耐久性分析

三亚市凤凰水城道路工程桥梁结构耐久性设计的探讨

赵巍

（上海市政工程设计研究总院海南分院海口）

摘要：随着国际旅游岛的建设和发展，海南的城市建设在相当一段时期内成为行业内人士

关注的热点。桥梁作为城市建设的重要组成部分，其耐久性也成为海南国际旅游岛长期稳

定发展不容忽视的影响因素。本文以三亚凤凰路桥梁设计为依托，分析了影响桥梁结构耐

久性的因素，从设计角度提出了桥梁在耐久性方面的设计原则和改进方向。

关键字：桥梁设计耐久性腐蚀

1. 前言

混凝土结构是世界上应用最为广泛的结构形式之一。长期以来，由于“重强度薄耐久”设计思想的影响，我国某些地区已建的部分钢筋混凝土桥梁在服务一段时间后，出现了结构开裂、膨胀，钢筋锈蚀，混凝土老化、疏松等等的缺陷和问题。这些耐久性问题的出现从表面看不影响结构的稳定，但如不加维修任其发展，则将直接影响到结构的安全度，特别是近一两年，一些桥梁重大事故的发生，给国民经济和人民生命财产造成了重大的损失。因此，桥梁在设计过程中，一定要注重耐久性的设计。目前我国正处于桥梁等基础设施建设的高峰时期，特别是海南地区国际旅游岛的建立，将有大量的待建桥梁及建筑设施面临着如何确保寿命周期的耐久、安全和经济的严峻问题，关于桥梁耐久性问题的研究十分紧迫并且具有现实的意义。

2. 耐久性的定义

依据桥梁的重要性、使用期限、所处工作环境等因素考虑，提出了耐久性设计的概念。结构耐久性是指结构在可能引起其性能变化的各种作用（荷载、环境、材料内部因素等）下，在预定的使用年限和适当的维修条件下，能够长期抵御性能劣化的能力。

结构耐久性对于桥梁的安全运营和经济性起着决定性作用。混凝土结构因耐久性差等原因造成的负面影响和经济损失，近年来引起了越来越多的学者和工程技术人员的关注。2004年，交通部颁布《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62－2004），明确提出了桥梁100年设计基准期的要求。2006年9月交通部出台了《公路工程钢筋混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/TB07—01－2006），2006年10月天津市出台了《天津市钢筋混凝土桥梁耐久性设计规程》（DB/T29－165－2006），这些规程和规范的颁布实施，对保障桥梁耐久性起到了指导性作用。

规范提出：混凝土结构除承受荷载的作用外，同时要承受环境因素的作用。荷载与各

环境因素之间相互影响、交互作用，将加剧结构材料的损伤和劣化。根据桥梁所处的环境条件对结构耐久性不同的要求，将结构混凝土的耐久性设计分成以下4个环境类别：

桥梁应根据不同的环境类别，选择不同的耐久性设计。

3. 影响桥梁耐久性的因素

根据以往的工程经验和三亚地区现有桥梁的现状调查研究结果，总结出影响桥梁耐久性的主要因素，包含以下几个方面：

1）混凝土的腐蚀

混凝土是由水泥、水、粗集料和某些外加剂，经过搅拌、浇注、振捣和养护硬化等过程而形成的一种非均匀的、多元、多孔的，固、液、气三相并存的人工复合材料。混凝土的材料组成，如水灰比、水泥品种和用量、集料的种类与级配等都直接影响桥梁的耐久性。

混凝土腐蚀是混凝土结构差的主要原因。这种腐蚀作用包括物理腐蚀、化学腐蚀和生物腐蚀。物理腐蚀主要是指在没有化学反应发生时，混凝土在各种环境因素的影响下，发生溶解或膨胀，引起混凝土强度降低，导致的结构破坏。化学腐蚀主要是混凝土构件所处环境中的某些腐蚀性介质会通过孔隙进入混凝土内部，与孔隙中的氢氧化钙饱和溶液及水泥水化物接触发生化学反应，生成一些易溶、易水解、易膨胀的物质，使混凝土侵蚀破坏，强度降低等。生物对混凝土的腐蚀主要为草、树根等在生长过程中，钻入混凝土的缺陷，破坏其密实度，将混凝土劈裂。另外生物在新陈代谢过程中，分泌出各种化学物质也会引起混凝土的硫酸和硫酸盐腐蚀。

2）钢筋的腐蚀

当存在混凝土保护层偏薄、有裂缝、抗掺性能差、氯盐侵入等原因时，钢筋与渗入的水份、无机盐、氧气等反应引起钢筋腐蚀。钢筋受到腐蚀后体积膨胀，使混凝土开裂并与

钢筋剥离，甚至引起混凝土大面积疏松、脱落，而混凝土破坏又进一步加剧钢筋的锈蚀，形成恶性循环。在影响钢筋混凝土桥梁耐久性的诸多因素中，钢筋的腐蚀危害最大，当钢筋腐蚀后其有效截面积会不断减小，就使得结构的承载能力迅速下降，并不可恢复，严重时还会出现钢筋断裂。当结构的剩余承载能力低于作用荷载时，桥梁结构就有可能发生破坏。所以由钢筋腐蚀而引起的桥梁耐久性问题已成为一个非常突出的灾害性问题。钢筋锈蚀主要源于混凝土保护层的完全碳化诱发的钢筋锈蚀，其特点为钢筋均匀腐蚀；以及氯离子侵入钢筋表面诱发的钢筋锈蚀，其特点为局部腐蚀，即点腐蚀，点腐蚀较均匀腐蚀对结构的影响更大。

3）设计不够完善，施工管理差

在桥梁设计领域，特别是关于桥梁施工和使用期安全性的问题还有许多可以改进的地方。许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。不同的环境和使用条件、不同的设计对象都会对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求，合理可靠的结构设计除了满足规范的要求外，还要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。

另一方面，由于野蛮施工和管理腐败，施工质量没有达到规范和设计要求，造成一些桥梁在只使用了几年，甚至刚建成不久就出现严重的耐久性不足，这与施工质量低下有重要关系。这些施工上的缺陷虽然短期不会对桥梁的正常使用产生明显的影响，但却会对结构的长期耐久性产生非常不利的危害。

4）车辆超载，养护不及时

超载现象在我国道路运输中较为普遍，不仅引起了不少交通事故的发生，而且给道路、桥梁带来了毁灭性的损害，对城市桥梁的安全耐久性带来很大的隐患。汽车超载主要有三种情况：其一是早期修建的老桥超龄负载运营；其二是桥梁通行的车流量超过原设计；另一种是车辆违规超载。桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题：超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故；另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。而一些结构在使用阶段出现的问题，因养护不及时，未能及时发现及时维修处理，也是导致桥梁耐久性差的因素之一。

桥梁耐久性必须从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构使用等多角度研究，特别要从设计、选材、施工到使用和维护全过程中，针对经常出现问题研究如何加强