混凝土结构桥梁的耐久性设计问题分析

李渊

（浙江省交通规划设计研究院有限公司，杭州310000）

1 引言

在社会高速发展之下，经济发展也非常之快，这就使得交通运行量逐步加大。导致桥梁承受的交通载荷非常大，给桥梁造成了较大的损坏，同时，由于很多桥梁中混凝土施工材料在长期应用过程中老化严重，再加上设计考虑不周或者施工环节存在的质量问题，造成桥梁耐用性严重不足，出现严重的病害与缺陷，导致结构安全性无法得到保证。在公路项目设计过程中，需要重点进行混凝土桥梁承载能力的设计，但是，往往忽略了环境变化而使材料发生损坏的情况。在公路设计中，若对耐久性的考虑严重不足，会导致结构性能无法达到使用的需要，极易造成安全事故发生，后续维护与管理费用也会比较高，造成严重的资源浪费及巨大的经济损失。因此，混凝土桥梁结构设计过程中，要充分考虑这些问题，选择最佳的设计方案，延长桥梁使用寿命，满足交通运行的需要[1]。

2 混凝土结构耐久性设计原则

桥梁结构在建设及运营期，不光会受到环境、地理位置的影响，还要承受车辆荷载、风荷载、地震作用、疲劳作用、超载及其他人为因素等外因，同时，材料的自身性能也会不断老化，导致结构各部分出现不同程度的指标降低。混凝土在耐久性方面的问题主要表现在混凝土水侵害、有害离子渗透性及抗碳化能力差、结构开裂、钢筋锈蚀，钢筋保护层太薄等。

其中，钢筋腐蚀与混凝土的碳化、氯离子侵蚀、水分及氧的存在条件是分不开的。混凝土结构中存在毛细孔道，使得这种侵蚀成为可能。而另一个原因就是混凝土裂缝，也成为提供这种条件的原因。其中，混凝土结构的裂缝对钢筋的腐蚀影响更大，一旦混凝土发生开裂，钢筋的腐蚀程度将大大加速。由此可见，混凝土的防腐应从2 方面入手，先要注重桥梁防水能力，并避免氯离子侵蚀。然后就是提高混凝土中钢筋的保护层厚度，防止水分及氯离子对混凝土的侵蚀，控制混凝土的碳化，从而防止钢筋的锈蚀，达到加强耐久性的目的。

3 桥梁结构耐久性的设计局限

3.1 设计标准与理论问题

从目前实际情况来分析，桥梁工程设计标准还比较低，很多细节并不是很完善。比如，没有给设计人员提供有效的指导。在正常运行中，因为交通量的持续增加，导致交通结构中桥梁工程质量和安全要求逐步增加。从实际情况来分析，桥梁设计人员的理念存在偏差情况，没有充分地重视强度数据计算，造成数据存在严重偏差，结构性能比较差，耐久性也无法保证。长期应用之下，桥梁受到交通载荷的持续作用，整体性能难以达到使用的要求，安全性更是无法保证[2]。

3.2 材料设计实用性不高

施工材料是桥梁的基础，关系着桥梁的质量，同时，对桥梁成本也会有着直接的影响。但是，在桥梁设计过程中，在材料的设计控制与实施环节，没有发挥出重要的作用，使用材料的性能比较差。这一问题的存在，极大地影响了桥梁综合性能，容易发生安全事故，造成严重的经济损失。因此，在目前的桥梁工程设计中，要以桥梁的实际情况为出发点，有效对比各种施工材料，分析材料的优势与缺陷，选择符合工程需要的施工材料，提升桥梁的性能，保障交通运行更加安全与可靠。

3.3 施工图纸设计不完善

因为桥梁工程的设计与施工存在复杂性，所以需要充分重视施工图纸的设计，这是工程的指导性文件。但是，目前施工图纸存在很多遗漏问题，施工图纸的质量比较差。比如，受力计算与分析存在明显的缺陷，尤其是对特殊部分的受力分析比较差，无法满足正常运行的需要。造成这一问题的主要原因就是设计人员经验不足，设计方法过于理论化，没有切实考虑到工程的实际情况，导致施工图纸有着严重的缺陷，影响桥梁工程的质量和性能。

4 桥梁结构中优化耐久性设计的措施

4.1 提高混凝土保护层控制

设计中建议适当增加混凝土保护层厚度，减少施工误差造成的保护层偏薄问题。并要求施工时通过优化配合比，提高混凝土密实度。混凝土浇筑时应给予充分重视，优先选择质量过硬、支撑牢固的模板体系，混凝土振捣要到位，不跑浆，尽量避免出现蜂窝、孔洞等问题。并建议能在配合比试验中掺入优质的粉煤灰，改变浇筑后混凝土的孔隙结构，提高混凝土的总体密实度，同时增加对氯离子扩散的阻力。

此外，在设计文本中应明确施工中应采取的措施，以控制混凝土有害裂缝的产生。应先从材料出发，要防止混凝土中碱集料反应引起混凝土裂缝，优先选择含碱量低的水泥，避免使用碱活性集料，不使用含碱或含碱量低的化学外加剂等。另外，应对集料生产、运输堆放及搅拌等工序进行科学管理，避免含氧化镁、硫酸盐等膨胀集料或生石灰碎块混入集料中，导致集料膨胀反应从而引起浇筑后混凝土开裂。应使用设计允许或经过试验确定的最小水泥用量以及能满足和易性要求的最小用水量，均匀浇筑混凝土，及时养护。施工现场的材料堆放要合理，避免施工荷载过大导致结构开裂。

在设计环节，应先优先选用预应力结构，从源头上避免结构裂缝的产生。在附属结构的选用上，应合理设置并正确安装桥梁支座与伸缩装置，运营期加强桥梁养护，及时清理伸缩缝中杂物，防止伸缩缝顶死产生破坏性裂缝。混凝土浇筑时应控制水化热，必要时设置冷却管，以避免温度变化引起混凝土开裂。

4.2 控制氯离子含量

混凝土中氯离子含量对钢筋腐蚀的影响极大，一般来说，钢凝结构中氯盐的掺量应少于水泥质量的1%，有掺入氯盐的混凝土不宜采用蒸汽养护，而且必须振捣密实。可通过选用新型的高效减水剂和优质混凝土矿物掺和料，配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，从而生产出高密度、高耐久性、低水灰比、低缺陷率的混凝土材料。并在混凝土拌制过程中掺入一定量的阻锈剂，以延缓氯离子对钢筋钝化膜的破坏。

4.3 提高桥梁防水性能

混凝土保护层碳化和氯化物侵蚀是混凝土中钢筋锈蚀的主要原因，而这2 种腐蚀现象都是以水为载体进行的，因此，桥梁防水是桥梁结构耐久性设计中的重要内容。结合大量的桥梁检测资料分析，大部分桥梁病害的形成，都是由桥面防水层的破坏，桥面排水不畅，水从桥面渗入到桥面板下的梁、墩台等部位，加速桥梁混凝土的碳化和混凝土内钢筋的侵蚀而造成的。

因此，在桥面防水设计时，除选择性能优异，具有良好的抗渗、抗剪、抗拉的防水层外，还应把水泥混凝土铺装设计为防水混凝土（设计中应明确混凝土的防水等级）或在其表面涂抹抗渗剂以达到防水效果，即柔性和刚性防水相结合的措施。另外，还应在遵照相关国家规范及规程的基础上，对桥梁上、下部的结构尺寸进行细致和专业的设计，并增加强度、应力等技术指标的控制值，增加结构刚度，减少结构裂缝的产生，避免类似病害发生。

4.4 混凝土表面增设防护涂层

混凝土结构表面涂装是在混凝土表面形成一层耐侯、抗渗、耐久的涂层，增加了一层阻止介质进入混凝土的防线。目前，越来越多的桥梁结构采用了混凝土涂装的方案，均取得了较好的使用效果。混凝土防护涂层应在混凝土完全养护完毕后进行；当在旧混凝土结构上使用时，应对疏松空隙的混凝土进行表面预处理后再进行涂装，既不影响熟化期混凝土的排水、排气，也能有效阻止有害介质在混凝土使用过程中侵入。

5 结语

综上所述，桥梁是非常重要的交通基础设施，其耐久性对桥梁的正常使用存在直接的影响，所以需要在设计中充分重视耐久性的设计，保证设计图纸达到使用的需要。从实际情况出发，深入分析耐久性评定分析方法、桥梁连接技术，以保证其整体性达到使用需求，进而可以满足交通运行的需要，促进社会的高速发展。经过本文的分析，可以通过多种方式来提升桥梁的性能，促进交通通行安全性和稳定性的提高，带动交通事业的发展，推动社会进步。