浅析桥梁砼结构耐久性设计

【摘要】目前，桥梁耐久性和安全性设计已经成为施工企业需要迫切解决的一项问题，应对国外成功的经验和做法进行积极借鉴，除了对施工质量的管理进行加强以外，还应从桥梁设计理念、结构体系和构造的角度，将耐久性的设计做好，同时还应对疲劳和超载对桥梁结构耐久性造成的影响进行研究分析。

【关键词】混凝土；桥梁；结构耐久性；设计

一、混凝土结构耐久性不足的主要原因

1.工程设计的耐久性标准低

结构设计规范主要考虑荷载作用下的结构安全性，环境作用下的耐久性设计处于次要的地位，有很多指标都是定性的规定，在一些细部构造设计方面存在一定的漏洞。规范中没有设计寿命和耐久性设计的明确要求。规范在耐久性设计方面不能随着今年来水泥的性能、施工条件、环境条件的巨大转变而与时俱进。

2.工程施工过程中片面的追求施工进度

由于混凝土强度等级的提高和施工进度的加快，实际耐久性质量大幅度下降。在一些桥梁的混凝土施工中添加的早强剂，使其内部结构和后期强度发展不良，易开裂，耐久性降低。养护不良使表层混凝土的抗渗性成倍降低，使钢筋开始锈蚀的年限成倍缩小。

3.在桥梁运营过程中缺少正常的检测和维修

结构耐久性需要有正确使用和正常检测与维修相配合。重新建、轻维修是桥梁建设管理工作中重大缺陷，对于基础设施工程，应在设计中进行结构全寿命经济分析与评价，只有适当加大初始投资费用，强化结构耐久性，才是最经济有效的途径。

4.设计理论和结构构造体系不够完善

在承认施工存在问题的同时，也不可否认，在桥梁设计领域，特别是关于桥梁施工和使用期安全性的问题还有许多可以改进的地方。结构设计的首要任务是选择经济合理的结构方案，其次是结构分析与构件和连接的设计，并取用规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。

许多设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及从设计、施工到使用个过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。有的结构整体性和延性不足，冗余性小；有的计算图式和受力路线不明确，造成局部受力过大；有的混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄；这些都削弱了结构耐久性，会严重影响结构的安全性。不少桥梁虽然满足了设计规范的强度要求，但仅用了5D10年就因为耐久性出了问题影响结构安全。结构耐久性不足已成为最现实的一个安全问题，设计时要从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性。

5.混凝土材料质量控制不严格

混凝土材料的组成以及混凝土材料中有害成分的含量是影响混凝土耐久性优劣的一个重要方面。

例如，在以前对结构耐久性认识还不是很充分的时期，为了缩短施工周期、加快施工进度，在混凝土中添加大量的氯盐早强剂，结果导致钢筋混凝土结构中钢筋非正常的严重锈蚀。再如，在硫酸盐环境中，不使用抗硫酸盐水泥，而使用普通的硅酸盐混凝土材料且不控制较小的混凝土水灰比，导致硫酸盐很容易地渗入混凝土内部，与硅酸盐水泥成分产生化学反应，反应产物体积膨胀，导致混凝土粉碎性破坏等。这些都是以前对混凝土结构耐久性认识不足局而付出的沉重代价。

二、混凝土结构耐久性设计的主要内容

1.混凝土材料的选择混凝土应选用低水化热、低C3A含量、偏低含碱量的水泥。混凝土的骨料宜选用坚固耐久的洁净骨料，重视粗骨料级配及粒形，可以将适量引起作为常规手段，宜采用偏低的用水量并限制单方混凝土中水泥材料最低和最高用量，尽可能降低水泥材料中的硅酸盐水泥用量。

2.上部结构细部设计

（1）桥面铺装。桥面铺装是桥梁与车辆直接接触的部件，也是桥面排水的第一道防线。桥面铺装一方面承受着汽车的冲击碾压剪切作用，另一方面又承受着主梁传递的反复应力和挠变，经常出现早期损坏，最终导致主梁受桥面水影响而腐蚀主筋，铺装混凝土逐渐与主梁剥离，削弱了主梁的受力性能，影响了整个结构的安全性和耐久性。

（2）桥面防水层。桥面铺装与主梁之间的防水层是防止桥面水渗入主梁的第二道防线。不少设计中仅单一采用防水混凝土进行防水。由于防水混凝土属于刚性防水层，一旦开裂后防水性能便大为下降。

（3）主梁。主梁是全桥的主要承力构件，一般在设计当中均要进行整体分析和局部分析，重视程度很高，从理论计算角度均能满足规范要求。可是在实际运营当中，主梁（主要是箱梁）箱体内长期大量积水的现象时有发生，甚至积水灌满箱体的情况也有发生，极大地损伤了主梁的预应力钢筋和普通钢筋，使得主梁安全性大大下降。究其原因，很大程度上是对于主梁细节设计的不到位，主梁排水构造设置不够完善，桥面积水在长时间不能排出桥外时便通过梁顶裂隙进入箱体，进而在箱体内不断积累，最终形成箱体内积水。

（4）伸缩缝。伸缩缝是桥面的重要组成部分，直接影响着桥梁的伸缩性、舒适性。由于对主梁收缩徐变考虑不足，经常出现的问题是型号选择不当，导致梁端或在最高温度时挤压损坏，或在最低温度时拉坏梁体。伸缩缝在保证梁体纵向伸缩的同时，也应重视防水设计。在很多设计中，采用直线式伸缩缝，这样做固然设计比较方便，但在桥梁两端的护栏处成为主要的漏水区域。因此，建议选用横向两端有翘头的伸缩缝，使得整个伸缩缝形成一个闭合良好的U型槽，可以有效避免桥面积水沿伸缩缝这个排水薄弱环节下泄到分联梁端及分联墩盖梁上。

三、下部结构的细部设计

1.分联墩盖梁分联墩处由于上部结构设置伸缩缝，桥面水经常通过伸缩缝薄弱环节泄漏到分联墩盖梁上，尤其是采用除冰盐的地区，分联墩盖梁长期承受着腐蚀性除冰盐水的腐蚀。因此，分联墩盖梁顶面应该设置横坡以便排走桥面流下的水，并且要在盖梁保护层厚度方面重点考虑防腐蚀要求。另外，为了防止腐蚀性盐水顺墩身流下，避免对墩身和桩基产生不利的影响，设计中可在盖梁挑檐上设置滴水槽。

2.桩顶桥梁桩基安全直接决定着桥梁的整体安全，是桥梁设计的重中之重。桩基顶部与承台或墩身相连，受截面突变的影响，属于应力集中的部位。桥梁桩顶一般设计于地面线附近，受地面水、地下水、桥面排下的含除冰盐的冰水、地面土（尤其像盐渍土、土中有机质）等因素中的一种或几种的影响，经常处于干湿交替和腐蚀性环境，对于桩基顶部的钢筋混凝土耐久性产生较大的不利作用。因此，桩基尤其是桩顶的设计中必须要根据桩顶处的水位情况、土质情况合理判定环境等级，选择相应的耐久性设计标准，最终确定保护层厚度。

四、结语

通过前面各部分的介绍，我们对于常规设计中一些容易被忽视而又影响结构安全的细部设计有了一定的认识。只要能够有足够的重视，采取一些必要的措施，完全可以把这些细节问题通过代价并不高的方式加以解决。耐久性预测不可能是一本精确的科学，结构使用寿命的预测只能是个估计。由于影响混凝土结构耐久性的因素很多，在工程实践中要不断进行总结，吸取经验教训，作为设计工作者应结合已有的设计经验和当地工程建设实践认真进行结构的耐久性设计。

参考文献：

[1]JTGD62-204公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社.

[2]张誉，等.混凝土结构耐久性概论[M].上海：上海科学出版社，2003.

[3]李田，刘西拉.混凝土结构耐久性分析与设计[M].北京：科学出版社，1999.