耐久性混凝土问题及桥梁的结构设计方法

周海峰 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200092

交通荷载可随着交通量的增加而增加，再加上混凝土老化、结构设计不合理及桥梁施工质量等影响，混凝土桥梁容易出现损坏现象，产生缺陷，甚至对桥梁整体结构造成影响，降低结构安全性。混凝土耐久性差，不仅会减少桥梁的使用寿命，还会降低桥梁使用性能，影响桥梁使用安全性，与桥梁结构设计原则不符。某些桥梁，由于结构设计不注重细节，不注重混凝土耐久性，从建成到使用仅仅过了二十多年，就已经出现各种缺陷、破损及病害等现象，对桥梁的使用产生严重影响，威胁桥梁运输安全。如何设计合理的桥梁结构，提高混凝土耐久性，防止桥梁缺陷，已成为桥梁建设界关注的热点之一。只有重视混凝土耐久性，设计科学合理的桥梁结构，才能提高桥梁整体耐久性，提高桥梁质量。以下我们就混凝土耐久性问题及桥梁结构设计方法展开讨论。

1 混凝土耐久性问题

导致混凝土耐久性问题产生的原因较多，如材料原因、环境原因、施工原因及设计原因等，桥梁维护也会对混凝土耐久性产生一定影响。一些桥梁由于混凝土耐久性较低，出现渗水、脱落及破损等现象，如图1。混凝土耐久性问题是导致桥梁病害的主要原因，也是影响桥梁结构耐久性的因素。从客观角度分析，交通压力和桥梁荷载压力也是影响混凝土耐久性的客观因素，只有提高混凝土耐久性，才能提高桥梁承载力，防止桥梁缺陷。

图1 混凝土脱落、破损现象

1.1 耐久性设计标准偏低

虽然说混凝土耐久性与桥梁结构安全性都会受到环境影响，但桥梁缺陷和病害等问题主要是由于设计不合理造成。很多桥梁投入使用后，不重视维护，桥梁管理也不到位。在桥梁设计过程中，对于混凝土耐久性问题没有进行充分考虑，偏向考虑结构强度和承载能力，只重视主体设计，不重视细节方面的设计，从而导致混凝土耐久性偏低［1］。桥梁设计通常比较注重结构安全性和强度问题，对于结构材料的选择及构造设计不够重视，没有根据建设环境，制定混凝土耐久性标准，技术措施不到位。再加上环境的影响，导致桥梁耐久性不足。

1.2 受到环境因素的影响

环境是影响混凝土耐久性的重要原因，也是最主要的原因之一。混凝土材料特性和环境原因影响，会导致混凝土裂缝现象，使钢筋受到锈蚀，致使混凝土脱落、损坏等现象出现。长期以往循环，可导致钢筋及混凝土面积逐渐缩小，降低结构性能，使结构承载力降低，结构耐久性不足。这些问题的出现，与设计也有一定关系，如果桥梁设计采用的钢筋保护层较薄，厚度达不到要求，或混凝土水胶比过大，都会导致混凝土破损问题。

2 桥梁耐久性设计方法

在桥梁建设规定中，提出了关于桥梁耐久性的设计要求，制定了相关的技术标准和设计规范，表明混凝土桥梁结构设计应根据建设环境、极限状态及设计年限等，制定耐久性设计要求。总的来说，桥梁结构耐久性设计主要注意以下几点。

2.1 混凝土性能及强度应符合桥梁结构设计要求

桥梁结构设计除了要重视混凝土性能和强度外，还要重视混凝土的耐久性，确保桥梁在环境影响下，仍然具有较好的抗腐蚀、抗碳化作用，及较高的抗冻融性和抗渗性。因此，在进行桥梁结构设计时，应以结构所处环境、使用性能等，制定混凝土要求标准，选择耐久性合适的混凝土，在添加剂方面，一定要合理应用，确保混凝土抗破损能力，提高其密实度［2］。如果桥梁建在一些靠海区域，可采用耐久性较高的混凝土进行桥梁底部建设。应严格按照混凝土的配比，以及相关的技术标准，确保混凝土中的碱含量及氯离子含量符合设计要求，强度等级可满足设计需求，水胶比符合限制标准，严格控制水泥用量，采用质量合格的原材料，只有这样，才能保证混凝的土耐久性标准。如果桥梁受到恶劣环境影响，决定桥梁结构强度的是混凝土耐久性，而不是桥梁承载力。例如，一些北方地区，邻近海边，环境因素较复杂，对桥梁结构的影响较大，如果混凝土耐久性差，就会降低结构强度。如果桥梁结构所处环境变化较大，应同时满足不同环境下，桥梁对于混凝土耐久性及结构强度要求。如果构件经常处于潮湿环境，接触水源，应按照冻融环境要求，来设计伸缩缝，确保其墩帽顶面耐久性;如果桥梁是跨海桥梁，长期受到氯盐侵蚀，预应力及钢筋混凝土的水泥，应尽量选择低氯离子水泥，并采用引气剂进行墩柱建设，除此之外，还要制定防腐防侵蚀相关措施，提高局部强度。

2.2 注意细节设计，防止裂缝出现

如果桥梁所处环境较为复杂，应尽量设计简洁的混凝土构件外形，避免过多暴露混凝土的棱角和表面，混凝土棱角尽量采用圆角代替。结构在布置方面和形状设计方面，应注意通风问题，以便混凝土养护和振捣。根据排水要求设计混凝土表面形状，结构缝应进行合理设计，尤其是构造设计，避免由于荷载增加，应力聚集，导致变形现象。一些水位变动较大、干湿交替部位，以及受到氯盐侵蚀的部位，应及时采取防护措施，避免构件受到侵蚀。可进行憎水处理和防水处理，或通过表明涂层措施防止腐蚀。

2.3 确保混凝土保护层的设计符合要求，增加其厚度

采用厚度适宜的保护层，不仅可以降低混凝土碳化速度，还可以避免氯离子扩散，有效提高混凝土耐久性。因此，为了防止钢筋出现锈蚀现象，应尽量采用厚度较大的保护层。

2.4 做好桥面的防水设计和排水设计

在进行高架立交桥及主桥的桥面纵坡设计时，应考虑横坡及纵坡斜度，设计排水设施，如泄水孔，确保桥梁交通安全，解决桥面积水，确保排水系统的有效性。桥面应设计防水层，如柔性防水层、刚性防水层等，如果条件允许，也可以同时设计两种防水层，提高桥梁的防水效果［3］。

2.5 在附属构造及结构设计方面，应注重细节

很多桥梁在上部结构设计过程中，采用纵横湿接头与预制简支梁进行连接，对于后期混凝土的耐久性没有过多要求，导致结构强度降低。这样的设计容易导致混凝土收缩，出现裂缝，甚至导致渗水漏水现象，腐蚀混凝土，造成混凝土损坏。因此，在进行附属构造或结构设计时，应尽量避免这种设计方式，如果必须采用这种设计结构，那么应做好防护措施，将膨胀剂添加在后浇带部分混凝土中，避免混凝土出现收缩现象，以此提高混凝土耐久性［4］。主梁与伸缩缝之间的连接处，容易出现破损，混凝土耐久性要求较高，因此，应采用耐久性较好的混凝土进行施工，并在混凝土中添加适量纤维增韧材料或膨胀剂，同时，合理设计构造钢筋及伸缩装置，使两者合理连接。构件部分与后浇部分应选用等级相同的混凝土，以达到金属锚具封闭效果，避免预应力改变。

2.6 强化钢筋构造，避免混凝土裂缝出现

混凝土一旦出现裂缝，就会导致水渗入及气渗入，腐蚀钢筋混凝土，降低混凝土耐久性。因此，应重视裂缝控制，尽量提高混凝土耐久性。设计桥梁混凝土结构时，以预应力混凝土结构为主，增加抗裂设计，合理布置钢筋构造，避免构造间距或直径过大，产生裂缝。

3 结束语

综上所述，混凝土耐久性关系到桥梁整体承载力、实用性及安全性，应尽量通过科学、合理的结构设计，优化桥梁结构，提高混凝土耐久性，更新设计理念，注重细节方面的设计，避免混凝土出现裂缝、脱落、损坏等现象，提高桥梁强度，延长桥梁的使用寿命。

［1］费学海.浅析混凝土结构桥梁的耐久性设计［J］.中国城市经济，2011，10(15):162-163.

［2］向容，张斯涵，曾宏.浅谈我国桥梁建设发展与影响耐久性的因素［J］.科技经济市场，2014，04(02):238-239.

［3］宋云祥，田莉，李光辉.高性能混凝土耐久性技术指标在郑州黄河公铁两用桥中的应用［J］.公路，2011，16(03):174-175.

［4］周铮，陈强，孙杨勇.新型快速修补材料MRK 在某桥梁病害修复项目中的应用［J］.广东土木与建筑，2014，02(09):212-213.