混凝土结构桥梁耐久性设计探讨

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总487/488/489期
2019年第01/02/03期（1月）
0 引言
在具体的桥梁工程实际中，工程设计的耐久性标准较低，因为现有的桥梁工程结构设计规范主要考虑的是荷载下结构性能的安全性，而对环境影响下结构的耐久性设计并不十分关注，细部结构设计等方面的许多定性指标都存在很大漏洞，桥梁工程结构设计规范中也没有设计寿命和耐久性等方面的明确规定。

桥梁工程施工由于片面追求施工进度而一味强调混凝土强度等级的提升，但同时，耐久性能呈下降趋势。

许多桥梁工程混凝土施工中早强剂的添加大大影响了其内部结构的发育，导致其容易开裂，耐久性和稳定性降低。

此外，桥梁结构运行过程中，正常检测和维修不到位。

桥梁结构耐久性的提升离不开正确使用和必要的检测与维修，当前普遍存在的现象是“重新建，轻维修”，对于桥梁基础工程，在设计环节并未进行结构本身全寿命周期的分析与评价，导致结构耐久性始终难以提高。

1 混凝土材料的选择
混凝土材料宜选择水化热、C3A 含量及含碱量较低的水泥，混凝土骨料则需选择坚固持久洁净的骨料，并合理确定粗骨料级配粒径，常规手段下，降低用水量的同时限定混凝土方中水泥的最高用量和最低用量，并控制硅酸盐水泥使用量[1]。

2 桥梁上部结构细部设计
2.1 桥面铺装
桥梁和车辆通过桥面铺装部件直接接触，同时桥面铺装也是桥面保护的首道防线，其既承受着行车的冲击碾压剪切，又承受着主梁传递的反复应力与挠变，所以早期损坏频繁出现。

桥面铺装层一旦损坏，桥面防水系统将被破坏，并在桥面水的不利影响下腐蚀主梁主筋，引起混凝土铺装层与主梁的剥离，最终使主梁受力性能弱化，桥梁结构的安全耐久性受到影响。

上述问题可以通过加大铺装层厚度、加强铺装钢筋进而加强铺装层受力的性能而加以解决，但混凝土桥面铺装往往无法承受反复变形而出现疲劳
损坏，进而无法与主梁有效结合且与主梁协同承担应力。

为此必须本着提升桥面铺装抗疲劳性能的设计思路，加强并优化桥面铺装和主梁的结合模式。

具体而言，应在桥面铺装混凝土中添加一定比例的钢纤维以提升混凝土抗疲劳性能，并于预制板顶层添加抗剪钢筋连接，以实现桥面整体性混凝土铺装层和预制板的无缝连接，加强桥面铺装钢筋网的定位；桥面铺装层中增加冷轧带肋钢筋网也能提升铺装混凝土的性能强度与桥面铺装性能（表1）。

表1 桥面铺装实测项目表
实测项次实测项目
规定值及允许偏差实测方法和频率Ⅰ
强度、压实度
合格标准范围内
依据《桥梁工程质量检验判定标准》JTGF80/1附录B 和D Ⅱ
厚度（mm ）
+10，-5
基准点设定于同梁所产生相同
挠变形的点，桥面浇筑前后相对高差测量，每100m 测5处
Ⅲ
平整度特大桥IRI （m/km ） 3.5平整仪；桥面各车道连续检测，每隔100m 计算一次
IRI 和σ
σ（mm ） 1.6其他等级
桥梁
IRI （m/km ） 4.3σ（mm ） 2.8最大间隙（mm ）
5.5
3m 直尺；每隔100m 测量Ⅳ横坡（%）±0.15水准仪；每隔100m 检查
3个断面
Ⅴ
抗滑构造深度
符合设计要求
砂铺法；每隔200m 检查3处注：IRI 为国际平整度指数；σ为路面平整度标准差。

2.2 桥面防水层
桥面防水层位于桥面铺装和主梁间，是继桥梁铺装层之后预防桥面水下渗主梁的二道防线，混凝土往往构成刚性防水层，开裂后便会大大影响其防水性能，为此最好采用防水混凝土和防水层有机结合的双重防水结构形式，增强混凝土和钢筋的结合程度，提升防水性能。

为增强桥面
收稿日期：2018-11-08
作者简介：封艳琴（1966—），女，河北深州人，高级工程师，主要研究方向为公路桥梁勘察设计、公路工程造价。

混凝土结构桥梁耐久性设计探讨
封艳琴
（河北省交通规划设计院，河北 石家庄 050011）
摘要：从混凝土材料的选择、桥梁上部结构细部设计、下部结构细部设计以及桥梁施工工艺的细部设计等方面进行了混凝土结构桥梁耐久性设计的探讨，以期指导类似工程实践。

关键词：混凝土结构；桥梁；耐久性设计中图分类号：U448.33
文献标识码：B
TRANSPOWORLD
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排水，常沿主梁纵向间隔一定距离处设置排水管，排水管采用直形管或大半径弯折形管以及铁栅格[2]的形式，保证排水管内径不小于15cm，便于排水的同时还有助于为后期养护提供便利。

桥面保护层通常包括两种结构形式，特殊结构所采用的内部通用形式以及普通结构所采用的通用图形式。

特殊结构形式下常常对于桥面保护层都有较为严谨的设计，而普通结构形式出于施工和设计的考虑所采用的通用图形式对于高腐蚀性、特殊土质等特殊的施工环境则不是很适用，必须根据《桥梁工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/TB07—01—2006）进行相应的修改，以增强上部结构的抗腐蚀性，桥梁结构的安全性与耐久性。

2.3 主梁
作为整个桥梁的整体承力结构，通常在主梁设计环节必须加强其整体与局部的理论分析，但是在桥梁工程实际来看，大量积水长期淤积于主梁（尤其是箱梁）箱体内，更有甚者会发生整个箱体灌满积水的现象，这对于主梁及箱梁的预应力钢筋及混凝土结构将产生很严重的破坏。

根本原因在于主梁细部设计缺乏科学性，排水结构不合理导致桥面和箱梁内部的积水无法及时排出，主梁和箱梁内必须按照规范设置排气孔，既能保证箱体内外温度的一致性，降低因为温差过大而引起局部应力的增加，又能加速积水的及时排出，为防止排水对梁体外壁的侵蚀，必须安设滴水槽于主梁或箱梁悬臂端。

此外，主梁设计环节还要注意钢筋避让的问题，主梁因所承受的应力较多而受力情况较为复杂，常见的是三向预应力钢筋及其与普通钢筋之间的交织，在施工环节，如果主梁钢筋位置处理不当便会影响各应力方向设备的安全性能，为此必须统筹兼顾和合理安排钢筋位置及先后次序，防止误操作的发生。

2.4 伸缩缝
作为桥面的重要构成部分，伸缩缝对桥梁结构的舒适性和伸缩性有直接影响。

由于设计环节并未充分考虑主梁的收缩徐变，所以伸缩缝型号选择有误便会引起高温时梁端的挤压和损坏以及低温时梁体的拉坏。

所以，设计环节必须十分重视伸缩缝每联长度的控制，结合具体的施工环境进行选择。

伸缩缝由于经常遭受车辆的反复冲击，十分易坏，为提升其抗疲劳性能，必须在槽口采用钢纤维混凝土以及力学性能和耐久性明显高于国产品牌的进口伸缩缝钢板。

确保伸缩缝在梁体纵向伸缩自如的情况下，必须同样重视其防水设计，在各种伸缩缝形式中，直线式伸缩缝可以在梁体两端护栏处形成漏水区域而构成一个闭合的U形槽[3]，加强排水。

3 下部结构细部设计
3.1 分联墩盖梁
上部结构伸缩缝的设置导致桥面水从伸缩缝薄弱位置泄流至分联墩盖梁，同时在使用除冰盐的情况下，分联墩
盖梁同时还经受着除冰盐的侵蚀，为降低桥面水和除冰盐
的侵蚀，应该在分联墩盖梁位置一定坡度增大其盖梁防护
层的厚度。

3.2 桥梁桩顶
桥梁工程的桩基对于确保工程整体安全性能意义重大，
桩基顶部和承台、墩身连接，同时也是应力较为集中的部位。

桥梁桩顶常常安设于地面线位置，也长期受到桥面水、
除冰盐、盐渍土等的浸泡与侵蚀，桩基混凝土钢筋结构常处
于干湿交替和强腐蚀性的环境中，稳定性能受到不利影响。

为此，桩基尤其是桥梁桩顶设计环节，必须结合桩顶位置的
水位、土质和桥梁的实际情况，进行环境等级的合理判定、
耐久性的准确选择以及保护层厚度的确定。

4 桥梁施工工艺的细部设计
桥梁设计过程中，必须十分重视施工工艺的选择，该强
调的重点必须强调到位，因为许多细部设计均通过施工工艺
加以体现，通过重点性的强调，以使业主、监理方和施工方
能够充分重视，并最终落实于施工过程。

混凝土材料的选择
方面，重视影响耐久性的主要指标，如混凝土的强度等级、
水灰比、水泥用量、氯离子含量、碱含量、添加剂种类和比
例等。

结合桥梁工程的实际情况进行主要性能指标的合理确定。

施工工艺方面，必须进行混凝土养护方式、养护工期、
振捣方式、保护层厚度等进行较为严格的限定，以确保混凝
土的浇筑质量。

此外，桥梁设计与施工必须在达到设计要求
的基础上，充分结合实际施工能力与施工技术水平考虑新技术、新工艺和节能环保材料的应用。

5 结语
通过加强桥梁混凝土结构常规细部设计能有效提升结
构的耐久性，对于桥梁设计，必须在传统理念的强度设计
基础上加强强度与耐久性的双重设计。

耐久性设计是一门
精确程度很高的科学，而对桥梁结构的使用寿命也只能进
行估计性的预测，因为桥梁混凝土结构受到诸多因素的制约，为此，必须在施工中加强总结，将桥梁设计人员丰富
的设计经验与桥梁工程建设实际密切结合，才能有效提升
桥梁结构的耐久性设计。

参考文献：
[1] 王志宏，郎绪才. 公路桥梁施工中高性能混凝土的应用
分析[J]. 山东工业技术，2018（21）：107.
[2] 王程程，周子筠. 基于耐久性混凝土桥梁合理耐用构造
设计[J]. 建材与装饰，2018（41）：248-249.
[3] 李晓光. 桥梁工程结构耐久性设计实践探微[J]. 科技创新
与应用，2018（30）：95-96.
（编辑：赵艳）
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