淺析橋梁設計中的耐久性問題及對策

趙佳

陜西交通公路設計研究院有限公司 陜西西安 710000

耐久性，是指在設計確定的環境作用和養護、使用條件下，結構及其構件在設計使用年限內保持其安全性和適用性的能力。近年來，由于各種原因導致公路橋梁耐久性不足的現象頻頻發生。耐久性不足，主要表現為橋梁抵抗風化、機械摩擦、化學侵蝕的能力下降，上、下部結構或附屬構件性能降低或失效，橋梁過早劣化，出現病害，甚至造成嚴重的坍塌。這無疑極大增加了橋梁的維修難度和養護成本，對其安全運營造成巨大隱患，嚴重的病害甚至會引發較大事故，造成無法挽回的損失和惡劣的社會影響。

1 影響橋梁耐久性的因素

1.1 設計理念和水平的因素

雖然目前我國規范中提到了橋梁設計應考慮耐久性的概念，但對于如何進行耐久性分析未做明確闡述，而且設計過程往往只考慮滿足規范上結構強度要求的安全度需要，忽視耐久性設計（包括量化使用壽命、考慮可更換性、根據蛻化機理選擇材料、合理配筋、施工控制等）。同時，設計人員的水平高低也是不可忽視的因素，橋梁的耐久性問題屬于各類知識綜合影響的范疇，因此設計人員的知識儲備，施工養護經驗，綜合統籌能力的好壞，都將直接影響著設計成果的合理性、科學性[1]。

1.2 鋼筋混凝土構件的裂縫因素

目前我國絕大多數橋梁仍為鋼筋混凝土結構，而此類橋梁的使用過程中，混凝土構件裂縫是一個普遍存在的現象，而且是不可避免的，我國的混凝土橋梁設計中，也是考慮橋梁帶裂縫（規范規定的裂縫寬度）工作的，但隨其長期使用，在較差的工作環境及荷載的不斷作用下，裂縫加速發展，其帶來的危害越來越大，表現在鋼筋的加速銹蝕，且這種相互作用引發“銹蝕→開裂→再銹蝕”的惡性循環，導致縱、橫向裂縫發展、保護層剝落等病害出現，弱化鋼筋與混凝土的協調工作，會對結構產生不利影響。

1.3 橋梁的工作環境因素

我國幅員遼闊，工程環境多樣，橋梁所處的不同環境，會直接影響其耐久性。比如凍融循環的影響、侵蝕性介質的影響、水流沖刷的影響等，這些因素對混凝土密實程度的降低，對鋼筋的銹蝕，對構件表面的破壞，都是持續性的、逐步加深的，如設計階段考慮不周或不及時采取應對措施，則橋梁的耐久性將大為下降，使用壽命明顯減少。

2 提高橋梁耐久性的對策

2.1 更新設計理念，提高設計水平

首先，橋梁設計中，應選擇科學的內力計算方法。傳統方法主要側重于橋梁極限使用狀態下的內力分析，對正常使用狀態下的疲勞破損和老化情況缺乏考慮，而以可靠性理論為基礎的概率極限設計方法作為前沿的內力分析方法，能詳細、全面的反映各耐久性影響因素的變化規律，統一工程結構可靠性概率的時間界限，定量評價橋梁耐久性，以利于相關參數取值及后期維護的便利，使得設計過程趨于合理。其次，引入全壽命周期的設計理念，從規劃、可研、設計、施工、運營及維護的角度共同出發，科學界定永久性構件和非永久性構件，對于永久性構件，應充分考慮其在各類荷載、環境、有害化物侵蝕的作用下，通過截面設計、鋼筋布置、材料選擇、附加措施等方法，保證其在設計使用年限內的耐久性，對于非永久性構件（指在現有技術條件下，使用年限無法滿足橋梁設計使用年限的構件），比如橡膠支座、伸縮縫、護欄、拉索等，往往需要在橋梁使用過程中進行更換，對于此類構件，應側重考慮其可更換性和經濟性[2]。再次，設計中應充分考慮環境因素，結合地形地貌及其他自然因素，橋位選擇及布孔遵循因地制宜、協調環境的原則，減少橋梁受水流沖刷、落石坍塌等因素影響。

2.2 有效控制裂縫因素

對于鋼筋混凝土結構橋梁的裂縫問題，應從材料選擇、構件設計和結構措施三方面進行考慮，如表1所示：

表1

針對各類指標因素對鋼筋混凝土構件的不同影響，可形成具體對策：①分析橋梁環境，明確構件混凝土水灰比、最小水泥用量、最低強度等級、最大氯離子含量、最大堿含量的取值（如處于III類或IV類環境，則主要受拉鋼筋建議采用環氧樹脂涂層鋼筋，預應力鋼筋、錨具及連接器也應采取專門防護措施）；②明確設計抗凍等級和抗滲等級（如采用高品質水泥材料，添加外加劑）；③設計采用受力合理的構件截面；④調整接縫寬度（如預應力混凝土箱梁濕接縫寬度宜控制在30-70cm之間）；⑤合理布置鋼筋，保證保護層厚度，確保鋼筋間距合理（既不會因為過大而導致的粘接力不強，也不會因為過小而影響混凝土振搗密實）；⑥嚴控施工工藝（例如預應力施工時采用智能張拉系統，能有效控制梁體裂縫的發生）；⑦其他防腐、防水措施[3]。

2.3 加強監測與養護

應重視疲勞損傷的研究，重視橋梁耐久性評估及監測。應用數字化、科學化的耐久性評估方法，對橋梁壽命定量化、層次化分析，在設計階段考慮后期監控、維護方案，提前設置監測點位，檢修人孔。對于橋梁附屬結構方面，例如支座，設計時應選擇縱橫向約束合理的支座，有效釋放應力，同時選擇受力性能好、壽命長的材料，還應兼顧后期的更換方案；例如伸縮縫，應選擇整體型好、高剛度、高耐久性的梳齒板型，采用耐候鋼材料，減少對伸縮縫的更換次數。還應重視橋梁使用期間各構件的監測工作，定期檢查橋梁主體（梁體、墩柱、基礎等）、附屬設施（護欄、伸縮縫、支座、斜拉索等）的使用狀況，針對發生或可能發生的病害早發現、早治理，有效延長橋梁壽命。

3 結語

在我國公路人的不斷努力下，越來越多大跨度、高縱深的橋梁在世界范圍內名列前茅，這無疑為我國路橋事業的發展樹立信心，但是我們不能盲目自滿，要看到與世界先進水平之間的差距，數量多質量差、跨度大耐久性差等軟肋也十分明顯，因此，我們應在橋梁耐久性方面攻堅克難，狠下功夫，早日趕超世界先進水平。