国内外后张法预应力混凝土桥梁耐久性研究
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工业建筑 2011 年第 41 卷第 1 期 105
防腐不足，以致经常 受 到 雨 水 和 一 些 腐 蚀 介 质 的 侵 蚀。德国、日本等一 些 国 家 也 发 现 众 多 后 张 法 体 内 有粘结预应力混凝土桥梁预应力筋的受腐蚀状况。 20 世纪 90 年 代 以 来，后 张 法 预 应 力 混 凝 土 桥 梁 预 应力筋的腐蚀受到越来越多的重视。
2001 年，在比利时 Ghent University 召开 Magnel Laboratory 75 周年纪念研讨会论文集概括地收录了 欧美一些国家关于本国后张法预应力混凝土桥梁尤 其是预 应 力 筋 方 面 存 在 的 一 些 问 题［4］。 英 国 运 输 研究实 验 室 （ Transport Research Laboratory，后 面 简 称“TRL”） 在 1996 年对 447 座后张法预应力混凝土 桥梁做了调查，发现有超过 50% 的 预 应 力 管 道 中 存 在孔隙，其中 大 约 有 14% 的 孔 隙 影 响 范 围 比 较 大， 36% 的桥梁含有的孔隙使得预应力筋部分暴露在空 气中。从中可见，预 应 力 筋 的 压 浆 工 艺 造 成 预 应 力 筋直接或间接的暴 露 于 腐 蚀 性 物 质 中 多 么 严 重，然 而单纯由于预应力筋本身引起的腐蚀则较为轻微。 有 90% 的桥梁至少存在轻微 的 预 应 力 筋 腐 蚀，这 种 腐蚀大 多 出 现 在 1950 年 建 造 的 桥 梁，1970 年 以 后 的则较少。对其中 281 座桥梁的锚固端进行的调查 发现：至少 75% 的 锚 具 存 在 轻 微 腐 蚀，19% 存 在 中 度腐蚀，6% 存 在 严 重 腐 蚀。 总 体 来 看，有 3% 的 桥 梁有严 重 缺 陷，4% 的 需 要 继 续 观 察，50% 以 上 的 桥 梁状况良好。对于 体 外 预 应 力 混 凝 土 桥 梁，应 对 石 蜡密封的预应力筋管道可能出现的石蜡泄露导致的 预应力筋的腐蚀。法国在 1996 年对国内预应力混 凝土桥梁进行了一个统计得出：有 8% 的桥梁处于 良好状态；35% 有些较小的缺陷；35% 有较小缺陷但 是亟待维护以防止腐蚀进一步加剧；16% 有些大的 缺陷；其余 6% 有大的缺陷 并且 亟 待维修。从桥梁 截 面 形 式 来 看 ，箱 梁 呈 现 腐 蚀 状 况 最 为 严 重 ，达 到 重 度腐蚀的占到所有箱梁桥的 1 /3；不到 10% 的板桥 和梁桥出现重度腐蚀；预制拼装的桥梁有 23% 出现 重度腐蚀。同样，在 我 们 国 内 后 张 预 应 力 混 凝 土 桥 梁产生的耐 久 性 问 题 也 越 来 越 突 显。1976 年 交 付 使用的京广线百 孔 大 桥，共 由 103 孔 混 凝 土 简 支 梁 组成，其中 98 孔采用预 应 力 混 凝 土 标 准 梁，于 2000 年 8 月发现第 52 孔曲线梁内的一束预应力筋锈断， 幸好及时发现，采 取 了 更 换 和 其 他 治 理 措 施［5］。 近 几年发生的桥梁事故不得不引起我们的反思。图 1、图 2 是一些实拍的桥梁病害照片。
近十几年来，世 界 范 围 内 建 成 了 多 座 世 人 瞩 目 的大桥，如日本的 多 多 罗 大 桥、明 石 海 峡 大 桥，丹 麦 的大贝尔特桥等等，他 们 不 仅 展 示 了 桥 梁 更 大 的 跨 越 能 力 ，而 且 其 建 造 工 艺 也 更 加 精 致 ，尤 其 在 耐 久 方 面的设计目标更 高。 目 前，我 国 桥 梁 建 设 正 处 在 一 个 飞 速 发 展 的 时 期 ，近 些 年 建 成 的 香 港 青 马 大 桥 、润 扬长江大桥、广州丫 髻 沙 大 桥 以 及 刚 建 成 通 车 的 世 界最长跨海 大 桥———杭 州 湾 跨 海 大 桥，无 不 彰 显 了 我国桥梁建设的腾飞和繁荣。正是在这样大力建设 的阶段，我 们 更 应 该 重 视 桥 梁 建 设 的 高 技 术、高 质 量、高水 平。 从 文 献［1 － 2 ］对 世 界 范 围 内 1951 － 1979 年期间发 生 的 242 起 预 应 力 混 凝 土 结 构 中 预 应力筋腐蚀事件的 调 查 中 可 以 发 现，腐 蚀 损 坏 按 照 预应 力 张 拉 工 艺 分 类： 先 张 法 占 22% 、后 张 法 占 32% 、无粘结法占 3% 、环 向 张 拉 法 占 43% ； 而 从 预 应力筋的腐蚀原因 来 看 到，由 于 预 应 力 筋 本 身 防 腐
可见，对后张法 预 应 力 筋 混 凝 土 桥 梁 的 耐 久 性 研究必须给予高 度 的 重 视，从 材 料 选 择、结 构 设 计、 优化设计以及后期 养 护 维 修 都 给 予 足 够 的 重 视，才 能保证预 应 力 桥 梁 在 使 用 寿 命 内 体 现 出 应 有 的 功
图 1 桥墩基础钢筋外露 Fig. 1 Steel of the piers
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综述
国内外后张法预应力混凝土桥梁耐久性研究*
隋莉莉1 权新蕊2 邢 锋1 张洪源3
（1. 深圳大学土木工程学院，广东深圳 518060； 2. 四川省交通运输厅交通勘察设计研究院， 成都 610017； 3. 青岛理工大学，山东青岛 266033）
摘 要：首先对国内外后张法预应力混凝土桥梁腐蚀现 状 进 行 了 综 述 ，重 点 讨 论 并 分 析 耐 久 性 失 效 的 原 因，提出保障耐久性的各种 措 施，并 对 目 前 国 内 外 比 较 适 用 的 无 损 检 测 技 术 以 及 已 采 用 的 监 测 系 统 予 以 介 绍。通过分析比较，得出目前我国后张法预应力混凝土桥 梁 耐 久 性 方 面 还 存 在 的 问 题 ，并 对 以 后 的 研 究 工 作 提出一些建议。
2） 施工工艺方面：锚 固 区 的 封 锚 质 量 也 是 关 系 到预应力 筋 耐 久 性 的 重 要 原 因。 文 献［3 ］表 明，由 于锚固端封锚不足，导 致 雨 水 以 及 一 些 腐 蚀 性 物 质 从 锚 固 区 进 入 管 道 中 ，不 仅 腐 蚀 周 围 混 凝 土 ，更 对 预 应力筋构成极大的威胁。预应力混凝土桥梁的排水 和防水也是相当 重 要 的。 尤 其 是 在 伸 缩 缝、锚 固 区 附近的处理。一般 伸 缩 缝 的 寿 命 是 比 较 短 的，不 做 定期的维护和维修 必 然 导 致 破 坏 加 剧，对 其 他 构 件 也形成一定威胁。 1. 2 外部原因
* 国家 自 然 科 学 基 金 项 目 （ 50878130 ） ； 深 圳 市 科 技 计 划 项 目 （ sz200806270076A） 。 第一作者：隋莉莉，女，1964 年出生，博士，教授。 E － mail：suill8969@ 163. com 收稿日期：2010 － 04 － 02
Industrial Construction Vol. 41，No. 1，2011
不当、采用对腐蚀敏 感 的 预 应 力 筋 以 及 张 拉 锚 固 不 当的占到 43% ，而由于外界腐 蚀 环 境 介 质 侵 蚀 的 占 到 50% 。文献［3 ］显 示：英 国 从 1980 － 1992 年，发 现多座预应力混凝土桥梁的预应力筋在锚固端附近 有比 较 严 重 的 腐 蚀，以 致 必 须 更 换 桥 面 板。1992 年，在比利时斯凯尔 特 河 上 修 建 的 一 座 桥 梁 在 无 任 何征兆的情况下发生倒塌。建于 1983 年的美国佛 罗 里 达 州 的 尼 尔 斯 海 峡 大 桥 （ Niles Channel Bridge） ，是一座 体 外 预 应 力 桥 梁，1999 年 时 调 查 发 现靠近锚固端的 19 股钢绞线出现严重腐蚀，没有任 何有效保护层。这些腐蚀主要由于锚固端的封锚和
Design Institute，Chengdu 610017，China； 3. Qingdao Technological University，Qingdao 266033，China）
Abstract ：This paper described the research status on durability of post-tensioned concrete both at home bridges domestic and abroad. It analysed the reasons of corrosions of bridges and works out some available measures for durability. To improve the durability of bridges，it was important on design，construction，and maintenance. It also introduced some techniques of non-destructive test and monitoring systems which had better applicability. It also puts forward some suggestions on the problems of durability of post-tensioned eoncrete bridges in the future. Keywords ：post-tensioned concrete bridges；durability；service life；non-destructive test；monitoring system；durability design and redesign
106
工业建筑 2011 年第 41 卷第 1 期
塑料波纹 管 的 热 膨 胀 系 数 大 于 混 凝 土 的 热 膨 胀 系 数 ，导 致 压 浆 时 膨 胀 较 大 ，而 浆 体 硬 化 后 管 道 收 缩 导 致与混凝土之间形 成 间 隙，也 为 腐 蚀 介 质 的 侵 入 留 下 通 道 ，这 是 不 得 不 引 起 我 们 注 意 的 。
关键词：后张法预应力混凝土桥梁；耐久性；使用寿命；无损检测；监测系统；耐久性设计及再设计
STATE-OF-THE-ART OF RESEARCH ON DURABILITY OF POST-TENSIONED CONCRETE BRIDGES
Sui Lili1 Quan Xinrui2 Xing Feng1 Zhang Hongyuan3 （1. Department of Civil Engineering，Shenzhen University，Shenzhen 518060，China； 2. Sichuan Communication Surveying ＆
能。
图 2 明尼苏达州桥梁倒塌现场 Fig. 2 The site of Minnesota Bridge collapse
1 耐久性失效原因 从国内外预应力混凝土桥梁出现的问题来看，
耐久性失效主要由几ห้องสมุดไป่ตู้原因引起。 1. 1 内部原因
内部原因可以分为材料原因和施工工艺导致结 构的先天缺陷。
1） 材料方面：首 先 是 预 应 力 筋 的 质 量。 预 应 力 筋长期处 于 高 应 力 状 态 下，极 容 易 导 致 应 力 腐 蚀。 一些预应力混凝土 桥 梁 中，预 应 力 筋 表 面 采 用 镀 锌 层 保 护 ，这 种 涂 层 缺 点 很 多 ，不 仅 会 使 得 钢 绞 线 和 钢 丝本身强度 降 低，而 且 容 易 引 起“氢 脆 腐 蚀 ”，加 之 镀锌层易被刮伤，从 而 将 钢 绞 线 或 钢 丝 直 接 裸 露 在 外 面 ，形 成 腐 蚀 电 池 ，加 剧 腐 蚀 。 其 次 是 混 凝 土 的 质 量。混凝土的密实性是耐久性的重要保障。密实性 差的混凝土会给腐 蚀 介 质 的 侵 入 留 下 很 多 通 道，尤 其是管道中的混凝 土，一 些 压 浆 混 凝 土 中 本 身 就 含 有一定量的氯离子，使 得 预 应 力 筋 从 开 始 就 处 于 氯 盐环境中，极大地 影 响 了 结 构 的 耐 久 性。 后 张 法 预 应力混凝土桥梁 中，还 必 须 重 视 管 道 质 量。 目 前 国 内使用最 多 的 就 是 塑 料 波 纹 管。 由 于 管 道 强 度 不 足 ，压 浆 时 很 容 易 导 致 断 裂 ，影 响 了 压 浆 质 量 。 而 且
防腐不足，以致经常 受 到 雨 水 和 一 些 腐 蚀 介 质 的 侵 蚀。德国、日本等一 些 国 家 也 发 现 众 多 后 张 法 体 内 有粘结预应力混凝土桥梁预应力筋的受腐蚀状况。 20 世纪 90 年 代 以 来，后 张 法 预 应 力 混 凝 土 桥 梁 预 应力筋的腐蚀受到越来越多的重视。
2001 年，在比利时 Ghent University 召开 Magnel Laboratory 75 周年纪念研讨会论文集概括地收录了 欧美一些国家关于本国后张法预应力混凝土桥梁尤 其是预 应 力 筋 方 面 存 在 的 一 些 问 题［4］。 英 国 运 输 研究实 验 室 （ Transport Research Laboratory，后 面 简 称“TRL”） 在 1996 年对 447 座后张法预应力混凝土 桥梁做了调查，发现有超过 50% 的 预 应 力 管 道 中 存 在孔隙，其中 大 约 有 14% 的 孔 隙 影 响 范 围 比 较 大， 36% 的桥梁含有的孔隙使得预应力筋部分暴露在空 气中。从中可见，预 应 力 筋 的 压 浆 工 艺 造 成 预 应 力 筋直接或间接的暴 露 于 腐 蚀 性 物 质 中 多 么 严 重，然 而单纯由于预应力筋本身引起的腐蚀则较为轻微。 有 90% 的桥梁至少存在轻微 的 预 应 力 筋 腐 蚀，这 种 腐蚀大 多 出 现 在 1950 年 建 造 的 桥 梁，1970 年 以 后 的则较少。对其中 281 座桥梁的锚固端进行的调查 发现：至少 75% 的 锚 具 存 在 轻 微 腐 蚀，19% 存 在 中 度腐蚀，6% 存 在 严 重 腐 蚀。 总 体 来 看，有 3% 的 桥 梁有严 重 缺 陷，4% 的 需 要 继 续 观 察，50% 以 上 的 桥 梁状况良好。对于 体 外 预 应 力 混 凝 土 桥 梁，应 对 石 蜡密封的预应力筋管道可能出现的石蜡泄露导致的 预应力筋的腐蚀。法国在 1996 年对国内预应力混 凝土桥梁进行了一个统计得出：有 8% 的桥梁处于 良好状态；35% 有些较小的缺陷；35% 有较小缺陷但 是亟待维护以防止腐蚀进一步加剧；16% 有些大的 缺陷；其余 6% 有大的缺陷 并且 亟 待维修。从桥梁 截 面 形 式 来 看 ，箱 梁 呈 现 腐 蚀 状 况 最 为 严 重 ，达 到 重 度腐蚀的占到所有箱梁桥的 1 /3；不到 10% 的板桥 和梁桥出现重度腐蚀；预制拼装的桥梁有 23% 出现 重度腐蚀。同样，在 我 们 国 内 后 张 预 应 力 混 凝 土 桥 梁产生的耐 久 性 问 题 也 越 来 越 突 显。1976 年 交 付 使用的京广线百 孔 大 桥，共 由 103 孔 混 凝 土 简 支 梁 组成，其中 98 孔采用预 应 力 混 凝 土 标 准 梁，于 2000 年 8 月发现第 52 孔曲线梁内的一束预应力筋锈断， 幸好及时发现，采 取 了 更 换 和 其 他 治 理 措 施［5］。 近 几年发生的桥梁事故不得不引起我们的反思。图 1、图 2 是一些实拍的桥梁病害照片。
近十几年来，世 界 范 围 内 建 成 了 多 座 世 人 瞩 目 的大桥，如日本的 多 多 罗 大 桥、明 石 海 峡 大 桥，丹 麦 的大贝尔特桥等等，他 们 不 仅 展 示 了 桥 梁 更 大 的 跨 越 能 力 ，而 且 其 建 造 工 艺 也 更 加 精 致 ，尤 其 在 耐 久 方 面的设计目标更 高。 目 前，我 国 桥 梁 建 设 正 处 在 一 个 飞 速 发 展 的 时 期 ，近 些 年 建 成 的 香 港 青 马 大 桥 、润 扬长江大桥、广州丫 髻 沙 大 桥 以 及 刚 建 成 通 车 的 世 界最长跨海 大 桥———杭 州 湾 跨 海 大 桥，无 不 彰 显 了 我国桥梁建设的腾飞和繁荣。正是在这样大力建设 的阶段，我 们 更 应 该 重 视 桥 梁 建 设 的 高 技 术、高 质 量、高水 平。 从 文 献［1 － 2 ］对 世 界 范 围 内 1951 － 1979 年期间发 生 的 242 起 预 应 力 混 凝 土 结 构 中 预 应力筋腐蚀事件的 调 查 中 可 以 发 现，腐 蚀 损 坏 按 照 预应 力 张 拉 工 艺 分 类： 先 张 法 占 22% 、后 张 法 占 32% 、无粘结法占 3% 、环 向 张 拉 法 占 43% ； 而 从 预 应力筋的腐蚀原因 来 看 到，由 于 预 应 力 筋 本 身 防 腐
可见，对后张法 预 应 力 筋 混 凝 土 桥 梁 的 耐 久 性 研究必须给予高 度 的 重 视，从 材 料 选 择、结 构 设 计、 优化设计以及后期 养 护 维 修 都 给 予 足 够 的 重 视，才 能保证预 应 力 桥 梁 在 使 用 寿 命 内 体 现 出 应 有 的 功
图 1 桥墩基础钢筋外露 Fig. 1 Steel of the piers
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综述
国内外后张法预应力混凝土桥梁耐久性研究*
隋莉莉1 权新蕊2 邢 锋1 张洪源3
（1. 深圳大学土木工程学院，广东深圳 518060； 2. 四川省交通运输厅交通勘察设计研究院， 成都 610017； 3. 青岛理工大学，山东青岛 266033）
摘 要：首先对国内外后张法预应力混凝土桥梁腐蚀现 状 进 行 了 综 述 ，重 点 讨 论 并 分 析 耐 久 性 失 效 的 原 因，提出保障耐久性的各种 措 施，并 对 目 前 国 内 外 比 较 适 用 的 无 损 检 测 技 术 以 及 已 采 用 的 监 测 系 统 予 以 介 绍。通过分析比较，得出目前我国后张法预应力混凝土桥 梁 耐 久 性 方 面 还 存 在 的 问 题 ，并 对 以 后 的 研 究 工 作 提出一些建议。
2） 施工工艺方面：锚 固 区 的 封 锚 质 量 也 是 关 系 到预应力 筋 耐 久 性 的 重 要 原 因。 文 献［3 ］表 明，由 于锚固端封锚不足，导 致 雨 水 以 及 一 些 腐 蚀 性 物 质 从 锚 固 区 进 入 管 道 中 ，不 仅 腐 蚀 周 围 混 凝 土 ，更 对 预 应力筋构成极大的威胁。预应力混凝土桥梁的排水 和防水也是相当 重 要 的。 尤 其 是 在 伸 缩 缝、锚 固 区 附近的处理。一般 伸 缩 缝 的 寿 命 是 比 较 短 的，不 做 定期的维护和维修 必 然 导 致 破 坏 加 剧，对 其 他 构 件 也形成一定威胁。 1. 2 外部原因
* 国家 自 然 科 学 基 金 项 目 （ 50878130 ） ； 深 圳 市 科 技 计 划 项 目 （ sz200806270076A） 。 第一作者：隋莉莉，女，1964 年出生，博士，教授。 E － mail：suill8969@ 163. com 收稿日期：2010 － 04 － 02
Industrial Construction Vol. 41，No. 1，2011
不当、采用对腐蚀敏 感 的 预 应 力 筋 以 及 张 拉 锚 固 不 当的占到 43% ，而由于外界腐 蚀 环 境 介 质 侵 蚀 的 占 到 50% 。文献［3 ］显 示：英 国 从 1980 － 1992 年，发 现多座预应力混凝土桥梁的预应力筋在锚固端附近 有比 较 严 重 的 腐 蚀，以 致 必 须 更 换 桥 面 板。1992 年，在比利时斯凯尔 特 河 上 修 建 的 一 座 桥 梁 在 无 任 何征兆的情况下发生倒塌。建于 1983 年的美国佛 罗 里 达 州 的 尼 尔 斯 海 峡 大 桥 （ Niles Channel Bridge） ，是一座 体 外 预 应 力 桥 梁，1999 年 时 调 查 发 现靠近锚固端的 19 股钢绞线出现严重腐蚀，没有任 何有效保护层。这些腐蚀主要由于锚固端的封锚和
Design Institute，Chengdu 610017，China； 3. Qingdao Technological University，Qingdao 266033，China）
Abstract ：This paper described the research status on durability of post-tensioned concrete both at home bridges domestic and abroad. It analysed the reasons of corrosions of bridges and works out some available measures for durability. To improve the durability of bridges，it was important on design，construction，and maintenance. It also introduced some techniques of non-destructive test and monitoring systems which had better applicability. It also puts forward some suggestions on the problems of durability of post-tensioned eoncrete bridges in the future. Keywords ：post-tensioned concrete bridges；durability；service life；non-destructive test；monitoring system；durability design and redesign
106
工业建筑 2011 年第 41 卷第 1 期
塑料波纹 管 的 热 膨 胀 系 数 大 于 混 凝 土 的 热 膨 胀 系 数 ，导 致 压 浆 时 膨 胀 较 大 ，而 浆 体 硬 化 后 管 道 收 缩 导 致与混凝土之间形 成 间 隙，也 为 腐 蚀 介 质 的 侵 入 留 下 通 道 ，这 是 不 得 不 引 起 我 们 注 意 的 。
关键词：后张法预应力混凝土桥梁；耐久性；使用寿命；无损检测；监测系统；耐久性设计及再设计
STATE-OF-THE-ART OF RESEARCH ON DURABILITY OF POST-TENSIONED CONCRETE BRIDGES
Sui Lili1 Quan Xinrui2 Xing Feng1 Zhang Hongyuan3 （1. Department of Civil Engineering，Shenzhen University，Shenzhen 518060，China； 2. Sichuan Communication Surveying ＆
能。
图 2 明尼苏达州桥梁倒塌现场 Fig. 2 The site of Minnesota Bridge collapse
1 耐久性失效原因 从国内外预应力混凝土桥梁出现的问题来看，
耐久性失效主要由几ห้องสมุดไป่ตู้原因引起。 1. 1 内部原因
内部原因可以分为材料原因和施工工艺导致结 构的先天缺陷。
1） 材料方面：首 先 是 预 应 力 筋 的 质 量。 预 应 力 筋长期处 于 高 应 力 状 态 下，极 容 易 导 致 应 力 腐 蚀。 一些预应力混凝土 桥 梁 中，预 应 力 筋 表 面 采 用 镀 锌 层 保 护 ，这 种 涂 层 缺 点 很 多 ，不 仅 会 使 得 钢 绞 线 和 钢 丝本身强度 降 低，而 且 容 易 引 起“氢 脆 腐 蚀 ”，加 之 镀锌层易被刮伤，从 而 将 钢 绞 线 或 钢 丝 直 接 裸 露 在 外 面 ，形 成 腐 蚀 电 池 ，加 剧 腐 蚀 。 其 次 是 混 凝 土 的 质 量。混凝土的密实性是耐久性的重要保障。密实性 差的混凝土会给腐 蚀 介 质 的 侵 入 留 下 很 多 通 道，尤 其是管道中的混凝 土，一 些 压 浆 混 凝 土 中 本 身 就 含 有一定量的氯离子，使 得 预 应 力 筋 从 开 始 就 处 于 氯 盐环境中，极大地 影 响 了 结 构 的 耐 久 性。 后 张 法 预 应力混凝土桥梁 中，还 必 须 重 视 管 道 质 量。 目 前 国 内使用最 多 的 就 是 塑 料 波 纹 管。 由 于 管 道 强 度 不 足 ，压 浆 时 很 容 易 导 致 断 裂 ，影 响 了 压 浆 质 量 。 而 且