关于桥涵耐久性设计的一些见解

王杰昭

（南通市规划设计院有限公司，江苏南通 226006）

0 引言

启东市地处江苏省东南部长江口北岸边，东邻黄海，全市基本位于临海环境。根据有关环境水对混凝土腐蚀性评价标准判定，场区地下水对混凝土及其中的钢筋具微腐蚀性，地表水对混凝土具微腐蚀性，对干湿交替环境下混凝土中钢筋具弱腐蚀性。更有局部地区及路网位于海防大堤以外，桥梁墩、台位于海水中即海洋环境，根据地勘资料显示基本处于盐渍土环境，地下水和场地土对混凝土结构钢筋具有不同程度的腐蚀性。因此本地区对于桥涵耐久性设计，需着重研究。

1 环境分类

启东市位于临海环境地区，大致可分为两大类。

（1）盐渍土场地环境：位于海防大堤以内，根据地勘资料基本处于盐渍土环境，一般为氯盐渍土。盐渍化程度根据图层的平均含盐量分弱盐渍土、中盐渍土、强盐渍土、过盐渍土。地下水和场地土对混凝土结构钢筋具有不同程度的腐蚀性。

（2）海洋环境：位于海防大堤以外跨海桥梁，有的桥梁虽一跨跨越入海河流，但离海边很近，有的桥梁跨越入海口河流，桥墩位于海水中。

2 结构设计

2.1 盐渍土地区环境桥涵耐久性设计

盐渍土地区环境对沿线桥涵的影响主要为地面以下部分：桥梁桩基础和涵洞。

对桥梁来说，主要影响桥梁桩基础的耐久性，根据盐渍化程度采用以下三方面措施提高结构耐久性：

（1）提高混凝土等级，桩基础混凝土等级提高为C30；

（2）提高桩基础的保护层厚度，提高至8 cm；

（3）对于盐渍化程度较高（中盐渍土及以上）地区的桥梁，提高裂缝宽度控制要求，裂缝宽度控制由0.18 mm提高到0.15 mm。

对于埋置于盐渍土中的涵洞，根据盐渍化程度采用以下一种或几种措施提高结构耐久性：

（1）提高涵洞混凝土等级，涵洞混凝土等级提高为C35，其它混凝土等级相应提高；

（2）提高涵洞的保护层厚度，提高至6 cm；

（3）对于盐渍化程度较高（中盐渍土及以上）地区的涵洞，提高裂缝宽度控制要求，裂缝宽度控制由0.18 mm提高到0.15 mm。

2.2 海洋环境

影响海洋环境桥梁结构耐久性的主导因素是结构的抗氯离子或者氯盐腐蚀性能，主要通过以下几个方面加以控制：（1）结构设计；（2）混凝土原材料性能；（3）其它附加防腐措施。

2.2.1 结构设计

2.2.1.1 裂缝设计计算控制

表1为混凝土表面最大裂缝允许值。

表1 混凝土表面最大裂缝允许值

2.2.1.2 预应力设计

上部结构防腐蚀的关键问题是防止含氯水进入导致预应力材料腐蚀，结构发生破坏。为增强预应力孔道压浆的密实性，提高预应力体系的耐久性，箱梁预应力设计时采用耐腐蚀、密封性能好的塑料波纹管配合真空辅助压浆技术，同时对预应力锚头采用严格的防水和阻锈措施。

2.2.1.3 各结构部位合理的钢筋保护层厚度设计

试验显示，即使是低水灰比高质量的混凝土，在暴露于有氯盐存在的环境中，混凝土表面12 mm深度内的氯离子含量远远超过25～50 mm深度内的氯离子含量。因此，在海洋环境中的工程，钢筋保护层厚度对保证混凝土结构耐久性至关重要，应比一般环境的保护层厚度要大一些，同时还要考虑施工偏差的因素，需对其进行严格的施工控制和质量检查。

2.2.1.4 附属结构设计

桥面铺装、支座、伸缩缝、检查吊机架、机械设备、公共事业设备、照明等部件的使用寿命需达到25～50 a，同样也须具备可维修性和可更换性。

2.2.1.5 斜拉桥或部分斜拉桥拉索防腐

对斜拉桥或部分斜拉桥的拉索考虑耐久性设计，从以下几个方面考虑：（1）以拉索的疲劳抗性为形式的耐久性；（2）以用做索导管成钢绞线护套的塑料材质的时效为形式的耐久性；（3）以裸露金属表面的防腐为形式的耐久性；（4）以主拉索（即拉索内的钢绞线）的防护为形式的耐久性。

2.2.1.6 防水设计

为提高桥梁的耐久性，注重桥梁防水整体性原则，不仅注意桥面，同时注意伸缩缝、接缝等局部的防水。各防水构造和措施如下：

（1）桥面防水材料要求具有良好的抗渗性能，与沥青面层有足够的粘结强度；面层碾压后，有良好的无破损性，良好的耐高、低温性能；对桥面状况有着良好适应性；能较好抵御桥面裂缝的影响；材料寿命不应低于面层寿命；良好的边缘密封性；施工简洁、环保。

（2）伸缩缝下的结构考虑伸缩缝的损坏、渗漏对构件的影响。

（3）为了便于检查、维护和更换排水管道，不将排水管道浇筑在混凝土内，设计成悬吊于桥面之下或置于主梁之间的空隙内，或布置在桥面边缘的管沟内。

（4）排水系统的使用必须耐用，使用的材料必须坚固，能够抵抗一般化学物质的侵蚀。

（5）在混凝土箱梁内的所有低点设置排水孔，在可能出现排水渗漏的地方，留有可替代的出口，以防止箱内积水。

（6）排水管、泄水口的设计要选用密封性好的材料，以保证桥面水在排除过程中不流经桥梁构件。

（7）桥梁构件表面应有利于排水，不在缝或止水处排水。

（8）箱形梁的内部空间有利于通风，避免过高的局部潮湿和水汽长期聚积。

（9）设计时尽量避免外露钢构件与内部钢筋的连接,混凝土上预埋钢构件须予以镀锌。

2.2.2 混凝土原材料性能

2.2.2.1 采用海工耐久混凝土

提高海工混凝土耐久性主要措施有：采用高性能混凝土；掺矿物外加剂改善混凝土抗氯离子渗透性；采用低水胶比提高混凝土密实性。海工混凝土的原材料组成、配合比及性能研究如下。

（1）水泥要求

采用强度等级为42.5的Ⅱ型硅酸盐水泥，水泥中C3A含量控制在6%～12%，氯离子含量低于0.03%。

（2）矿物掺合料

粉煤灰（FA）选用组分均匀、各项性能指标稳定的低钙灰，且烧失量不大于8%，需水量比不大于100%，SO3含量不大于2%；磨细高炉矿渣的比表面积控制在360～440 m2/kg，需水量比不大于100%，烧失量不大于5%。

（3）集料

不得采用可能发生碱－集料反应（AAR）的活性集料；水溶性氯化物折合氯离子含量不得超过集料重的0.02%；细集料含泥量小于0.2%，泥块含量小于0.5%，云母含量小于2%，细度模数2.9～2.6，不得采用海砂和人工砂；粗集料含泥量小于0.5%，泥块含量小于0.25%，压碎指标小于12%，针片状颗粒含量小于10%，最大粒径不超过25 mm。

（4）化学外加剂

减水剂（或泵送剂）的减水至少达到25%；外加剂中氯离子含量不得大于混凝土中胶凝材料总重的0.01%。

（5）拌合用水及养护用水

不得采用海水、污水、和pH值小于5的酸性水，水中的氯离子含量不应大于200 mg/L，硫酸盐含量按SO-4计不大于500 mg/L。

2.2.2.2 混凝土配合比设计原则

海工耐久混凝土配置原则：选用低水化热和低含碱量的水泥；选用高效减水剂（泵送剂），取用偏低的拌合水量；限制混凝土中胶凝材料的最低和最高用量，并尽可能降低胶凝材料中的硅酸盐水泥用量；掺用粉煤灰、磨细矿渣等矿物掺合料；侵蚀等级为E、F等级的构件部位的混凝土应加入适量掺入型钢筋阻锈剂；通过适当引气提高混凝土耐久性，新拌混凝土中引气量一般控制在4%～6%，气泡间隔系数小于250μm；混凝土拌合物中各种原材料引入的氯离子总质量不应超过胶凝材料总量的0.1%（钢筋混凝土结构）和0.06%（预应力混凝土结构）。

胶凝材料用量不宜高于500 kg/m3，一般不应超过550 kg/m3，最大水胶比(W/B)不超过0.5，并根据规范对水胶比进行严格控制。

按照耐久性设计规范，对混凝土进行配合比设计，并对混凝土各项性能、指标（抗压强度、氯离子扩散系数、电通量、坍落度、扩展度、抗裂性能、初凝时间、终凝时间）进行试验、汇总，各项性能、指标均按照相关规范严格控制，同时根据结论对混凝土配合比进行修改以确定最佳配合比，使各项性能、指标均能达到规范要求。

2.2.3 钢箱梁防腐涂装

钢箱梁采用油漆长效防腐体系（防腐年限15 a以上），对钢箱梁不同部位分别处理，面漆采用聚氨酯涂料。表2为钢箱梁防腐涂装设计方案。

表2 钢箱梁防腐涂装设计方案。

2.2.4 其它附加防腐措施

（1）在腐蚀严重的水位变动区，承台和浪溅区的墩身中使用掺入型钢筋阻锈剂。

（2）涂覆型涂层

试验结果表明：通过优选材料和合理的施工工艺，涂料的附着力、柔韧性、冲击强度、耐磨性、硬度等，涂层的耐碱性、耐老化性、涂层与湿表面混凝土的粘接强度等，可以达到相应规范的要求。

（3）钻孔灌注桩防腐措施

可适当增大钢筋保护层的厚度，并在灌注桩上部采用高性能混凝土。施工前还需研究海水拌制泥浆对钻孔桩耐久性的影响。

保留施工用钢护筒，并对钢护筒外表面采取防腐措施。对环境作用等级为F级的钢护筒在水位变动区、水中区部分（冲刷线以上）采取涂层防腐措施，设计使用年限10～20 a，具体为：底层采用40μm无机富锌漆，中间层采用310μm环氧树脂漆，面层采用130μm乙烯树脂漆。

（4）耐候钢支座

支座选用耐腐蚀性强的耐候钢支座，目前跨海大桥中使用广泛。

3 结语

在目前我国大力发展交通基础设施的过程中，临海环境地区结构耐久性设计中的一些具体问题及构造细节处理往往被忽略。笔者对设计中的细节问题谈了粗浅的体会和观点，旨在为同类桥梁的设计提供可借鉴的经验。