桥梁结构耐久性分析

许润

（江苏省交通规划研究院股份有限公司南通分公司，江苏南通 226000）

桥梁结构耐久性分析

许润

（江苏省交通规划研究院股份有限公司南通分公司，江苏南通 226000）

文章在分析影响桥梁结构耐久性主要病因基础上，针对桥梁结构使用、施工与设计中的问题进行了分析，同时就如何提高结构耐久性提出建议，具有一定的借鉴意义。

桥梁设计；耐久性；病害；防治

0 引言

由于快速增长的交通量、不断增大的交通荷载、混凝土自身的特性和桥梁结构中某些建筑材料的不断老化，加上一些桥梁建设项目在早期设计、施工、管理过程中的局限性等，这些因素使得桥梁通车后在设计使用期内便出现了明显的病害，如桥面纵向裂缝、主体结构裂缝及挠度变大、桥面铺装破损、伸缩缝损坏、桥头跳车等。这些都是由于桥梁结构的耐久性不足而导致的桥梁使用性能变差，使桥梁的使用寿命与设计使用寿命相差过大。我国改革开放以来所修建的大量桥梁不能达到设计时预期使用年限的现象，目前已经被我国桥梁界广泛关注，设计人员越来越重视桥梁的结构耐久性。本文针对造成桥梁结构病害、缺陷等主要影响因素进行阐述，对现行结构设计中与耐久性和安全性相关的关键问题进行分析、研究，从而提出如何提高结构耐久性和安全性的见解和建议。

1 桥梁结构的耐久性

桥梁结构的耐久性是指设计周期内的桥梁，在外部条件和其他突发事件的共同作用下，可以保证预期的保养和维修条件，保持桥梁结构的安全性、适用性和稳定的承载力。桥梁结构的安全性、适用性和稳定性等的综合评价指标就是桥梁结构的耐久性。目前我国正处在桥梁基础建设快速发展的黄金时期，所以耐久性研究对解决在建桥梁施工中的工程问题、已通车桥梁的使用、管理和养护就显得尤为迫切和重要。

桥梁结构耐久性的影响因素比较复杂，主要原因可归纳为外因和内因两个方面：外因是快速增长的交通量和不断增大的交通荷载所引起的桥梁结构及材料的疲劳破坏；内因是结构自身的原因。所以研究桥梁结构的耐久性能应从这两个方面进行分析。诱发桥梁结构病害的因素主要有使用因素、施工因素、养护管理因素和设计因素。

2 桥梁结构主要病害

2.1 桥头跳车以及桥面铺装损坏

桥台后方填土在车轮反复碾压作用下下沉，致使路面低于桥台，路面与桥台间出现高差的这种现象称之为桥头跳车。跳车现象导致道路上车辆对桥台以及整个桥梁产生相当大的冲击力，这种强大的冲击力会使桥梁受到冲击、震动的同时，也严重的降低了桥梁耐久性能。台后路堤下沉愈大，桥头跳车现象愈加严重。

桥面铺装损坏一方面是由于在严重超过设计交通量的车辆荷载的长期、反复作用下导致桥面铺装材料产生疲劳，桥面不能正常使用和破坏，使得桥面凹凸不平或损坏。另一方面是由于我国目前交通运输行业重型车辆的迅猛发展且普遍存在违规超载现象，桥梁在重型荷载作用下会产生较大的弹性变形，对于多梁组成的桥面来说，由于其横向连接刚度的局限性，荷载横向分布的不均匀性，导致桥面出现纵向裂缝，桥面铺装碎裂。这对于我国已建成最多的T型梁桥、箱型梁桥、空心板桥来说，无疑是一个严峻的考验。

2.2 钢筋锈蚀及混凝土构件裂缝

混凝土的质量问题和化学侵蚀是导致钢筋锈蚀的主要原因。钢筋混凝土中的钢筋锈蚀致使混凝土中钢筋的有效受力面积减少，而且钢筋的锈蚀引起的体积膨胀会导致混凝土的脱落，同时也使得混凝土结构的有效受力面积减少。此外钢筋的锈蚀降低了钢筋与混凝土之间的粘结力，影响钢筋混凝土结构的承载能力。严密包裹于混凝土中的钢筋是不会产生锈蚀的。问题同样出在上述两个方面：桥梁在严重超过设计交通量的车辆荷载的长期、反复作用下会导致结构内钢筋的疲劳，从而产生残余变形致使构件开裂，造成钢筋锈蚀；大幅度增加的重型车辆且普遍存在违规超载现象，使得钢筋混凝土结构承受的荷载超过其所能承受的极限抗拉强度而出现的裂缝、表层保护层混凝土脱落致使钢筋暴露在空气中，造成钢筋锈蚀。这一系列桥梁损坏是相互影响、重叠作用的，从而造成恶性的循环，严重影响了桥梁钢筋混凝土结构的耐久性能。

3 影响桥梁结构耐久性能的病害成因分析

3.1 使用方面的因素

由于经济的快速发展，桥梁交通量远远大于原设计交通量，同时当前交通运输行业最常见的车辆超载，使桥梁结构超负荷运行，不仅容易导致桥梁疲劳应力幅度变大，而且由于桥梁内部结构的损伤难以恢复，这就大大降低了桥梁的使用性能，缩短了桥梁的使用寿命，导致桥梁在设计规定的期限内，耐久性、安全性和稳定性等指标难以保证。[1]

3.2 施工方面的因素

（1）低标准的施工质量。由于在施工过程中对于材料以及施工技术等控制不严格，导致结构施工的质量偏低，虽然短期使用性能没有影响，但是却严重影响耐久性能。施工问题常见的有以下四个方面：一是施工产生的裂缝处理没有严格按照规范与标准的要求进行；二是预应力钢筋混凝土结构中钢筋的张拉预应力不足或损失过多，张拉技术不规范，锚固设施防护不够；三是混凝土在搅拌方法、浇筑工艺和养护措施等方面使用不当；四是材料质量控制不严格。

（2）不完善的施工和管理制度。国内桥梁施工期管理目前是不完美的，一些常见的施工方法也是间接造成桥梁病害的诱发因素。

第一，工程项目建设过程中，建设单位往往只关注大桥建设项目施工成本，而忽视了桥梁建设项目寿命周期总成本。工程实践证明片面追求低造价，不仅制约着桥梁结构的耐久性，而且会造成桥梁的维护和修理费用居高不下。因此，应全面统筹兼顾项目设计寿命内的各种成本，项目施工成本仅仅是项目成本中的一部分，使建设工程项目的总体成本达到最经济；

第二，不合理的工期设计。工程建设单位与工程施工单位控制工期，单方面减少工期，降低工期成本，导致构件耐久性严重降低。混凝土足够的养护时间是保证混凝土结构耐久性能的最基本要求。超前完成合同规定的工期，虽然有利降低工期成本，但是会造成运营后的维修和养护费用投资剧增，桥梁结构的使用寿命减少。

第三，由于我国目前执行的是竣工一年后再进行竣工验收，在一年内出现的工程质量问题由施工方负全责，超过一年如果出现工程病害，则由业主自己承担修复费用，这减少了施工方对结构耐久性的关注度。[2]

3.3 设计方面的因素

桥梁结构的大部分病害都与桥梁工程的施工质量和管理密切相关，但是也不能忽视设计方面所存在的问题。桥梁设计人员常常片面追求规范中对桥梁强度的要求，而忽视了从材料、维护、设计方案等方面确保耐久性和安全性。当前我国桥梁工程结构设计中主要存在的问题有：设计标准偏低，忽视结构与构造细节等。[3]

4 提高桥梁结构耐久性的建议

国家最新颁布的“公路及城市道路的桥梁规范”中加入了关于桥梁结构耐久性能的内容，而且相关的行业也发布了相应的“桥梁、涵洞混凝土结构防腐蚀的标准指南和技术规范”等，明确桥梁、涵洞混凝土结构应根据不同的环境、应力状态进行结构耐久性能设计的理念，提出在混凝土结构设计中的基本要求和原则。因此，笔者根据规范要求，并且归纳以前桥梁设计、建设以及维修实例，认为混凝土的损伤、腐蚀和钢筋的锈蚀主要体现在自然环境对结构的腐蚀。要提高桥梁的耐久性就要减少环境的侵蚀作用，可以从下面几个方面进行考虑。

4.1 使用方面

首先，要建立起合理、灵活的桥梁养护机制，养护部门应定期对桥梁进行检查，并形成养护记录，确保能及时发现问题，解决问题。其次，对于技术状况为四、五类的桥梁及超出使用年限的桥梁还应制定突发事件应急预案。再次，要加大对超载车辆的检查和处罚力度，保证桥梁在设计使用期限内的耐久性和安全性。

4.2 设计方面

（1）选取合适标号的混凝土。混凝土结构设计不仅要保证其强度性能和工作性能，而且还要保证其耐久性能，特别是在极其恶劣的环境下，对混凝土的碳化、耐冻融性、耐腐蚀性、抗渗性都提出了具体指标。从而，在混凝土结构设计中应严格依据结构的环境、使用性能要求来选取具有适当耐久性的混凝土。同时，合理地选择混凝土添加剂，提高混凝土的密实度，增强混凝土自身的抗破坏能力。[4]

（2）增加混凝土的保护层厚度。增加保护层厚度可以延迟和减少氯离子由表面向内扩散和混凝土碳化，增强了钢筋的抗氧化性，从而提高结构的耐久性，降低钢筋腐蚀。[5]

（3）控制裂缝。在复杂的外部环境下，混凝土表面应追求简单，尽可能减少棱角和表面积，可采用圆角设计；结构的位置和形状应有利于通风，从而便于混凝土施工；选取合适的结构工作缝位置，并且做好设计，减小荷载作用下可能发生变形时的应力集中。[6]

4.3 施工方面

加强桥梁施工过程中的动态管理和信息管理，强化协调和监督力度。施工单位严格按照设计要求及有关规程、规范、技术标准的规定进行施工；对工程的原材料、成品、半成品质量进行检验，并经监理单位复检验收；对工序及单元工程施工质量，按照三检制的要求进行质量检验和质量评定。监理单位严格施工过程中的质量控制，除一般的巡视、检查外，对于工程重要部位、施工的关键环节进行旁站监理，并采取平行、见证、抽检等各种方式，未经检验或检验不合格的原材料、成品及半成品，坚决杜绝用于桥梁工程。

5 结束语

桥梁结构的耐久性、安全性、使用性具有同等的重要性，应积极参考国内外的成功经验，除了加强桥梁运营过程中的维护管理和施工质量管理外，还要从桥梁构造措施、细节设计、设计理念和结构体系着手，完善桥梁结构耐久性设计，保证桥梁在设计使用期间内能满足通行和运输需要。

[1]刘东明.浅析造成桥梁设计耐久性较差的原因[J].中国科技财富,2011(3)：80.

[2]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.

[3]陈江成.桥梁结构耐久性的影响因素与设计对策[J].中国建设信息,2007(5)：61-62.

[4]中交公路规划设计院.JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[M].北京：人民交通出版社，2004.

[5]长沙理工大学，清华大学.JTG/T B07-01-2006公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范[M].北京：人民交通出版社，2006.

[6]黑龙江省交通厅.DB 23/T 087-2002桥梁结构高耐久性混凝土设计与施工规程[M].北京：人民交通出版社，2002.

Study on the Durability of the Bridge Structure

XU Run
(Nantong Branch,Jiangsu Provincial Transportation Planning Research Institute Co.Ltd.,Nantong 226000,China)

Based on an analysis of the principal factors influencing the durability of the bridge structure,this article studies the problems arising from its application,construction and design as well as puts forward several proposals on how to enhance its durability,which is of certain reference significance in this field.

Bridge design;Durability;Cause;Prevention and control

U442

A

1671-9891（2014）04-0071-03

10.3969/j.issn.1671—9891.2014.04.019

2014-09-10

许润（1981—），男，江苏东台人，江苏省交通规划研究院股份有限公司南通分公司工程师。