種。

3.2 橋梁防腐蝕對策

3.2.1 混凝土構建防腐對策

該公路橋梁工程為有效抵御海洋環境的影響，著重針對混凝土結構采取多種防腐措施：（1）對橋梁結構進行合理設計，并綜合考慮多項因素適度增大橋梁跨度，適度縮減橋梁下部結構數量。對于處于浪濺區以及潮差區域的橋梁，最大限度減少橋梁結構數量。（2）橋梁結構外形、細部構造還有結構橫截面需保持平順、簡單、連續、平滑的設計，防止結構構件有開裂、應力集中以及突變等情況，并要規避出現混凝土密實度偏低、保護層厚度不符合要求、構件積水等情況，還要注意合理布設鋼筋。（3）若所用構件容易受到腐蝕，需要有針對性地制定保護措施，或者變更構件設計。（4）該工程還著重根據結構構件特點以及海洋腐蝕條件，適度增加混凝土保護層厚度。（5）對于構件當中的受力鋼筋和構造鋼筋，主要設計為閉合鋼筋籠，確保結構具有更高的耐久性和整體性。

3.2.2 配置鋼筋防腐對策

首先，此工程施工中主要選用特種鋼筋，包括耐蝕鋼筋、金屬表面涂層鋼筋以及非金屬表面涂層鋼筋。其中，耐蝕鋼筋主要有不銹鋼鋼筋、合金化耐蝕鋼筋、塑料鋼筋以及玻璃鋼筋等，金屬表面涂層鋼筋主要選擇鍍鋅鋼筋，而非金屬表面涂層鋼筋主要選擇環氧樹脂涂層鋼筋。

其次，此工程在合理選用鋼筋基礎上還使用鋼筋阻銹劑，具體是在混凝土拌制過程中少量添加阻銹劑，以防止鋼筋腐蝕或者減緩腐蝕速率。通過鋼筋阻銹劑的應用，可在有害離子進入混凝土之后失去腐蝕侵害性能，由此延緩或者是阻止鋼筋腐蝕。

最后，還采取電化學保護法，此方法主要是基于電化學原理，針對金屬設備落實有效的防護措施，使相關金屬設備在腐蝕電極當中成為陰極，用以減輕或者是防止金屬腐蝕。陰極保護法目前在沿海公路橋梁工程中廣泛應用，不僅有效，而且成本不高，可分為兩類，即外加電流法和犧牲陽極法。其中，外加電流法主要是通過外加直流電源的方式，為鋼筋等被保護主體供給陰極保護電流。犧牲陽極法主要是指鋼筋直接和鎂、鋅等比鐵具有更高活潑性的金屬相連接，而鎂、鋅等具有更高活潑性的金屬當作陽極就會被腐蝕，由此減少鋼筋所受到的腐蝕。

3.2.3 混凝土防腐對策

該公路橋梁工程位于沿海地區，投用過程中容易受到多項海洋環境因素影響，尤其會影響橋梁混凝土結構物其耐久性，對此，需要采取多項有效的防腐措施，最大限度降低混凝土結構受到的腐蝕影響。

首先，要合理提升混凝土密實度還有抗滲性。該工程進行混凝土結構物施工期間，保證各項操作都符合相關規范與要求，由此使混凝土結構物具有更高密實性。同時，還在綜合考慮多項因素下優選具有良好級配的集料，并按要求充分振搗，做好養護工作，合理控制水灰比，最大限度降低水灰比對混凝土密實度所產生的影響。為有效抵御海洋環境的影響，該工程所用混凝土強度不應小于C40，針對分布在浪濺區的混凝土結構件，需保持0.4～0.5 的水灰比，水泥用量應控制在350～400 kg/m3[5]?；炷涟韬推陂g不能使用海水，集料要有良好級配，并且清潔、堅硬度好，首選天然河沙、卵石或者是碎石，注意細集料不可選用海沙，而粗集料當中應不含活性二氧化硫，防止和堿發生反應。

其次，要選擇高性能混凝土。在高性能混凝土制作過程中，需選擇高性能水泥，因為高性能水泥具有工作性能高、強度高、耐久性好等特點，而且抗氯離子滲透性非常好，可有效提升混凝土結構物其抗腐蝕性能。在高性能混凝土制作過程中，還要保證配合比設計合理，科學選擇原料，嚴控施工質量，并要適量加入摻合料以及減水劑。減水劑的利用可優化混凝土化學以及物理性能，使混凝土結構具有更好的密實度以及防腐性能。

最后，該工程施工中還在混凝土結構件的表層涂刷防腐材料涂層，以有效降低水、二氧化碳以及氯離子的滲透速率，本工程所用防腐涂料主要是環氧樹脂涂料。

4 結語

綜上所述，海洋環境因素會對沿海公路橋梁產生較大危害，關鍵的海洋影響因素包括波浪、臺風、海水、海冰等。沿海公路橋梁在施工建設中，要充分考慮所在區域會受到的海洋環境影響因素，有針對性地采取有效的防治對策，如邊坡防護、橋梁防腐蝕防護等，以盡量降低海洋環境因素對公路橋梁所產生的負面影響。