淺析影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的細(xì)部設(shè)計(jì)

劉歡

【摘要】 改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的基礎(chǔ)設(shè)施迎來了建設(shè)的高潮，一大批道路橋梁得到了建設(shè)，但是由于種種原因，橋梁的使用壽命一直不是很長。橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行依賴于耐久性設(shè)計(jì)是否完備，依賴于后期檢測(cè)和維護(hù)是否得當(dāng)。作為橋梁耐久性保障的第一步，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須重視耐久性設(shè)計(jì)問題，本文將從當(dāng)前橋梁工程建設(shè)的細(xì)部設(shè)計(jì)出發(fā)，分析影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素及其存在的問題，進(jìn)而提出提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的有效對(duì)策，希望能給橋梁細(xì)部設(shè)計(jì)工作者帶來一定的啟發(fā)與幫助。

【關(guān)鍵詞】 橋梁結(jié)構(gòu)；耐久性；細(xì)部設(shè)計(jì)

1.引言

隨著交通建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，橋梁服役年限日漸增長，橋梁結(jié)構(gòu)中會(huì)不可避免地出現(xiàn)表面和內(nèi)部缺陷，這些缺陷往往具有很大的危險(xiǎn)性，如果管養(yǎng)和維護(hù)不好，橋梁的壽命將會(huì)大大縮短，甚至?xí)l(fā)生突然的破壞，造成人民生命財(cái)產(chǎn)損失。橋梁建筑已不單純作為交通線上重要的工程實(shí)體，而且常作為一種空間藝術(shù)結(jié)構(gòu)物存在于社會(huì)之中，這就對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。因此，為保證橋梁工程建設(shè)的質(zhì)量，減少安全事故的發(fā)生率，必須加強(qiáng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的細(xì)部設(shè)計(jì)。

2.影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性細(xì)部設(shè)計(jì)的主要因素

2.1不重視環(huán)境侵蝕對(duì)橋梁耐久性的影響

以橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)為例，對(duì)其耐久性產(chǎn)生影響的主要包括腐蝕、碳化、裂縫以及鋼筋的銹蝕等問題。因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，沒有從施工環(huán)境，諸如工程結(jié)構(gòu)周邊的土壤、化學(xué)介質(zhì)等侵蝕因素等對(duì)橋梁耐久性予以考慮。尤其是隨著現(xiàn)代環(huán)境由于污染情況日益嚴(yán)重，其對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的侵蝕性影響更加嚴(yán)重。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中沒有考慮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中存在的堿骨料反應(yīng)、碳化、徐變以及材料性能差異等方面的影響，使得橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中出現(xiàn)了裂縫、破損等問題，影響到了橋梁的應(yīng)用耐久性。[1]

2.2結(jié)構(gòu)域構(gòu)造細(xì)節(jié)不合理

在橋梁總體設(shè)計(jì)方案中，如采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)支或連續(xù)，T型梁或箱梁以及跨徑比例、斷面尺寸的擬定等眾多結(jié)構(gòu)域構(gòu)造問題，不但影響經(jīng)濟(jì)性，對(duì)橋梁耐久性能也有很大影響，若選取的結(jié)構(gòu)不合理，可能導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)耐久性不足，為營運(yùn)后橋梁出現(xiàn)病害埋下了病根。另外，部分設(shè)計(jì)過程中缺乏足夠的保護(hù)層厚度、砼強(qiáng)度等級(jí)過低、橋梁構(gòu)件的截面過薄以及鋼筋直徑過小等問題，這些因素都影響到了橋梁結(jié)構(gòu)的持續(xù)性以及耐久性的影響。

2.3施工工藝考慮不足

在設(shè)計(jì)工作，沒有考慮到橋梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量及施工工藝的可執(zhí)行性，導(dǎo)致施工結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)工藝需求。在施工過程中，存在著過于追求施工進(jìn)度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不能達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的問題，給橋梁工程留下了安全隱患。特別是一些橋梁在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現(xiàn)嚴(yán)重的耐久性不足的問題，這也與施工質(zhì)量低下有重要關(guān)系，對(duì)于短期內(nèi)發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質(zhì)量沒有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，典型的問題包括材料強(qiáng)度不足和施工工藝不合格等，所造成的后果是非常嚴(yán)重的。

3.提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性細(xì)部設(shè)計(jì)的有效對(duì)策

3.1強(qiáng)化耐久性細(xì)部設(shè)計(jì)理念

橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)源大致可分為兩大類：自然風(fēng)險(xiǎn)和人為風(fēng)險(xiǎn)。自然風(fēng)險(xiǎn)有地震及地震引起的海嘯、滑坡、山崩、泥石流、洪水等水文地質(zhì)災(zāi)害。臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)和颶風(fēng)、暴風(fēng)雪、嚴(yán)寒、酷熱等氣象災(zāi)害，人為原因有設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤、施工管理的錯(cuò)誤和問題、施工操作的錯(cuò)誤等。2004年頒布的橋梁規(guī)范5公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范6中明確規(guī)定了結(jié)構(gòu)混凝土在最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土強(qiáng)度等級(jí)、最大氯離子含量和最大含堿量等方面的要求，這是對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性最基本的要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵照?qǐng)?zhí)行。{2}一方面，承包商需要合理選用設(shè)計(jì)單位，以保證設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)質(zhì)量；另一方面設(shè)計(jì)單位需要意識(shí)到細(xì)部設(shè)計(jì)理念的重要性，不斷強(qiáng)化本單位設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念，樹立耐久性設(shè)計(jì)思想并貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過程的始終。

3.2合理選擇橋梁結(jié)構(gòu)體系和材料設(shè)備

一般來說，在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的具體方案主要包括有以下幾種：

①提高保護(hù)層的厚度。混凝土橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)通常布置著大量的鋼筋，一旦保護(hù)層破壞或者厚度不合理，將導(dǎo)致水分、空氣及其他物質(zhì)進(jìn)入腐蝕其鋼筋，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的耐久性下降。所以，橋梁結(jié)構(gòu)的保護(hù)層越厚，鋼筋就越有可能避免長時(shí)間的侵蝕，鋼筋銹蝕的速度就越低，從而橋梁結(jié)構(gòu)的使用就越耐久。

②選擇高性能的材料。如高屈服、高強(qiáng)度、高水平鋼材的斷裂韌性、焊接性能好，耐腐蝕等，使用環(huán)氧涂層鋼絞線和鋼筋，防止鋼絞線和鋼筋腐蝕，優(yōu)選高性能的混凝土，在橋面鋪裝中使用環(huán)氧瀝青混凝土，可以增加強(qiáng)度、耐磨性及密實(shí)度，從而使橋面有更好的耐久性。對(duì)于水中下部的橋墩，建議使用抗?jié)B性能好的混凝土，混凝土配合比設(shè)計(jì)中，嚴(yán)格控制混凝土的有害裂縫。混凝土中氯離子含量對(duì)鋼筋腐蝕的影響極大，一般情況下，鋼筋混凝土中氯鹽摻量應(yīng)少于水泥重量的1%，摻氯鹽的混凝土必須振搗密實(shí)，且不宜采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。

③結(jié)構(gòu)或部件的合理選型。如果想要提升橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度，降低橋梁的疲勞振動(dòng)的話，那么就應(yīng)該盡量采用箱形斷面。另外還要盡量選用全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，這樣才能保障截面在使用過程中不會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，進(jìn)而防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。[3]在設(shè)計(jì)構(gòu)建截面的時(shí)候，鋼筋之間的距離應(yīng)該適宜，以便振搗，從而保障混凝土的密度和強(qiáng)度。

3.3建立完善的橋梁耐久性評(píng)估機(jī)制與監(jiān)督管理機(jī)制

正所謂“無規(guī)矩不成方圓?！庇捎跇蛄旱氖褂脮r(shí)間比較長，因此其耐久性在短時(shí)間內(nèi)難以真正評(píng)估。若證明一所橋梁的耐久性程度，必須經(jīng)過長期的監(jiān)測(cè)材料積累才能實(shí)現(xiàn)。目前在工程建筑領(lǐng)域使用比較廣泛的一種評(píng)估方法叫做“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估法”，該方法根據(jù)工程建筑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性進(jìn)行綜合的評(píng)估，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)出其在今后的使用過程中可靠性的下降情況，最終對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行評(píng)級(jí)。

另外，在橋梁結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)過程中，還可以從內(nèi)外兩方面加強(qiáng)其監(jiān)督管理工作：一方面，需要設(shè)計(jì)單位加強(qiáng)內(nèi)部監(jiān)管機(jī)制，不斷提高設(shè)計(jì)人員的專業(yè)設(shè)計(jì)水平，要求設(shè)計(jì)人員從單位整體利益出發(fā)，根據(jù)承包商乃至客戶的需求設(shè)計(jì)出令其滿意的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于出于自身利益考慮而故意造成設(shè)計(jì)失誤的人員予以相應(yīng)的懲罰；另一方面，需要承包單位加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)人員的外部監(jiān)督管理，選擇高技術(shù)高水平的設(shè)計(jì)單位，將有效的信息和要求提供給設(shè)計(jì)人員，對(duì)于細(xì)部設(shè)計(jì)過程中不滿意或出現(xiàn)問題的地方應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)人員溝通，并要求其及時(shí)作出修改，從而提高橋梁結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的質(zhì)量。只有建立一套完善的橋梁耐久性評(píng)估與監(jiān)管機(jī)制，才能做到防患于未然。

4.結(jié)束語

總之，橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的細(xì)部設(shè)計(jì)問題的研究是具有長期性和復(fù)雜性的重要課題。我們應(yīng)高度重視橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問題，創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路，不斷提高設(shè)計(jì)水平，以提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，相信在廣大設(shè)計(jì)工作者的共同努力下，我國橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性將會(huì)在整體上得到提高，從而最大程度的實(shí)現(xiàn)橋梁工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱平華，金偉良，倪國榮等.在役混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估方法[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2006，40（4）：658-667.

[2] 喬琪.淺析橋梁結(jié)構(gòu)耐久性[J].價(jià)值工程，2011，30（14）：89-89.

[3] 陸凱.試論橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的成因[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013，（15）.