南通市沿海公路桥梁耐久性调查与分析

马志华，张建东，柏　平，刘秋阳，任　远

（1.南通市公路管理处，江苏 南通 226001；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017；3.东南大学 交通学院，江苏 南京 210096）

南通市沿海公路桥梁耐久性调查与分析

马志华1，张建东2，柏平1，刘秋阳3，任远3

（1.南通市公路管理处，江苏 南通 226001；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017；3.东南大学 交通学院，江苏 南京 210096）

为了全面了解江苏省南通沿海地区在役混凝土桥梁的耐久性现状，文章选取20座南通沿海地区典型桥梁进行检测和研究分析。结果表明，沿海混凝土桥梁的耐久性劣化和性能退化问题是普遍存在的，尤其是氯离子的侵蚀问题；并针对这些问题提出了建议，以期为南通地区沿海公路混凝土桥梁的耐久性设计、养护、维修加固及寿命评估工作提供参考。

混凝土桥梁；耐久性；沿海地区；现状

由于沿海环境的特殊性，沿海地区的混凝土桥梁耐久性劣损和性能退化现象十分严重。相关研究表明，沿海地区混凝土桥梁往往运营不到20年就需要大规模修补加固，远达不到设计的寿命［1-2］。本文对南通沿海地区公路混凝土桥梁进行现状调查，并选取20座典型桥梁进行检测和研究分析。

1　耐久性调查

1.1 调查概况

选取南通地区S221（海启线），S223（如渡线）和S225（洋通线）3条省道上的20座典型桥梁进行现场检测，以获取该区域混凝土桥梁耐久性技术指标的第一手资料。3条线路的桥梁基本情况及区位如表1所示。

表1　南通沿海地区依托工程桥梁基本情况简表

主要工作内容包括桥梁概况调查、桥梁环境条件调查、桥梁表观缺损状况的检查与检测，以及桥梁耐久性能的检查和检测。其中，桥梁的耐久性检测内容主要有混凝土中氯离子含量的检测，混凝土碳化深度的检测，混凝土保护层厚度及钢筋位置的检测，混凝土钢筋锈蚀电位的检测，混凝土电阻率的检测以及混凝土裂缝的检测等。

1.2 调查结果分析

南通沿海地区混凝土桥梁上、下部结构主要耐久性病害形式如表2所示［3］，按发现的数量，主要病害为混凝土裂缝、剥落露筋与锈胀露筋、铰缝脱落、混凝土腐蚀等。

表2　南通沿海地区依托工程桥梁基本情况简表

南通地区沿海地区混凝土桥梁长期受到近海环境的影响，桥梁容易受到侵蚀，出现了不少混凝土保护层开裂、钢筋锈蚀现象的现象。一些在役公路桥梁建于20世纪60年代至90年代初期，设计标准低，随着经济的迅速发展，载重车辆不断增加，这些桥梁面临着严峻的考验。部分桥梁材料老化、退化现象严重、病害频发，目前在役的部分公路桥梁存在耐久性不足的风险，使用寿命难以预测，可能会低于预期。对中小桥梁次要构件和附属设施的设计重视不够，存在护栏损坏现象严重，桥面排水系统设置不合理，桥梁铺装损坏等病害；桥梁易受台风暴雨、河水急流、河床变迁和冲刷等影响，造成桥梁墩台冲空，个别桥梁存在隐患。

1.3 耐久性损伤原因分析

根据南通沿海地区混凝土桥梁普查和耐久性检查的研究分析，引起桥梁耐久性损伤的原因主要有以下几个方面。

1.3.1 环境作用

（1）氯离子侵蚀

混凝土钢筋在沿海环境中与一般大气环境下锈蚀的机理有所差异。一般大气环境下钢筋锈蚀主要是因为混凝土中性化破坏钢筋表面的钝化膜所致；而沿海环境中主要是由于氯离子侵蚀引起的。现场调查及检测表明，即使混凝土碳化深度较浅，如果混凝土中氯离子含量较高，钢筋也会发生锈蚀。

沿海大气和水中含有的氯离子和不合理使用海砂作为原材料，是沿海混凝土桥梁中氯离子的主要来源。通过调研得知施工单位按照相关规定没有使用海砂和海水，而且新建桥梁的氯离子含量检测结果非常低，可知混凝土中氯离子主要来自沿海大气环境。氯离子由表面逐渐扩散到钢筋阳极区的钝化膜上，并与钝化膜中的氧化铁反应生成无保护作用的氯化铁，形成电化学腐蚀，氯离子仅仅起到的是搬运作用，不会被消耗，因此混凝土中的氯离子会起到反复的破坏作用，对结构的危害是多方面的，但最终表现为钢筋的锈蚀。

混凝土氯离子含量是反映沿海环境对混凝土侵蚀的重要指标。耐久性详细检查中对典型桥梁进行了混凝土氯离子含量检测，对不同深度的混凝土都进行了取样检测，3条线路的平均氯离子含量见表3［3］。

表3　不同线路桥梁混凝土中氯离子含量平均值

从表中可以看出，距海较近的S221线上的混凝土桥梁的氯离子含量明显高于其他2条线，混凝土氯离子含量比内陆混凝土桥梁的氯离子含量明显偏高。可见，随着距海岸离的减小，混凝土中氯离子浓度也逐渐升高，海启线上桥梁混凝土中的氯离子诱发钢筋锈蚀的可能较大。

（2）混凝土碳化

混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳或其它酸性气体发生化学反应的过程。一般情况下混凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了“钝化”保护作用。碳化的实质是混凝土的中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜破坏，在水分和其它有害介质侵入的情况下，钢筋就会发生锈蚀［4］。

所测典型桥梁的碳化深度大都在5～15 mm，未达到混凝土保护层厚度。需要指出的是，修建于1958年的掘苴闸桥的碳化深度19.86 mm，明显低于同期修建的其他桥梁，主要是这座桥梁墩柱等部位表面涂有防水涂料，防止了空气和水分的进入，同时也填补了混凝土表面的裂缝及空隙，很好改善了混凝土的耐久性能。

（3）水的侵蚀

调查和详细检查中发现，40%以上的在役混凝土桥梁存在水侵害的现象，其发生的主要原因是桥面排水不良。排水管道破坏、堵塞、脱落，由于引水槽的坡度不够等原因都会引起排水不畅，水流不通。桥面积水直接侵蚀或通过铰缝渗透到边主梁、盖梁、墩台帽等混凝土构件，在流水干湿交替的循环作用下，混凝土内部可溶解的物质析出，使混凝土构件表面泛白、内部疏松，导致混凝土性能劣化，并进一步加大钢筋锈蚀的可能性［5］。

1.3.2 荷载作用或施工不当造成的混凝土结构损伤

目前在南通沿海地区，依据“旧规范”设计的许多桥梁仍在营运使用中。其上部结构，如桥面铺装和桥面系构件（如主梁、横梁等）的承载能力，要比现行规范所要求的荷载设计标准小。从现实的交通情况来看，实际车辆的载重往往超过桥梁的设计承载能力。这些都会造成结构损伤从而引起结构的耐久性降低。

南通沿海地区公路桥梁中采用最普遍的结构是是空心板和T形梁。调查中发现这些桥梁很多都存在着铰缝问题，需要引起重视。铰缝直接关系着桥梁上部结构的整体受力性能，最极端的情况，将出现空心板单板受力，从而导致空心板承受大于设计荷载的外力，危及结构安全。调查发现引起铰缝问题原因主要有：铰缝受剪截面小；铰缝新旧混凝土粘结不良；铰缝混凝土浇筑不密实［6］；铰缝渗水原因可能有施工质量和超载两方面的原因。

2　典型桥梁耐久性检测分析

在进行了全面的调研后，对南通沿海地区20座典型桥梁进行了详细的耐久性调查与检测。这里选取海启线上的九总桥和盐垦桥进行分析结果。

2.1 九总桥

九总桥建于2000年，检测时已服役14年，离海岸距离6.9 km，上部结构形式为3×10 m 的装配式混凝土空心板，横向布设12片梁；下部结构形式为桩柱式桥墩，重力式桥台。桥面总宽12.1 m，总长36.8 m。检测结果分析如下：

（1）部分板梁腹板有多条竖向裂缝，宽0.0～0.2 mm；台帽有多条竖向裂缝，宽0.1～0.2 mm；墩帽有多处锈胀露筋；伸缩缝接线处路面破损，桥头跳车1 cm；泄水管破损、过短。

（2） 回弹法测得的混凝土强度等级相当于C50。

（3）实测主要构件保护层厚度均小于设计值，如主梁底板的主筋保护层厚度所测值在30～40 mm，最小值为30.4 mm，而设计值为35 mm，说明保护层厚度不足，将对桥梁的耐久性产生影响，钢筋更易失去碱性保护而发生锈蚀。

（4）主梁底板的混凝土碳化深度值在10～14 mm，均小于测试部位的混凝土保护层厚度，说明混凝土碳化对钢筋锈蚀无影响或轻微影响。

（5）所测得的主梁钢筋锈蚀电位平均值为-204 mV，说明主梁钢筋有锈蚀活动性，但锈蚀状态不稳定，可能坑蚀。

（6）所测得的主梁混凝土电阻率大于20 000 kΩ·cm，表明混凝土电阻较大，对抵抗钢筋锈蚀有利。

（7） 实测主梁混凝土氯离子含量最大为0.161 %，明显高于内陆地区，有诱发钢筋锈蚀的可能。

2.2 盐垦桥

盐垦桥建于2002年，检测时已服役12年，离海岸距离2.1 km，上部结构形式为3×10 m 的装配式混凝土空心板，横向布设9片梁；下部结构形式为桩柱式桥墩台。桥面总宽12 m，总长35 m，检测结果分析如下：

（1）全桥板梁底板普遍存在横向裂缝，缝宽约0.05 mm；部分支座变形，台帽有竖向裂缝；挡块开裂，耳墙锈胀露筋，护坡下沉，桩基轻微破损；墩帽、台帽出现水迹，伸缩缝堵塞，桥面坑槽。

（2） 回弹法测得的混凝土强度等级相当于C50。

（3）实测主要构件保护层厚度均大于设计值，主梁底板的主筋保护层厚度所测值在37～43 mm，最小值为37.7 mm，而设计值为35 mm，说明保护层厚度满足要求。

（4）主梁底板的混凝土碳化深度值在8～10mm，均小于测试部位的混凝土保护层厚度，混凝土碳化对钢筋锈蚀无影响或轻微影响。

（5）所测得的主梁钢筋锈蚀电位平均值为-260 mV，说明主梁钢筋有锈蚀活动性，但锈蚀状态不稳定，可能坑蚀。

（6）所测得的主梁混凝土电阻率均大于20 000 kΩ·cm，表明混凝土电阻较大，对抵抗钢筋锈蚀有利。

（7）实测主梁混凝土氯离子含量最大值为0.248%，主梁混凝土氯离子含量最大值为0.204%，明显高于内陆地区，氯离子诱发钢筋锈蚀的可能性较大。

综上所述，2座服役十多年的桥梁都出现了不同程度的病害，虽然碳化深度不大，但钢筋发生了一定的锈蚀活动，钢筋锈蚀的可能性较大。

3　结论

运营一定年限的混凝土桥梁，不可避免地存在材料劣化和外观缺损等病害，这些缺陷的存在和发展会进一步导致桥梁的耐久性问题和整个结构的性能退化。本文在总结南通沿海地区混凝土桥梁调查结果的基础上，对20座典型混凝土桥梁的耐久性检测结果进行研究分析，得到以下结论和建议：

（1）沿海混凝土桥梁的耐久性劣损和性能退化问题普遍存在，有的已严重影响到混凝土桥梁结构的正常使用，并带来安全隐患。

（2）沿海地区桥梁的混凝土氯离子浓度明显高于内陆地区，是导致钢筋锈蚀的重要原因。新建公路桥梁结构必须正确选择混凝土原材料、配合比，可适当增大保护层厚度，以提高其抗渗、抗氯离子侵入的性能。

（3）由于桥梁排水不良导致的铰缝渗水和混凝土水侵现象较普遍，这会导致混凝土性能退化，增大钢筋锈蚀可能性，应在设计、施工和养护中注意桥面的防水和排水。

（4）应重视施工质量对混凝土结构耐久性的影响，如振捣不实使混凝土的抗渗透性大为降低。

（5）针对暴露环境特别恶劣，或对耐久性有更高要求的混凝土桥梁，如有海水倒灌情况的桥梁，可根据工程实际情况，增加特殊防腐蚀措施，如在混凝土表面用涂层保护，采用环氧涂层钢筋或在混凝土中掺钢筋阻锈剂等。

［1］赵尚传，张劲泉，左志武，等.沿海地区混凝土桥梁耐久性评价与防护［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］金伟良，赵羽习.混凝土结构耐久性［M］.北京：科学出版社，2002.

［3］东南大学交通学院.沿海地区混凝土梁桥评估体系及维修策略研究项目研究报告［M］. 2015.

［4］金伟良，吕清芳，潘仁泉.东南沿海公路桥梁耐久性现状［J］.江苏大学学报（自然科学版），2007，28（3）：254-257.

［5］张树仁，王宗林.桥梁病害诊断与改造加固设计［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［6］蒙云，卢波.桥梁加固与改造［M］.北京：人民交通出版社，2004.

Investigation and Analysis on the Durability Status of Coastal Highway Bridge in Nantong

Ma Zhihua1， Zhang Jiandong2， Bai Ping1， Liu Qiuyang3， Ren Yuan3
（1. Nantong Highway Administration Department， Nantong 226001， China; 2. JSTI Group， Nanjing 210017， China; 3. School of Transportation， Southeast University， Nanjing 210096， China）

In this paper， 20 typical coastal highway bridges in service in Nantong are investigated and analyzed to fully understand its' durability status . The results show that the problem of durability deterioration and performance degradation are universal，especially the problem of chloride erosion. Some suggestions are put forward which could provide reference for durability design，maintenance， reinforcement and life evaluation of concrete bridges in coastal areas of Nantong.

concrete bridge；durability；coastal area；status

U445.7+1

A

1672–9889（2015）05–0055–03

马志华（1969-），男，江苏通州人，高级工程师，主要从事公路桥梁运营养护管理工作。

（2015-02-26）