海洋环境因素对沿海公路桥梁的影响及防治对策研究

李军爱，何俊，刘阳

（中交二公局上海远通路桥工程有限公司，上海 201315）

1 海洋环境因素对沿海公路桥梁的影响

海洋环境因素主要包括海流、潮汐、海浪、海水、地震、海冰以及饱含氯离子的大气等，会长时间影响沿海公路桥梁，部分会成为公路桥梁静力或者是动力荷载，还有部分因素会导致公路桥梁内部材料加速腐蚀，从而降低沿海公路桥梁安全性以及耐久性[1]。公路桥梁分布在海岸带范围之内，因为长期处于海洋环境当中，会受到各项海洋环境因素影响，同时在海岸因素联合作用下，一旦发生海洋灾害，势必会使沿海公路桥梁发生灾害。同时，海洋环境会对公路桥梁施工中所用的混凝土以及钢材等材料和结构物产生影响，主要会加速材料腐蚀，降低公路桥梁耐久性。

2 影响沿海公路桥梁的海洋因素

2.1 海水

沿海公路桥梁长期处于海洋大气环境中，其中弥漫着大量的盐离子，会使桥梁结构受到一定影响，尤其是桥梁基础以及墩台等下部结构会在海水中浸泡着，随着时间的推移，以氯盐离子为主的多种盐类会侵蚀桥梁结构，因为海水中所包含的盐分会一定程度上腐蚀桥梁工程构件和相关材料，由此会导致沿海公路桥梁及结构构件逐渐降低耐久性[2]。

2.2 波浪

波浪因素也会较为明显地影响沿海公路桥梁。在我国渤海，波浪最高能够达到9 m，而在南海莺歌海，波浪最高能够达到19.5 m。另外，由台风所导致的风暴潮会在海岸带区域形成巨浪和增水，具有非常强的破坏力。我国南部沿海地区会较大程度上受到地震海啸的影响，巨浪会强烈冲击桥梁墩台和上部结构。另外高程偏低的非通航孔桥面板以及引桥等桥梁上部结构会承受极大的水流托浮力，导致桥面结构受损。

2.3 台风

沿海地区时常发生台风，并且在台风出现的时候会伴随出现强对流天气，如暴雨、特大暴雨等。沿海公路桥梁在恶劣的天气环境下，桥梁上部以及下部结构均会受到台风、寒流、温带或热带气旋、海风等的影响，大跨度的斜拉桥、悬索桥等桥梁结构出现大幅振动，桥梁整体受到破坏，严重威胁桥梁安全。通常内陆河流其风压极大值都在0.7 kPa 以下，但是海洋风压最高能够达到1～3 kPa，巨大的风压会严重威胁桥梁安全[3]。

3 沿海公路桥梁受海洋环境因素影响的防治对策

三亚崖州湾科技城与保港组团跨宁远河连通通道工程拟建项目场地地处海南省三亚市，位于该市的崖州区疏港大道东侧，起于疏港大道后河桥东桥头，过河堤路后向东延伸，上跨河堤路、宁远河，与8 号路平交后接入12 号路，并终于8 号路-12 号路交叉口，路线长度约1.76 km，工程北侧30 m 处为现状G98 环岛高速。项目地理位置线路图见图1。该项目公路桥梁会受到海洋环境因素影响，所以特采取以下防治对策。

图1 项目地理位置线路图

3.1 边坡防护对策

3.1.1 边坡直接防护对策

边坡直接防护是对路堤工程进行加固处理，主要是通过具有消浪功能的混凝土预制块体或者是大石块进行铺砌或者堆砌，形成护坡。相关砌块在水流作用影响下会出现小幅移动，同步自行调整，此类护坡属于柔性护坡。而利用方形或者是矩形的混凝土预制块进行护面铺砌，可形成美观、整齐、光滑的防护面，这属于刚性防护。在该工程中，主要采取柔性防护措施，包括两种形式，其中一种是抛填块石，所选块石材料是不容易风化、耐冻性好且坚硬的块石，尺寸不能比设计所需偏低，抛投过程中需要掺杂其他级配块石，确保密实度达标。另外一种是抛填人工块石，该工程中显著受到波浪影响的区域主要采取此类路堤边坡防护措施。若所抛填块石具有较大的质量或者尺寸过大，铺砌以及护坡材料可选择预制混凝土异形人工块体，如7101 块体、纽工字形块体、四角空心块体、四角锥体、栅栏板等[4]。

3.1.2 边坡间接防护对策

边坡间接防护主要是对水流和所携带泥沙实际运行状态进行调整，促使泥沙沉积在有防护需求的区间之内，以获得良好的防护效果。沿海公路还有桥头建筑物相关防护工程都被纳入海岸防护工程领域，如绿化、人工填沙、护岸、离岸堤、修筑丁坝等均属于海岸防护措施。

其中，丁坝属于海岸工程物，和海岸线基本上保持垂直关系。在针对该公路工程修设防护堤坝过程中，建造长度保持在约100 m。通过修建丁坝，可对局部沿岸输沙予以拦截。由于修建单座丁坝建筑会在沿岸输沙拦截过程中，使上游一侧出现淤积，并于下游一侧出现冲刷，所以该工程部分区域结合实际情况修建丁坝群，以获得更好的海岸防护效果。

离岸堤主要指的是在海岸线外侧一定距离的海域之内建成和海岸线基本保持平行状态的防浪堤，离岸堤主要修建在靠近海岸的浅海区域，由此有效防护海岸。在离岸堤的作用下，波浪流绕流，由此在堤坝两侧形成回流区，并保持相反方向，进而在堤坝和海岸两者之间回流区域之内沉积泥沙，有效保护海滩。在本工程中，由于需要防护的海岸线长度较大，所以施工中主要进行分段式离岸堤的修建。

人工海滩补沙不会较大程度影响海岸带自然平衡，具有良好的有效性和经济性，尤其是以绞吸式挖泥船实现水力吹填这种施工方法具有更突出的经济性。在人工补沙过程中，沙粒中值粒径d50应为原海滩中值粒径的1～1.5 倍，通常在海中浅滩以及冲积河道中取材。

此工程设计中，为尽量提升防护效果，并保持良好的经济性，选择联合应用离岸堤、人工填沙、修建丁坝、抛入水下棱柱体等措施，此外还采取海滩绿化措施，结合当地实际情况精心选育植物物种。

3.2 桥梁防腐蚀对策

3.2.1 混凝土构建防腐对策

该公路桥梁工程为有效抵御海洋环境的影响，着重针对混凝土结构采取多种防腐措施：（1）对桥梁结构进行合理设计，并综合考虑多项因素适度增大桥梁跨度，适度缩减桥梁下部结构数量。对于处于浪溅区以及潮差区域的桥梁，最大限度减少桥梁结构数量。（2）桥梁结构外形、细部构造还有结构横截面需保持平顺、简单、连续、平滑的设计，防止结构构件有开裂、应力集中以及突变等情况，并要规避出现混凝土密实度偏低、保护层厚度不符合要求、构件积水等情况，还要注意合理布设钢筋。（3）若所用构件容易受到腐蚀，需要有针对性地制定保护措施，或者变更构件设计。（4）该工程还着重根据结构构件特点以及海洋腐蚀条件，适度增加混凝土保护层厚度。（5）对于构件当中的受力钢筋和构造钢筋，主要设计为闭合钢筋笼，确保结构具有更高的耐久性和整体性。

3.2.2 配置钢筋防腐对策

首先，此工程施工中主要选用特种钢筋，包括耐蚀钢筋、金属表面涂层钢筋以及非金属表面涂层钢筋。其中，耐蚀钢筋主要有不锈钢钢筋、合金化耐蚀钢筋、塑料钢筋以及玻璃钢筋等，金属表面涂层钢筋主要选择镀锌钢筋，而非金属表面涂层钢筋主要选择环氧树脂涂层钢筋。

其次，此工程在合理选用钢筋基础上还使用钢筋阻锈剂，具体是在混凝土拌制过程中少量添加阻锈剂，以防止钢筋腐蚀或者减缓腐蚀速率。通过钢筋阻锈剂的应用，可在有害离子进入混凝土之后失去腐蚀侵害性能，由此延缓或者是阻止钢筋腐蚀。

最后，还采取电化学保护法，此方法主要是基于电化学原理，针对金属设备落实有效的防护措施，使相关金属设备在腐蚀电极当中成为阴极，用以减轻或者是防止金属腐蚀。阴极保护法目前在沿海公路桥梁工程中广泛应用，不仅有效，而且成本不高，可分为两类，即外加电流法和牺牲阳极法。其中，外加电流法主要是通过外加直流电源的方式，为钢筋等被保护主体供给阴极保护电流。牺牲阳极法主要是指钢筋直接和镁、锌等比铁具有更高活泼性的金属相连接，而镁、锌等具有更高活泼性的金属当作阳极就会被腐蚀，由此减少钢筋所受到的腐蚀。

3.2.3 混凝土防腐对策

该公路桥梁工程位于沿海地区，投用过程中容易受到多项海洋环境因素影响，尤其会影响桥梁混凝土结构物其耐久性，对此，需要采取多项有效的防腐措施，最大限度降低混凝土结构受到的腐蚀影响。

首先，要合理提升混凝土密实度还有抗渗性。该工程进行混凝土结构物施工期间，保证各项操作都符合相关规范与要求，由此使混凝土结构物具有更高密实性。同时，还在综合考虑多项因素下优选具有良好级配的集料，并按要求充分振捣，做好养护工作，合理控制水灰比，最大限度降低水灰比对混凝土密实度所产生的影响。为有效抵御海洋环境的影响，该工程所用混凝土强度不应小于C40，针对分布在浪溅区的混凝土结构件，需保持0.4～0.5 的水灰比，水泥用量应控制在350～400 kg/m3[5]。混凝土拌和期间不能使用海水，集料要有良好级配，并且清洁、坚硬度好，首选天然河沙、卵石或者是碎石，注意细集料不可选用海沙，而粗集料当中应不含活性二氧化硫，防止和碱发生反应。

其次，要选择高性能混凝土。在高性能混凝土制作过程中，需选择高性能水泥，因为高性能水泥具有工作性能高、强度高、耐久性好等特点，而且抗氯离子渗透性非常好，可有效提升混凝土结构物其抗腐蚀性能。在高性能混凝土制作过程中，还要保证配合比设计合理，科学选择原料，严控施工质量，并要适量加入掺合料以及减水剂。减水剂的利用可优化混凝土化学以及物理性能，使混凝土结构具有更好的密实度以及防腐性能。

最后，该工程施工中还在混凝土结构件的表层涂刷防腐材料涂层，以有效降低水、二氧化碳以及氯离子的渗透速率，本工程所用防腐涂料主要是环氧树脂涂料。

4 结语

综上所述，海洋环境因素会对沿海公路桥梁产生较大危害，关键的海洋影响因素包括波浪、台风、海水、海冰等。沿海公路桥梁在施工建设中，要充分考虑所在区域会受到的海洋环境影响因素，有针对性地采取有效的防治对策，如边坡防护、桥梁防腐蚀防护等，以尽量降低海洋环境因素对公路桥梁所产生的负面影响。