關于橋涵耐久性設計的一些見解

王杰昭

（南通市規劃設計院有限公司，江蘇南通 226006）

0 引言

啟東市地處江蘇省東南部長江口北岸邊，東鄰黃海，全市基本位于臨海環境。根據有關環境水對混凝土腐蝕性評價標準判定，場區地下水對混凝土及其中的鋼筋具微腐蝕性，地表水對混凝土具微腐蝕性，對干濕交替環境下混凝土中鋼筋具弱腐蝕性。更有局部地區及路網位于海防大堤以外，橋梁墩、臺位于海水中即海洋環境，根據地勘資料顯示基本處于鹽漬土環境，地下水和場地土對混凝土結構鋼筋具有不同程度的腐蝕性。因此本地區對于橋涵耐久性設計，需著重研究。

1 環境分類

啟東市位于臨海環境地區，大致可分為兩大類。

（1）鹽漬土場地環境：位于海防大堤以內，根據地勘資料基本處于鹽漬土環境，一般為氯鹽漬土。鹽漬化程度根據圖層的平均含鹽量分弱鹽漬土、中鹽漬土、強鹽漬土、過鹽漬土。地下水和場地土對混凝土結構鋼筋具有不同程度的腐蝕性。

（2）海洋環境：位于海防大堤以外跨海橋梁，有的橋梁雖一跨跨越入海河流，但離海邊很近，有的橋梁跨越入海口河流，橋墩位于海水中。

2 結構設計

2.1 鹽漬土地區環境橋涵耐久性設計

鹽漬土地區環境對沿線橋涵的影響主要為地面以下部分：橋梁樁基礎和涵洞。

對橋梁來說，主要影響橋梁樁基礎的耐久性，根據鹽漬化程度采用以下三方面措施提高結構耐久性：

（1）提高混凝土等級，樁基礎混凝土等級提高為C30；

（2）提高樁基礎的保護層厚度，提高至8 cm；

（3）對于鹽漬化程度較高（中鹽漬土及以上）地區的橋梁，提高裂縫寬度控制要求，裂縫寬度控制由0.18 mm提高到0.15 mm。

對于埋置于鹽漬土中的涵洞，根據鹽漬化程度采用以下一種或幾種措施提高結構耐久性：

（1）提高涵洞混凝土等級，涵洞混凝土等級提高為C35，其它混凝土等級相應提高；

（2）提高涵洞的保護層厚度，提高至6 cm；

（3）對于鹽漬化程度較高（中鹽漬土及以上）地區的涵洞，提高裂縫寬度控制要求，裂縫寬度控制由0.18 mm提高到0.15 mm。

2.2 海洋環境

影響海洋環境橋梁結構耐久性的主導因素是結構的抗氯離子或者氯鹽腐蝕性能，主要通過以下幾個方面加以控制：（1）結構設計；（2）混凝土原材料性能；（3）其它附加防腐措施。

2.2.1 結構設計

2.2.1.1 裂縫設計計算控制

表1為混凝土表面最大裂縫允許值。

表1 混凝土表面最大裂縫允許值

2.2.1.2 預應力設計

上部結構防腐蝕的關鍵問題是防止含氯水進入導致預應力材料腐蝕，結構發生破壞。為增強預應力孔道壓漿的密實性，提高預應力體系的耐久性，箱梁預應力設計時采用耐腐蝕、密封性能好的塑料波紋管配合真空輔助壓漿技術，同時對預應力錨頭采用嚴格的防水和阻銹措施。

2.2.1.3 各結構部位合理的鋼筋保護層厚度設計

試驗顯示，即使是低水灰比高質量的混凝土，在暴露于有氯鹽存在的環境中，混凝土表面12 mm深度內的氯離子含量遠遠超過25～50 mm深度內的氯離子含量。因此，在海洋環境中的工程，鋼筋保護層厚度對保證混凝土結構耐久性至關重要，應比一般環境的保護層厚度要大一些，同時還要考慮施工偏差的因素，需對其進行嚴格的施工控制和質量檢查。

2.2.1.4 附屬結構設計

橋面鋪裝、支座、伸縮縫、檢查吊機架、機械設備、公共事業設備、照明等部件的使用壽命需達到25～50 a，同樣也須具備可維修性和可更換性。

2.2.1.5 斜拉橋或部分斜拉橋拉索防腐

對斜拉橋或部分斜拉橋的拉索考慮耐久性設計，從以下幾個方面考慮：（1）以拉索的疲勞抗性為形式的耐久性；（2）以用做索導管成鋼絞線護套的塑料材質的時效為形式的耐久性；（3）以裸露金屬表面的防腐為形式的耐久性；（4）以主拉索（即拉索內的鋼絞線）的防護為形式的耐久性。

2.2.1.6 防水設計

為提高橋梁的耐久性，注重橋梁防水整體性原則，不僅注意橋面，同時注意伸縮縫、接縫等局部的防水。各防水構造和措施如下：

（1）橋面防水材料要求具有良好的抗滲性能，與瀝青面層有足夠的粘結強度；面層碾壓后，有良好的無破損性，良好的耐高、低溫性能；對橋面狀況有著良好適應性；能較好抵御橋面裂縫的影響；材料壽命不應低于面層壽命；良好的邊緣密封性；施工簡潔、環保。

（2）伸縮縫下的結構考慮伸縮縫的損壞、滲漏對構件的影響。

（3）為了便于檢查、維護和更換排水管道，不將排水管道澆筑在混凝土內，設計成懸吊于橋面之下或置于主梁之間的空隙內，或布置在橋面邊緣的管溝內。

（4）排水系統的使用必須耐用，使用的材料必須堅固，能夠抵抗一般化學物質的侵蝕。

（5）在混凝土箱梁內的所有低點設置排水孔，在可能出現排水滲漏的地方，留有可替代的出口，以防止箱內積水。

（6）排水管、泄水口的設計要選用密封性好的材料，以保證橋面水在排除過程中不流經橋梁構件。

（7）橋梁構件表面應有利于排水，不在縫或止水處排水。

（8）箱形梁的內部空間有利于通風，避免過高的局部潮濕和水汽長期聚積。

（9）設計時盡量避免外露鋼構件與內部鋼筋的連接,混凝土上預埋鋼構件須予以鍍鋅。

2.2.2 混凝土原材料性能

2.2.2.1 采用海工耐久混凝土

提高海工混凝土耐久性主要措施有：采用高性能混凝土；摻礦物外加劑改善混凝土抗氯離子滲透性；采用低水膠比提高混凝土密實性。海工混凝土的原材料組成、配合比及性能研究如下。

（1）水泥要求

采用強度等級為42.5的Ⅱ型硅酸鹽水泥，水泥中C3A含量控制在6%～12%，氯離子含量低于0.03%。

（2）礦物摻合料

粉煤灰（FA）選用組分均勻、各項性能指標穩定的低鈣灰，且燒失量不大于8%，需水量比不大于100%，SO3含量不大于2%；磨細高爐礦渣的比表面積控制在360～440 m2/kg，需水量比不大于100%，燒失量不大于5%。

（3）集料

不得采用可能發生堿－集料反應（AAR）的活性集料；水溶性氯化物折合氯離子含量不得超過集料重的0.02%；細集料含泥量小于0.2%，泥塊含量小于0.5%，云母含量小于2%，細度模數2.9～2.6，不得采用海砂和人工砂；粗集料含泥量小于0.5%，泥塊含量小于0.25%，壓碎指標小于12%，針片狀顆粒含量小于10%，最大粒徑不超過25 mm。

（4）化學外加劑

減水劑（或泵送劑）的減水至少達到25%；外加劑中氯離子含量不得大于混凝土中膠凝材料總重的0.01%。

（5）拌合用水及養護用水

不得采用海水、污水、和pH值小于5的酸性水，水中的氯離子含量不應大于200 mg/L，硫酸鹽含量按SO-4計不大于500 mg/L。

2.2.2.2 混凝土配合比設計原則

海工耐久混凝土配置原則：選用低水化熱和低含堿量的水泥；選用高效減水劑（泵送劑），取用偏低的拌合水量；限制混凝土中膠凝材料的最低和最高用量，并盡可能降低膠凝材料中的硅酸鹽水泥用量；摻用粉煤灰、磨細礦渣等礦物摻合料；侵蝕等級為E、F等級的構件部位的混凝土應加入適量摻入型鋼筋阻銹劑；通過適當引氣提高混凝土耐久性，新拌混凝土中引氣量一般控制在4%～6%，氣泡間隔系數小于250μm；混凝土拌合物中各種原材料引入的氯離子總質量不應超過膠凝材料總量的0.1%（鋼筋混凝土結構）和0.06%（預應力混凝土結構）。

膠凝材料用量不宜高于500 kg/m3，一般不應超過550 kg/m3，最大水膠比(W/B)不超過0.5，并根據規范對水膠比進行嚴格控制。

按照耐久性設計規范，對混凝土進行配合比設計，并對混凝土各項性能、指標（抗壓強度、氯離子擴散系數、電通量、坍落度、擴展度、抗裂性能、初凝時間、終凝時間）進行試驗、匯總，各項性能、指標均按照相關規范嚴格控制，同時根據結論對混凝土配合比進行修改以確定最佳配合比，使各項性能、指標均能達到規范要求。

2.2.3 鋼箱梁防腐涂裝

鋼箱梁采用油漆長效防腐體系（防腐年限15 a以上），對鋼箱梁不同部位分別處理，面漆采用聚氨酯涂料。表2為鋼箱梁防腐涂裝設計方案。

表2 鋼箱梁防腐涂裝設計方案。

2.2.4 其它附加防腐措施

（1）在腐蝕嚴重的水位變動區，承臺和浪濺區的墩身中使用摻入型鋼筋阻銹劑。

（2）涂覆型涂層

試驗結果表明：通過優選材料和合理的施工工藝，涂料的附著力、柔韌性、沖擊強度、耐磨性、硬度等，涂層的耐堿性、耐老化性、涂層與濕表面混凝土的粘接強度等，可以達到相應規范的要求。

（3）鉆孔灌注樁防腐措施

可適當增大鋼筋保護層的厚度，并在灌注樁上部采用高性能混凝土。施工前還需研究海水拌制泥漿對鉆孔樁耐久性的影響。

保留施工用鋼護筒，并對鋼護筒外表面采取防腐措施。對環境作用等級為F級的鋼護筒在水位變動區、水中區部分（沖刷線以上）采取涂層防腐措施，設計使用年限10～20 a，具體為：底層采用40μm無機富鋅漆，中間層采用310μm環氧樹脂漆，面層采用130μm乙烯樹脂漆。

（4）耐候鋼支座

支座選用耐腐蝕性強的耐候鋼支座，目前跨海大橋中使用廣泛。

3 結語

在目前我國大力發展交通基礎設施的過程中，臨海環境地區結構耐久性設計中的一些具體問題及構造細節處理往往被忽略。筆者對設計中的細節問題談了粗淺的體會和觀點，旨在為同類橋梁的設計提供可借鑒的經驗。