影響橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素及設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

王凱

（山東高速工程項(xiàng)目管理有限公司，山東濟(jì)南 250000）

0 引言

為保障人民的出行安全，滿足人民的出行需求，當(dāng)前時(shí)代下的橋梁工程建設(shè)相比傳統(tǒng)的橋梁工程有了更高的質(zhì)量要求。混凝土結(jié)構(gòu)作為橋梁中的主體結(jié)構(gòu)，與整個(gè)橋梁的穩(wěn)定性和使用壽命有著緊密聯(lián)系，成為設(shè)計(jì)優(yōu)化中的重點(diǎn)。

推進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，不僅能夠?yàn)闃蛄旱脑O(shè)計(jì)與施工創(chuàng)造便利，同時(shí)還能為其他類型工程的建設(shè)提供參考。

1 橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的概念與構(gòu)成

橋梁混凝土結(jié)構(gòu)是指橋梁中使用混凝土材料構(gòu)建的各個(gè)組成部分，包括橋墩、橋臺(tái)、橋面板等。混凝土作為一種綜合性能優(yōu)良的建筑材料，因其耐久性、抗壓性和成本效益高等特點(diǎn)而在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮著關(guān)鍵作用，成為橋梁工程中常用的建筑材料之一。

隨著建筑技術(shù)和材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和施工方面發(fā)生了較大變化，從傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單混凝土橋梁到現(xiàn)代的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，混凝土結(jié)構(gòu)性能不斷優(yōu)化，橋梁的承載能力和耐久性進(jìn)一步提高[1]。

混凝土的主要成分水泥、骨料、粉煤灰等具有抗壓、抗?jié)B透和抗凍融等性能，使橋梁混凝土結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境條件下具有較好的耐久性。橋梁混凝土結(jié)構(gòu)通常需要面對(duì)潮濕、鹽堿等腐蝕環(huán)境，因此，在設(shè)計(jì)和施工中要采取防腐措施，以提高結(jié)構(gòu)的耐久性[2]。橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要考慮不同的荷載條件，包括靜載、動(dòng)載和溫度荷載等，通過(guò)采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，確保結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力，滿足橋梁的使用要求。預(yù)應(yīng)力技術(shù)是橋梁混凝土結(jié)構(gòu)中常用的一種提高承載能力的手段，通過(guò)在混凝土中施加預(yù)應(yīng)力，可改善混凝土的受拉性能，增加結(jié)構(gòu)的整體剛度?；炷翝仓夹g(shù)的進(jìn)步使橋梁結(jié)構(gòu)的施工更加靈活，可采用模板、模具等工具，建設(shè)復(fù)雜形狀的橋梁結(jié)構(gòu)，且適應(yīng)不同尺度和高度的需求。拼裝化施工在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)中逐漸得到應(yīng)用，預(yù)制構(gòu)件、模塊化設(shè)計(jì)等手段使施工過(guò)程更加便捷。

2 提升橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的意義

2.1 推進(jìn)社會(huì)發(fā)展

橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，關(guān)乎車輛和行人的日常出行，橋梁的損壞和維修會(huì)導(dǎo)致交通中斷、維修費(fèi)用增加等問(wèn)題，給社會(huì)帶來(lái)一系列的經(jīng)濟(jì)損失。提升橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性可減少結(jié)構(gòu)損壞、裂縫等可能引發(fā)安全事故的隱患，從而提高交通的安全性；耐久性強(qiáng)的橋梁能夠更長(zhǎng)時(shí)間地為社會(huì)提供穩(wěn)定的交通服務(wù)，對(duì)于城市規(guī)劃、居民出行以及商業(yè)活動(dòng)等方面具有積極影響，也能大幅度提升社會(huì)公共服務(wù)水平。

2.2 助力經(jīng)濟(jì)建設(shè)

橋梁工程往往涉及巨額的資金投入，提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性可確保這一巨額投資的使用效益，保障工程投資的回報(bào)率；耐久性差的橋梁結(jié)構(gòu)容易受到環(huán)境侵蝕、車輛荷載等因素的影響，導(dǎo)致較為頻繁的維修和更新，提升橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性將減少維修和更新成本，使其長(zhǎng)期維持良好狀態(tài)；橋梁作為連接城市和地區(qū)的紐帶，其耐久性的提升將促進(jìn)區(qū)域內(nèi)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，穩(wěn)定、暢通的橋梁交通能夠促進(jìn)物流、商業(yè)流通，有利于推動(dòng)城市和周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展[3]。

2.3 保護(hù)生態(tài)環(huán)境

提升橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性可以減少結(jié)構(gòu)損壞引發(fā)的廢棄物和資源浪費(fèi)，由于橋梁工程的規(guī)模相對(duì)較大，經(jīng)常性的維修和更換會(huì)產(chǎn)生大量廢棄的建筑材料，且結(jié)構(gòu)維修和更換的過(guò)程通常涉及大量的能源和材料消耗，產(chǎn)生大量的二氧化碳排放，而強(qiáng)化橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性可以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命，減少對(duì)資源的需求，提升橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，減少這一過(guò)程中的能源和材料消耗，降低碳排放，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

2.4 促進(jìn)行業(yè)發(fā)展

提升橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性需要在工程設(shè)計(jì)、材料選擇和施工工藝等方面進(jìn)行創(chuàng)新，將推動(dòng)工程技術(shù)的發(fā)展，促使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)不斷進(jìn)步；通過(guò)提升橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，可以提高工程質(zhì)量和可持續(xù)性，使其能夠更好地適應(yīng)不同的環(huán)境條件；對(duì)于政府和相關(guān)管理機(jī)構(gòu)而言，減少橋梁維護(hù)和更新的頻率將降低社會(huì)管理成本，便于人力、物力和財(cái)力等相關(guān)資源更好地投入社會(huì)建設(shè)事業(yè)中。

3 影響橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素

3.1 材料因素

第一，水灰比是混凝土中水分和水泥質(zhì)量比值的一項(xiàng)重要參數(shù)，直接影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。合理設(shè)計(jì)水灰比，既能保證混凝土的工作性能，又能提高其抗?jié)B性和耐久性[4]。

第二，骨料種類和比例對(duì)混凝土的強(qiáng)度、抗裂性和抗?jié)B性都有重要影響。不同的骨料對(duì)混凝土的物理性能和化學(xué)性能存在差異，對(duì)其正確選擇有利于提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

第三，摻和料的選用也會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生重要影響，結(jié)合具體施工來(lái)看，在后續(xù)施工中使用粉煤灰、礦渣能夠大幅度改善混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合工程建設(shè)的實(shí)際需求，科學(xué)選用摻和料。

第四，一些新型的耐久性材料，譬如自修復(fù)混凝土和高強(qiáng)度混凝土，在提升橋梁結(jié)構(gòu)耐久性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，需加強(qiáng)對(duì)相關(guān)材料的研究與應(yīng)用。

3.2 設(shè)計(jì)因素

設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)也會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，結(jié)合該類工程的設(shè)計(jì)工作來(lái)看，在設(shè)計(jì)工作中，荷載分布、連接節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形式等因素都會(huì)對(duì)橋梁建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生影響，合理開展相關(guān)設(shè)計(jì)工作，能夠避免建筑結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中出現(xiàn)疲勞和裂縫等問(wèn)題；為規(guī)避混凝土裂縫等常見的施工質(zhì)量問(wèn)題，在工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要合理選用預(yù)應(yīng)力技術(shù)和伸縮縫等常用的施工技術(shù)，降低裂縫對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的負(fù)面影響。

此外，在橋梁工程的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，外部因素也是一項(xiàng)重要的參考因素，在氣候多變的高寒地區(qū)，在橋梁工程的設(shè)計(jì)工作中就需要考慮采用一定的防護(hù)措施，譬如耐久性涂料、防腐涂層等，以降低外部惡劣環(huán)境對(duì)橋梁的負(fù)面影響[5]。

3.3 環(huán)境因素

溫度變化是橋梁混凝土結(jié)構(gòu)老化的主要外部原因，較大的溫差變化會(huì)引起混凝土的膨脹和收縮，導(dǎo)致裂縫和結(jié)構(gòu)損傷；潮濕的環(huán)境容易引起混凝土的腐蝕和劣化，特別是在海邊或潮濕的氣候條件下；大氣中的污染物，如二氧化硫、氮氧化物等，會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕作用，降低其耐久性；橋梁基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)暴露在土壤中，土壤中的污染物也會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生不利影響。

3.4 維護(hù)管理因素

維護(hù)管理也是橋梁施工的一項(xiàng)關(guān)鍵性任務(wù)，在部分工程的建設(shè)過(guò)程中，很多施工團(tuán)隊(duì)采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)橋梁開展及時(shí)、全面的評(píng)估，能夠快速發(fā)現(xiàn)工程施工中的常見問(wèn)題，對(duì)于延長(zhǎng)橋梁的使用壽命有著巨大幫助[6]；在后期的維護(hù)工作中，采取有效的加固和修復(fù)措施也是保障橋梁耐久性的關(guān)鍵，在維護(hù)中，常用的修復(fù)措施包括金屬結(jié)構(gòu)防腐檢修、混凝土修復(fù)和裂縫灌漿，加固措施則是以外貼復(fù)合材料和預(yù)應(yīng)力技術(shù)為主，對(duì)于提升整個(gè)工程的施工質(zhì)量有著重要意義。

與傳統(tǒng)的維護(hù)管理模式相比，得益于對(duì)信息技術(shù)的深入應(yīng)用，技術(shù)人員可構(gòu)建起完善的橋梁維護(hù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而制訂個(gè)性化的橋梁維護(hù)方案，推進(jìn)橋梁施工的精細(xì)化管理。

4 橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

4.1 優(yōu)化橋梁設(shè)計(jì)參數(shù)

首先，在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮混凝土的強(qiáng)度和耐久性，合理選擇水灰比、骨料種類和比例，以實(shí)現(xiàn)混凝土的高強(qiáng)度和長(zhǎng)壽命。通過(guò)添加摻和料如礦渣粉、粉煤灰等，進(jìn)一步改善混凝土的抗?jié)B性和耐久性。摻和料能夠填充混凝土內(nèi)部孔隙，減緩水分和有害物質(zhì)的滲透，提高混凝土的整體性能。在橋梁設(shè)計(jì)中，要根據(jù)橋梁所處環(huán)境選擇合適的材料及結(jié)構(gòu)參數(shù)。

例如，在腐蝕性較強(qiáng)的海洋環(huán)境中，優(yōu)先考慮使用耐腐蝕性強(qiáng)的材料，或者采用相應(yīng)的防腐保護(hù)措施；合理考慮橋梁所處地區(qū)的氣候條件，進(jìn)行熱脹冷縮設(shè)計(jì)，采用伸縮縫等設(shè)計(jì)手段，減緩溫度變化對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，防止裂縫的發(fā)生。

4.2 完善橋梁防水設(shè)計(jì)

防水設(shè)計(jì)也是橋梁混凝土設(shè)計(jì)施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

首先，為保障橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的防水性能，需選擇高質(zhì)量的防水涂料、防水卷材等材料，防止水分滲透，確保防水層的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，進(jìn)而減緩混凝土結(jié)構(gòu)的老化速度。

其次，在防水層施工過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量的監(jiān)控，確保防水層的厚度均勻、附著牢固，避免施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的防水效果降低。

再次，合理設(shè)計(jì)橋梁的排水系統(tǒng)，排水溝、雨水管道等，確保雨水迅速排除，減少對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的侵蝕。

最后，定期檢查橋梁的排水系統(tǒng)，清理堵塞物，確保排水系統(tǒng)暢通，及時(shí)維護(hù)可以防止因排水系統(tǒng)故障引起的混凝土結(jié)構(gòu)受損。

4.3 有序開展橋梁養(yǎng)護(hù)工作

針對(duì)不同類型的地區(qū)和橋梁，需要制訂個(gè)性化的橋梁養(yǎng)護(hù)方案，以此達(dá)到理想的養(yǎng)護(hù)目標(biāo)。

首先，利用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，包括無(wú)損檢測(cè)、遙感技術(shù)等，對(duì)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期檢測(cè)與評(píng)估，通過(guò)數(shù)據(jù)分析提前發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，制訂有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)方案，包括修復(fù)裂縫、防腐保養(yǎng)、替換老化構(gòu)件等內(nèi)容，確保養(yǎng)護(hù)工作有序進(jìn)行。

其次，建立橋梁養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄橋梁結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)歷史、檢測(cè)數(shù)據(jù)等信息，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)分析，制訂更科學(xué)的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。

最后，引入智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的變化；利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁健康狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高橋梁養(yǎng)護(hù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性[7]。

4.4 培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才

專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)能夠?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)與施工輸送高質(zhì)量的人才，且可有效規(guī)避一些常見的工程設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題，對(duì)于延長(zhǎng)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性具有重要意義。

首先，開展橋梁工程領(lǐng)域的技術(shù)培訓(xùn)，深化專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)工程師對(duì)混凝土材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝等方面的專業(yè)能力，為設(shè)計(jì)和施工提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。定期組織培訓(xùn)課程，介紹新養(yǎng)護(hù)技術(shù)、新材料的應(yīng)用，使技術(shù)人才能夠及時(shí)掌握行業(yè)新動(dòng)態(tài)，更好地應(yīng)用于橋梁工程實(shí)踐中。

其次，鼓勵(lì)技術(shù)人才親身參與橋梁工程相關(guān)科研項(xiàng)目，了解實(shí)際問(wèn)題，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提高解決問(wèn)題的能力。

4.5 構(gòu)建完善的質(zhì)量監(jiān)管體系

完善的質(zhì)量監(jiān)管體系作為工程質(zhì)量管控中的核心，能夠?yàn)楹罄m(xù)的工程質(zhì)量管控提供科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)。

首先，施工單位需要加大對(duì)工程質(zhì)量的重視度，建立專業(yè)的施工監(jiān)理團(tuán)隊(duì)，對(duì)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)控，以此確保施工符合設(shè)計(jì)要求，提高工程質(zhì)量。

其次，制定完善的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的材料、施工工藝等進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確保每個(gè)環(huán)節(jié)都符合質(zhì)量要求。

再次，在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工階段制訂詳細(xì)的質(zhì)量保證計(jì)劃，明確質(zhì)量目標(biāo)、質(zhì)量控制措施，確保工程質(zhì)量的可控性。

最后，建立第三方質(zhì)檢機(jī)制，由獨(dú)立的專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量檢查，通過(guò)外部機(jī)構(gòu)的評(píng)估，提高對(duì)工程質(zhì)量的監(jiān)管力度，確保橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的施工與管理，工程設(shè)計(jì)人員需要從技術(shù)和管理兩個(gè)層面入手，緊跟行業(yè)和時(shí)代的發(fā)展腳步，通過(guò)優(yōu)化橋梁設(shè)計(jì)參數(shù)、完善橋梁防水設(shè)計(jì)、有序開展橋梁養(yǎng)護(hù)、培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才等策略推進(jìn)橋梁混凝土的設(shè)計(jì)與施工，進(jìn)一步推動(dòng)建筑工程行業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。