中小跨徑混凝土橋梁耐久性狀況評估方法探討

楊傳國

摘 要：近年來隨著經濟社會的發展，交通量越來越多，車輛荷載越來越重，造成橋梁劣化現象越來越嚴重，我國是橋梁大國，已建成各類橋梁近80萬座，其中中小跨徑的混凝土橋梁占有很大的比重，如何評價中小跨徑混凝土橋梁耐久性狀況，預估其剩余使用壽命，同時將有限的養護資金發揮最大的經濟效益值得我們思考。

關鍵詞：中小跨徑橋梁；缺損狀況；無損指標；耐久性狀況評價

中圖分類號：U445 文獻標志碼：A

1 問題研究背景及意義

橋梁不可能永久完好，不管使用何種結構形式，采用什么樣的材料，橋梁都會出現老化，有很多因素都會使其老化，如橋梁結構形式、橋梁的施工質量、大氣環境、交通荷載作用等等。我國已建有各類橋梁近80萬座，中小跨徑橋梁占很大比重，荷載試驗是評價橋梁承載能力最直接的方法，但是荷載試驗需要花費大量的人力、財力且需要中斷交通，無法大量普及，因此亟需一種中小跨徑橋梁耐久性狀況評估方法，預估其剩余壽命，筆者長期從事橋梁檢測和承載能力評定工作，結合多年檢測檢驗，探尋一種簡單的中小跨徑混凝土橋梁耐久性狀況評定方法。

2 中小跨徑橋梁耐久性狀況評估

中小跨徑橋梁結構類型簡單，受力體系明確，其耐久性狀況評估可根據橋梁的建造年代、運營環境、缺損狀況及無損指標綜合評定，通過對各項指標評定其標度并根據標度對應其權重，采用多指標分級加權評定的方法評價耐久性。

2.1 橋梁建造年代

隨著經濟社會發展，交通量越來越多，交通荷載越來越重，橋梁設計規范經過幾次修改，從《公路鋼筋砼及預應力砼橋涵設計規范》（JTJ 023—85）規定的設計荷載汽-10、汽-15、汽-20，驗算荷載：履帶-50、掛-80、掛-100，到《公路橋涵設計通用規范》（JTJ 021—89）增加汽-超20，再到最新的《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60—2015）規定設計荷載：公路-I級、公路-II級，隨著規范設計荷載的變遷，不同時期建造的橋梁其設計承載能力不同，因此對橋梁耐久性狀況評價時應考慮其建造年代，參考表1對其建造年代進行評價。

2.2 運營環境

根據《混凝土結構耐久性設計規范》（GB/T 50476—2008）要求，混凝土結構所處環境按其對鋼筋和混凝土材料的腐蝕機理分為5類，見表2。

根據表2，參考表3查取相應的運營環境耐久性狀況指數權重。

2.3 缺損狀況

橋梁的缺損狀況主要參考裂縫及混凝土破損狀況，裂縫是鋼筋混凝土橋梁最常見的劣化現象，也是導致鋼筋內部銹蝕的主要原因，裂縫類型分為結構裂縫（受力裂縫）和非結構裂縫（非受力裂縫）兩種，結構裂縫由靜荷載及活荷載所造成，所有裂縫都是受拉產生的，但是根據結構受力體系，一般將裂縫分為受彎裂縫和剪切裂縫，對于裂縫寬度的限值，各國為了滿足耐久性的要求作了不同的規定，參考我國《城市橋梁養護技術規范》（CJJ 99—2003）和《城市橋梁檢測與評定技術規范》（CJJ/T 233—2015）對裂縫寬度限值的規定，對裂縫進行評價。

缺損狀況耐久性狀況評價指數γ權重取值表見表4。

2.4 無損指標

2.4.1 碳化

混凝土中的水泥水化物呈強堿性，隨著環境的侵蝕，空氣中的CO2和水分子與混凝土的堿性成份緩慢發生化學反應，致使混凝土逐漸失去堿性成份，變成中性，這叫做碳化。因此，對于長期處于潮濕環境的橋梁結構來說，通過檢測其混凝土的碳化深度，并結合鋼筋的混凝土保護層厚度狀況，可以評判混凝土碳化程度。

2.4.2 強度

根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21—2011）規定，采用回彈法對混凝土強度進行強度檢測。根據實測強度推定值或測區平均強度值計算其推定強度勻質系數Kbt或平均強度勻質系數Kbm，并按表5的規定確定混凝土的強度評定標度。

2.4.3 鋼筋銹蝕電位

當混凝土處于一個高堿性環境，混凝土中液體pH值為13左右時，由于氯化物或碳化，鋼筋發生銹蝕。銹蝕過程中，在表面形成陽極區和陰極區，導致離解，因此，電勢越高，通常腐蝕率也就越大。

對于鋼筋銹蝕電位檢測采用《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21—2011）判別，見表6。

無損指標根據其碳化、強度和鋼筋銹蝕電位評價標度綜合進行評定，如某一項指標達到3類或3類以上，按最差狀況進行評定，其耐久性狀況指數參考表7。

通過構建一個耐久性狀況評價折減指數ζ的函數，其主要與4個指標有關，建造年代、運營環境、缺損狀況及無損指標，見下式：

ζ=f（α、β、γ、δ） （1）

3 某工程實例

某市濱湖區三跨簡支混凝土橋梁，橋長57.0m，跨徑組合為10m+30m+10m，兩邊跨上部結構為普通鋼筋混凝土結構，中跨為預應力混凝土T梁，下部結構橋墩采用樁柱式結構，基礎采用鉆孔灌注樁，橋臺采用重力式結構，臺身采用漿砌塊石材料，該橋建于20世紀90年代中期，目前，交通狀況繁忙，有公交車通行，橋頭兩端設有10t限載標志牌，該橋主要病害有：兩邊跨橋梁跨中L/4～3L/4區域出現大量橫向裂縫，裂縫最大寬度0.42mm；兩邊跨橋面鋪裝存在3條縱向裂縫，裂縫對應鉸縫位置且鉸縫通常滲水。

根據上述內容，該橋其建造年代耐久性狀況評價指數α取0.90、運營環境耐久性狀況評價指數β取0.96、缺損狀況耐久性狀況評價指數γ取0.88、無損指標耐久性狀況評價指數δ取0.98，再根據公式（1），其耐久性狀況評價折減指數ζ為0.75，根據筆者經驗，耐久性狀況評價折減指數ζ在0.95～1.0為好，在0.85～0.95為較好，在0.70～0.85為合格，在0.60～0.70為較差，在0.60以下為差。

4 總結與展望

通過對橋梁耐久性狀況進行評估，掌握橋梁退化性能和程度，預估橋梁剩余使用壽命、保證橋梁的安全運營，有利于養護部門合理安排養護資金，隨著人工智能的發展，神經網絡技術已在橋梁耐久性狀況評價部分應用，這是耐久性狀況評估方法的發展趨勢。

參考文獻

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