橋梁工程評職范文混凝土結構的耐久性設計

　　摘要：混凝土結構的耐久性概括起來是指混凝土抵抗周圍不利因素長期作用的性能。下面從影響混凝土結構耐久性的主要因素和提高耐久性的技術措施兩個方面來探討混凝土的耐久性問題。

　　關鍵詞：橋梁結構,混凝土,耐久性,設計

　　一、橋梁安全性、耐久性差的主要原因

　　1.1施工和管理水平低。國內外多座橋梁的突然破壞與倒塌，已使工程界對橋梁安全性問題倍加關注。一般的看法認為當前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導致。對于短期內發生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質量沒有達到規范和設計要求，典型的問題包括材料強度不足和施工工藝不合格等;也有個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴重的管理問題，更是對橋梁安全造成致命的損害。

　　1.2設計理論和結構構造體系不夠完善。在承認施工存在問題的同時，也不可否認，在橋梁設計領域，特別是關于橋梁施工和使用期安全性的問題還有許多可以改進的地方。結構設計的首要任務是選擇經濟合理的結構方案，其次是結構分析與構件和連接的設計，并取用規范規定的安全系數或可靠性指標以保證結構的安全性。

　　許多設計人員往往只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及從設計、施工到使用全過程中經常出現的人為錯誤等方面去加強和保證結構的安全性。有的結構整體性和延性不足，冗余性小;有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大;有的混凝土強度等級過低、保護層厚度過小、鋼筋直徑過細、構件截面過薄;這些都削弱了結構耐久性，會嚴重影響結構的安全性。

　　不同的環境和使用條件、不同的設計對象都會對結構體系提出不同的布局和構造等方面的要求。規范再詳細也不能包羅本應由設計人員解決的各種問題、規范更新得再快也適應不了新認識、新技術、新材料快速發展對結構提出的各種新的要求。因此，合理可靠的結構設計除了滿足規范的要求外，還要求設計人員具有對結構本性的正確認識、豐富的經驗和準確的判斷。

　　橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問題，在設計中也出現了很多細部設計的盲區。由于國內耐久性設計還沒有得到足夠的重視，對于橋梁的細部設計不夠重視不夠細致，從而導致相當一部分橋梁并不是因為整體結構安全不足出現問題，而是因為細部設計不到位而引起了局部構件損壞，進而大大降低了整體結構的安全性和耐久性。要積極借鑒國外成功的經驗和做法，除了加強施工質量管理外，要從橋梁設計理念和結構體系和構造的角度做好耐久性的設計。同時需要研究疲勞和超載對于橋梁結構耐久性的影響。

　　二、混凝土結構耐久性設計的主要內容

　　2.1 混凝土材料的選擇。混凝土應選用低水化熱、低C3A含量、偏低含堿量的水泥。混凝土的骨料宜選用堅固耐久的潔凈骨料，重視粗骨料級配及粒形，可以將適量引起作為常規手段，宜采用偏低的用水量并限制單方混凝土中水泥材料最低和最高用量，盡可能降低水泥材料中的硅酸鹽水泥用量。

　　2.2 上部結構細部設計。①橋面鋪裝。橋面鋪裝是橋梁與車輛直接接觸的部件，也是橋面排水的第一道防線。橋面鋪裝一方面承受著汽車的沖擊碾壓剪切作用，另一方面又承受著主梁傳遞的反復應力和撓變，經常出現早期損壞，進而破壞橋面防水系統，最終導致主梁受橋面水影響而腐蝕主筋，鋪裝混凝土逐漸與主梁剝離，削弱了主梁的受力性能，影響了整個結構的安全性和耐久性。②橋面防水層。橋面鋪裝與主梁之間的防水層是防止橋面水滲入主梁的第二道防線。不少設計中僅單一采用防水混凝土進行防水。由于防水混凝土屬于剛性防水層，一旦開裂后防水性能便大為下降。③主梁。主梁是全橋的主要承力構件，一般在設計當中均要進行整體分析和局部分析，重視程度很高，從理論計算角度均能滿足規范要求。可是在實際運營當中，主梁(主要是箱梁)箱體內長期大量積水的現象時有發生，甚至積水灌滿箱體的情況也有發生，極大地損傷了主梁的預應力鋼筋和普通鋼筋，使得主梁安全性大大下降。究其原因，很大程度上是對于主梁細節設計的不到位，主梁排水構造設置不夠完善，橋面積水在長時間不能排出橋外時便通過梁頂裂隙進入箱體，進而在箱體內不斷積累，最終形成箱體內積水。④伸縮縫。伸縮縫是橋面的重要組成部分，直接影響著橋梁的伸縮性、舒適性。由于對主梁收縮徐變考慮不足，經常出現的問題是型號選擇不當，導致梁端或在最高溫度時擠壓損壞，或在最低溫度時拉壞梁體。伸縮縫在保證梁體縱向伸縮的同時，也應重視防水設計。在很多設計中，采用直線式伸縮縫，這樣做固然設計比較方便，但在橋梁兩端的護欄處成為主要的漏水區域。因此，建議選用橫向兩端有翹頭的伸縮縫，使得整個伸縮縫形成一個閉合良好的U型槽，可以有效避免橋面積水沿伸縮縫這個排水薄弱環節下泄到分聯梁端及分聯墩蓋梁上。

　　2.3下部結構的細部設計。①分聯墩蓋梁。分聯墩處由于上部結構設置伸縮縫，橋面水經常通過伸縮縫薄弱環節泄漏到分聯墩蓋梁上，尤其是采用除冰鹽的地區，分聯墩蓋梁長期承受著腐蝕性除冰鹽水的腐蝕。因此，分聯墩蓋梁頂面應該設置橫坡以便排走橋面流下的水，并且要在蓋梁保護層厚度方面重點考慮防腐蝕要求。另外，為了防止腐蝕性鹽水順墩身流下，避免對墩身和樁基產生不利的影響，設計中可在蓋梁挑檐上設置滴水槽。②樁頂。橋梁樁基安全直接決定著橋梁的整體安全，是橋梁設計的重中之重。樁基頂部與承臺或墩身相連，受截面突變的影響，屬于應力集中的部位。橋梁樁頂一般設計于地面線附近，受地面水、地下水、橋面排下的含除冰鹽的冰水、地面土(尤其像鹽漬土、土中有機質)等因素中的一種或幾種的影響，經常處于干濕交替和腐蝕性環境，對于樁基頂部的鋼筋混凝土耐久性產生較大的不利作用。因此，樁基尤其是樁頂的設計中必須要根據樁頂處的水位情況、土質情況合理判定環境等級，選擇相應的耐久性設計標準，最終確定保護層厚度。

　　三、提高混凝土結構耐久性的主要技術措施

　　3.1合理選擇混凝土結構的組成材料。混凝土各組成材料及鋼筋的選用應滿足材料的耐久性質量要求，應按規范規定對進場原材料進行嚴格的質量檢驗。同時合理改善顆粒級配，提高混凝土的密實性。從而提高耐久性。

　　3.2提高混凝土的密實性。控制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量，改善混凝土的施工工藝，攪拌均勻、充分振搗，加強養護，嚴格控制施工質量。除了選擇及配良好的集料和精心施工保證混凝土充分搗實和水泥充分水化外，水灰比是影響混凝土密實性的最重要的條件，故《橋規》(JTG D62)中規定了各類環境條件下滿足混凝土耐久性要求的最大水灰比和最小水泥用量值。同時適當摻用外加劑，如摻用減水劑或引氣劑，可改善混凝土的孔隙結構，提高混凝土的密實性。

　　3.3改進結構設計。結構的選型、布置和構造應有利于減輕環境因素對結構的作用。采用具有防腐保護的鋼筋(例如，體外預應力筋，無粘結預應力筋，環氧涂層鋼筋等);加強構造配筋，控制裂縫發展;加大混凝土保護層厚度等。《橋規》(JTG D62-2004)與舊《橋規》相比，構造鋼筋用量增多，混凝土保護層加大，構造不合理的地方進行了調整。

　　3.4采用高強混凝土以提高結構物的耐久性。高強度混凝土(50 MPa以上)的配制特點就是低水灰比，加外加劑，摻用超細活性摻合料，它的研制和應用解決的核心問題之一就是保證耐久性。由于高強混凝土的密實性能好，抗滲、抗凍性能均優于普通混凝土，因此不但適用于高層和大跨度結構物，對于海洋和港口工程，其抗滲和耐腐蝕性能均大大優于普通混凝土。

　　3.5加強橋面排水和防水層設計，改善橋梁的環境作用條件。

　　3.6加強結構使用階段的維護與檢測，提高混凝土的耐久性。

　　四、結語

　　提高混凝土結構耐久性是一項系統工程，要從設計、選材與施工、維護各個環節著手，特別要以體現設計為前提、為龍頭的指導思想改進我國橋梁防水、防腐結構設計。做好對橋梁進行病害防治和處理工作，以延長結構的使用壽命。