對橋梁樁基耐久性問題的探討

蔣廣新

摘要：在研究國內(nèi)外關于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究最新動態(tài)的基礎上，分析了影響橋梁樁基耐久性的主要環(huán)境因素，提出對橋梁樁基耐久性問題研究的一些思考。

關鍵詞：耐久性；橋梁樁基；環(huán)境因素；橋梁工程

橋梁基礎工程常用到樁基礎，由于橋位的特殊性，橋梁樁基受環(huán)境因素的作用較大，存在著耐久性不足的危險性。因此橋梁樁基耐久性應在不同學科、不同的層次上分微觀和宏觀兩方面進行研究，其中環(huán)境因素對橋梁樁基耐久性的影響及其量化、橋梁樁基耐久破壞過程的力學機理、基于結(jié)構(gòu)可靠度分析上的橋梁樁基耐久抗力計算理論以及已有橋梁樁基的殘余壽命評估計算等問題，是當前橋梁樁基耐久性研究中最亟待解決的重點研究方向。

實踐證明，橋梁樁基有如下優(yōu)點：在河床沖刷深度不易計算，河床沖刷較大或河床不穩(wěn)定的情況下，樁基仍能滿足使用需要、能支撐橋跨結(jié)構(gòu)傳來的豎向荷載和水平荷載并具有抗拔力、能減少沉降量；另外在軟土地區(qū)，樁基能穿越上部軟土層，將荷載傳遞到深處堅實的土層或基巖上，因此，它在橋梁工程中得到廣泛的使用。從這點出發(fā)，探討樁基的設計理論、耐久性以確保其使用的長期安全性，一直是橋梁工作者十分關心的問題。傳統(tǒng)的橋梁樁基設計理論從純力學的角度出發(fā)，建立樁基的撓曲線方程并計算出任意樁截面上的轉(zhuǎn)角、彎矩及剪力，按照偏心受壓構(gòu)件進行配筋和樁身強度驗算。這種設計理論是以力學因素加以考慮，但其對于各種非力學因素，如環(huán)境因素，該理論并未囊括。實際上，一方面鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定性和各種性能在各種非力學因素的作用下會逐漸衰減和劣化，最終導致逐漸喪失承載力而失效。顯然，作為鋼筋混凝土構(gòu)件的橋梁樁基的耐久性必然受到影響。由于橋梁主要用于跨越河流或不良地基，樁基所處的環(huán)境涉及到水、河床有機沉積物、含有多種不利物質(zhì)的軟土等，橋梁樁基的使用環(huán)境較為惡劣。由此可見，非力學因素對橋梁樁基的耐久性具有很大的影響。另一方面，樁基的耐久性對橋梁能夠長期地、安全地使用至關重要。因為耐久性影響混凝土構(gòu)件使用“壽命”。橋梁樁基也不例外，由于耐久性不足所造成基礎的損壞時有發(fā)生。

1我國橋梁設計中結(jié)構(gòu)耐久性差的原因

1.1 缺失橋梁設計規(guī)范

在橋梁建設的過程中，各個方面的工作都需要有質(zhì)量保證體系，其中最為重要的便是對橋梁設計行為的規(guī)范，只有在橋梁建設中，將一切都包容到行為規(guī)范中去，那一切的行動才能夠有條例進行參照，一旦有了條例的限制，一切的工作便要以條例為準，按規(guī)定進行操作，不能隨心所欲的進行修訂和改變。目前，我國在橋梁建設中的各項制度都是以法律為前提的，這樣便可以真正的對橋梁工程進行管理。但是，我們對這些規(guī)章制度的管理卻是十分的不到位，甚至有一些規(guī)范已經(jīng)不再適用當前的橋梁建設了，但卻沒有指定出新的規(guī)范。這些不到位的管理，直接導致了橋梁設計缺乏規(guī)范，各自成文，對橋梁設計中結(jié)構(gòu)耐久性問題不加以重視，從而對橋梁工程建設帶來困擾和制約。

1.2設計理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系存在缺陷

在橋梁設計中，由于國家的不重視，對設計人才的培養(yǎng)不到位，導致了設計人才的缺失，在所有的橋梁建設中，結(jié)構(gòu)耐久性問題已經(jīng)成為最現(xiàn)實的重要問題，在橋梁設計中，很多設計人員僅僅是從結(jié)構(gòu)強度上進行設計，只是注重于經(jīng)濟和美觀，很少有人真正的重視結(jié)構(gòu)的耐久性問題，這種設計上的缺陷直接導致了橋梁質(zhì)量的不達標，從而引發(fā)更多的質(zhì)量問題。同時，結(jié)構(gòu)構(gòu)造與環(huán)境的的符合程度也比較低，由于環(huán)境條件導致的結(jié)構(gòu)耐久性問題也非常嚴重。

2 影響橋梁樁基耐久性的環(huán)境因素

橋梁樁基的使用環(huán)境較其它混凝土結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境更為惡劣，因此環(huán)境因素對樁基耐久性的影響也較為突出。橋梁工程需要設樁基的情況，或是因為要穿越河床將荷載傳遞到基巖上，或是因為需穿越不良地基將荷載傳遞到深處堅實的土層上。而不同的地點土性不同，土所含的物質(zhì)不同，地下水位或河道水位不同，因此，樁基使用環(huán)境的性質(zhì)隨著其所處的地點、區(qū)域的不同而有很大的差異；一年季節(jié)的變化也會造成一定的差異。另外，由于地下物質(zhì)的生化作用，使用環(huán)境的性質(zhì)還可能逐年惡化。所有這一切均會對鋼筋起保護作用的混凝土產(chǎn)生影響，導致混凝土過早失去對鋼筋應有的保護作用，最終影響樁基的耐久性。所以，在研究橋梁樁基的耐久性問題時，樁基的使用環(huán)境是一個必須加以考慮的因素。影響橋梁樁基耐久性的環(huán)境因素是多元化的，主要影響因素可分為以下幾點。

2.1 土質(zhì)因素

一般說來，所有的土均含有有機物（盡管其數(shù)量和種類千變?nèi)f化）。有些土中含有氨基酸、碳水化合物、有機酸、油以及蠟；有些土中含有羧基、石碳酸氫氧基、酯、還可能有其它聚合體。這些物質(zhì)的存在或是給土中的微生物提供養(yǎng)料，使微生物活動更為頻繁，惡化樁基的使用環(huán)境，或是直接腐蝕混凝土，進而腐蝕鋼筋。對于樁基穿越的軟土來說，其除了含有非晶體或微晶體的水化鋁、水化鎂或水化鐵的硅酸鹽外，還含有其它各種物質(zhì)，其組分十分復雜。這些物質(zhì)對樁基耐久性的影響有待進一步研究。對于河床上的淤泥來說，其厚度因不斷有新的河床沉積而常年變化，且沉積物質(zhì)也千變?nèi)f化。在水和微生物的作用下，不同層面的淤泥均會有較大的差異。所有這一切以及它們對樁基的耐久性的影響也有待進一步研究。對于樁基穿越的鹽漬土，特別是含有大量易溶鹽的飽和土，由于易溶鹽在施工時極易滲入橋梁樁基常用的灌注樁中，對樁基的耐久性有較大的影響。而在樁基的使用過程中，樁身極易出現(xiàn)鹽結(jié)晶，這對樁基的耐久性亦有較大的

影響。

2.2 河道水位因素

河道水位一年四季發(fā)生變化，對于采用高樁承臺的樁基礎來說，其對樁基的耐久性的影響就表現(xiàn)得更為突出。水上和水下的樁基，其混凝土碳化的程度不同，這種不均勻的碳化使樁基混凝土強度不均勻，在使用數(shù)年后，內(nèi)部鋼筋的銹蝕也不均勻，極易產(chǎn)生應力集中和缺口效應。而局部樁身因水位變化引起的干濕循環(huán)，又加劇了以上

過程。

2.3 季節(jié)及氣候因素

季節(jié)有雨季旱季，氣候有降雨、冰凍及艷陽天。有些區(qū)域雨季地下水位高，旱季地下水位低，地下水位的變化不但使樁基的受力情況發(fā)生變化，而且使地下有害物質(zhì)對樁基的作用發(fā)生變化。冰凍和凍融會引起樁基產(chǎn)生微裂縫，使內(nèi)部鋼筋的銹蝕加大加快。溫度的高低循環(huán)、地下水位的高低循環(huán)，也對樁基產(chǎn)生不均勻作用，影響樁基的耐久性。

2.4 荷載因素

橋梁傳給樁基的荷載較其它建筑物要大，對于有些橋型，不但對樁基有較大的垂直荷載，且有較大的水平荷載。橋梁上的荷載還是動荷載。在這樣的荷載作用以及以上各因素的聯(lián)合作用下，橋梁樁基上的微裂縫處更易產(chǎn)生應力集中和缺口效應，使其耐久性進一步降低。

2.5 水分入滲因素

由于橋梁樁基所處位置的特殊性，其周圍一般水分較多。而混凝土本身有一定的滲透性，使水分滲入樁體，易于使樁內(nèi)鋼筋較快銹蝕。若樁基混凝土表面有明顯的氣孔與內(nèi)部空腔相連，這種作用就更為嚴重。因此水分入滲因素對樁基耐久性也有較大影響。

3 關于橋梁樁基耐久性設計方法的研究

由于橋梁樁基有時是單排樁有時是多排樁，有時還有斜樁，不同的樁組合有不同的受力特征，而不同受力特征的構(gòu)件具有不同的耐久性特征和抗力變化規(guī)律，再者橋梁樁基的耐久性失效是一個隨機過程。這就需要在前面的工作基礎上，對橋梁樁基整體結(jié)構(gòu)耐久性進行研究。重點研究它與樁基耐久抗力的關系，研究解決橋梁樁基隨時間變化的耐久可靠度、橋梁樁基的耐久性設計方法等。通過這些研究，實現(xiàn)橋梁樁基設計方法由傳統(tǒng)的單一強度控制的設計方法，向由強度、耐久性雙指標控制的設計方法發(fā)展。

參考文獻

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