对西藏高寒地区桥梁耐久性问题的一些思考

2015-08-15李小兵四川省林业调查规划院四川成都610081

江西建材 2015年4期

■李小兵 ■四川省林业调查规划院，四川成都 610081

我国西藏地区由于地势特殊，昼夜温差大，尤其是冬季的冻融问题较突出，加上重载交通的增多，对桥梁结构防腐和耐久性提出了较高要求。

1 该地区必须重视桥梁结构的耐久性设计

为确保工程结构在设计使用的寿命年限内的安全和可正常使用需要采取高标准的防腐措施。在跨江河桥梁结构物所处的特殊环境中，有对钢筋发生腐蚀的氯盐及其它腐蚀物，当氯离子达到一定浓度后会破坏钢筋钝化膜，引起钢筋锈蚀，削减其有效截面并降低其粘结强度等，使混凝土保护层顺筋胀裂，影响了桥梁耐久性性。因此必须重视与桥梁结构耐久性直接相关的钢筋混凝土的腐蚀及腐蚀控制的研究。

西藏地区早期的桥梁，出现因材料选择不当以及设计防腐蚀措施不完善等在投入使用后不久，出现了严重损伤破坏。破坏部分主要为桥墩、主梁、盖梁等。其形式有:钢筋严重锈蚀，混凝土保护层开裂剥落甚至成片剥落，粗骨料外露等;部分构件长期处于冰雪融化水的干湿作用，表层混凝土已被溶蚀掉。

因此，沿江河地区桥梁工程应吸取国内在防腐处理上的经验教训及逐渐成熟的防腐措施，一定要重视防腐耐久性设计。

桥梁结构耐久性差极容易引起诸多不良后果，比如:

(1)混凝土结构容易发生开裂、侵蚀、碳化、破碎、溶蚀、碱－骨料反应、冻融循环破坏等;(2)混凝土与受力筋间粘结锚固作用削弱、注浆不密实等;(3)钢结构桥梁、钢筋锈蚀、疲劳及预应力筋应力损失等;

2 引发桥梁结构耐久性差的因素

国内外大量调查研究表明，外在各种环境影响、设计、施工及养护等各个环节都会导致混凝土结构耐久性变差。

(1)各种环境因素的影响

作为跨越各种障碍物的桥梁结构始终处于各种复杂的环境中。混凝土是一种以抗压性能为主(抗拉性能为辅)的建筑材料，初期水化热易造成强烈干缩应变，再有温度、湿度、各种不可预知的荷载等影响，极易导致主要由混凝土组成的结构产生众多细小的裂缝。当水分子、氯离子顺着裂缝渗入结构后，会造成钢筋表面钝化，引起其腐蚀，破坏二者间的胶结力，导致结构中的两种主要建筑材料钢筋与混凝土不能协调变形。因此混凝土结构强度和刚度会不断降低，从而导致结构耐久性变差直至最终破坏。

(2)设计理论与结构构造体系还需要改进

虽然我国现行设计规范对钢筋混凝土结构的耐久性有明确的规定。但是在具体的设计过程中，不少的工程设计人员往往忽略了应该从结构体系、结构构造、结构材料、结构养护、结构耐久性、施工及使用全过程中经常出现的人为因素等方面去加强和保证结构的安全性。从而引起有的桥梁结构整体性和延性不足，冗余性变小;有的梁结构配置过细的主筋、甚至是过小的构件截面等。以上主观意愿都会削弱结构耐久性，进而使结构的安全性受到严重影响。曾经有部分工程设计人员过分的追求混凝土构件轻型化，在减小的构件截面上配置十分密集受力钢筋。导致其单位体积内骨料和胶结材料偏少，同时在施工过程中振捣问题十分的突出，容易产生蜂窝麻面、严重时会出现空洞，因此无法完全保证钢筋混凝土构件具有可靠的密实度和强度。同时也无法保证其保护层厚度满足最低要求，进而引起其表面抗碳化年限减少，构件内的钢筋过早的被锈蚀，影响了结构耐久性和安全性。

(3)突出施工与管理水平问题

桥梁结构不可及时预见的突然倒塌与破坏必然造成重大的财产损失甚至会危及人们宝贵的生命，一旦发生会造成严重后果。因此工程相关参与者都应严于侓己，切实重视桥梁的耐久性、安全性。但现阶段我国施工行业中大面积存在施工和管理体制混乱，责任划分不明确，无法从源头上保证结构拥有足够的耐久性。不久前笔者作为设计方后期服务人员常驻施工现场亲眼目睹了不少足以引起结构耐久性不足的施工现象，虽然尽了自己最大努力，但受各种复杂因素的制约却又无能完全让责任方一一去改进和加以弥补，其主要表现在以下诸多方面:①施工前没有备足合格的原材料和施工工艺存在问题等，导致工程质量无法满足规范和设计要求的标准;②施工现场没有配备有效的计量设备，完全依靠施工人员的经验配料，导致混凝土配合比计量严重不准，变异性增大;③施工过程中存在无法完全杜绝个别桥梁存在诸如偷工减料、以次充好等严重的现象;④施工方因成本需要采用不少木质模板，木质模板高变异性致使混凝土保护层厚度厚薄不均;⑤钢筋没有作防锈处理，其间距不均匀，浇筑过程中粗、细骨料分布不均匀，混凝土振捣不密实;⑥因工程所在地区特殊的气候环境昼夜温差很大，未及时对已经浇筑完的桥梁结构采取必要的保温、降温措施等。

(4)桥梁维护缺乏全面系统管理

在桥梁维护方面不能做到及时有效地对桥梁全寿命过程进行管理，维修工程多发生在不得不修或者是出了事故后。没有把整个区域的桥梁作为一个系统工程来研究，错过最佳维修时机，效果不理想。

3 提高桥梁耐久性的措施

在进行桥梁结构总体方案设计时，应着重注意以下几点:

(1)拟定桥梁方案时，应根据工程所在区域的各种环境因素首先采用能保证施工质量的措施及方案来满足桥梁结构耐久性的要求。

如采用高强度、高性能耐久性混凝土，在混凝土中掺加钢筋阻锈剂，加大结构边缘保护层尺寸，对钢筋及体外预应力筋采取环氧涂层防腐措施处理等。

(2)重视桥梁结构抗冻性问题。因西藏地区特殊的地理环境以及特殊的气候条件，一年四季甚至是在一天中，不同时间的温差都可能相差特别巨大，桥梁结构将会反复受到剧烈的冻融考验，同时施工过程的不规范也会不同程度的削弱桥梁结构抗冻性。因此对该问题工程设计人员在设计过程中应该特别予以重视。

(3)桥梁病害分析是一个必要环节。在管理中对桥梁可能产生的病害进行详细分析研究后尽量消除桥梁病害，可能会有益于提高结构耐久性。结构设计时应保证结构在设计基准期内能够以最经济的、最合理情况下满足相应的功能要求，结构遇到偶然事件时，能保持必要的结构稳定性和承载能力。

(4)重视桥梁超载问题。桥梁超载现象在我国公路运输中十分普遍，近年来西藏地区经济发展很快，重载交通日益增多，结构设计人员务必要引起重视。一方面超载车辆会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，严重时会引发结构破坏事故。另一方面，由于超载造成桥梁内部损伤无法恢复，导致构件跨中开裂弯距降低、刚度下降，进而危及桥梁的安全性和耐久性。

在桥梁结构设计中耐久性设计时，应考虑以下方面:

(1)设计环境类别要满足结构混凝土耐久性基本要求，混凝土结构保护层厚度应严格执行相应环境类别要求。(2)对耐久性要求较高的重要结构物，宜选用结构重要性系数上限值。(3)江河环境桥梁应优先选用高性能混凝土(HPC)。对重要的水中下部结构(如桩基、承台、墩柱及帽梁)，条件满足时建议采用高性能混凝土。(4)超载问题。在西藏片区各种公路上，大型重载货车较多，结合实际的重载交通、复杂地理及施工环境等因素，桥梁设计荷载可适当留40%左右的富余度。(5)冻融问题。对该地区的桥梁结构一定要注意抗冻性设计，必要时应提高一个等级。(6)桥梁造价允许的情况下，重力式桥台尽量不要采用片(卵)石材料，宜直接采用素混凝土或钢筋混凝土结构。(7)对重要的桥梁结构，要重视耐久性监控检测系统的设计等。