高海拔强盐沼泽区桥梁桩基损伤现场模拟试验

孟英鹏

摘    要：随着我国西部大开发的深入发展，很多高速公路桥涵结构都需要穿越高海拔强沿沼泽区，这对桥梁桩基的耐腐蚀性以及牢固性要求相对较高。特别是在高速公路桥梁桩基长时间运行后会出现性能变化而影响公路桥梁的安全性以及稳定性。因此，需要对高海拔强盐沼泽区桥梁桩基损伤进行现场模拟试验。这样才能准确掌握影响公路桥梁桩基承载力以及稳定性的各种因素，提高公路桥梁桩基的安全性。

关键词：高海拔;强盐沼泽区;桥梁桩基;损伤试验

1  公路桥梁桩基安全性评价概述

在对高海拔强盐沼泽区公路桥梁桩基损伤进行现场试验时，需要对桥梁的安全性进行评价，关注公路桥梁桩基在受外界环境影响时，承载力出现的变化以及桩基整体结构性能的变化。这样可以对公路桥梁桩基安全性进行准确预测。公路橋梁桩基受外界环境影响比较大，很容易出现问题对桥梁的承载力以及安全性产生不利影响。桥梁桩基安全性评价的发展历史相对较长，在对桥梁桩基进行评价时，主要是从桩基的质量状况、服务功能、安全性能等方面出发，利用评分的方式对桩基的安全性进行定量评价。这样可以保证桥梁桩基安全性评价结果的准确性。需要注意的是常用对策桥梁桩基安全性评价方法适用在普通旧桥上部结构的损伤以及评价过程中，不能对高海拔强盐沼泽区的公路桥梁桩基的安全特性进行评价。因此，在高海拔强盐沼泽区公路桥梁桩基安全性进行评价时，需要对评价方法进行进一步研究创新，要重点考虑公路桥梁桩基的耐腐蚀性[1]。

2  高海拔强盐沼泽区公路桥梁路基问题

在高海拔强盐沼泽区公路桥梁施工时，沿线区域的地表蒸发比较强烈，地下水分的蒸发量比较大，并且地下水位埋深受季节变化的影响比较大，盐类很容易在地表面积聚形成斑状、潮湿、盐霜、盐壳等现象。这会对公路桥梁桩基结构造成严重腐蚀，从而影响公路桥梁桩基的稳定性以及牢固性。对高海拔强盐沼泽区公路桥梁桩基进行检查，可以发现公路界碑被严重腐蚀、钢筋外露，并且沿线桥梁、涵洞基础以及桥墩都出现了不同的侵蚀情况。特别是盐分含量较高的地表区域，桥墩的侵蚀情况更加严重。

3  公路桥梁桩基损伤现场模拟试验

在高海拔强盐沼泽区，公路桥梁桩基受地下水位变化以及温度变化的影响比较大，可能会导致桩身处被腐蚀时，并且会因为冻融循环作用而影响桩身的稳定性及安全性。高海拔强盐沼泽公路桥梁桩基被腐蚀会对公路运行安全产生极大影响。为了能够准确研究高海拔强盐沼泽区公路桥梁桩基腐蚀后的具体变化情况，需要对其在不同条件下的公路桥梁桩基的力学性能变化情况进行研究和分析。

3.1  现场试验准备工作

在开展公路桥梁桩基损伤现场试验工作之前，需要做好充足的准备工作。因为不同的混凝土材料会对公路桥梁桩基的腐蚀情况产生影响。因此，在现场试验工作之前要对混凝土配合比进行合理控制。对试验过程中的各种组成材料性质要进行严格控制：①水泥为普通硅酸盐水泥，在3龄期的无侧限抗压强度为24.1MPa，而28龄期的无侧限抗压强度为49.3MBPa。②碎石粒径要控制在5～21毫米，砂以中砂为主，细度模数最好控制为2.6，含泥量要在0.8%以下，保证颗粒级配良好。③矿物掺合料以粉煤灰、硅灰以及矿渣等为主。粉煤灰的需水量比为101%，掺量为20%。硅灰的平均粒径为0.2μm，掺量为5%。矿渣粉的掺量为20%，活性指数7天为76 ，28天为103。在实际试验时，还需要添加其他掺加剂，包括UEA混凝土膨胀剂，要将其加入量控制为凝胶材料质量的10%;而水泥基自愈合防水材料掺量为胶凝材料质量的1.5%;在添加缓凝高效引气型减水剂时，要保证其减水率为25%，并且要使氯离子含量满足相关要求产量，掺量最好为胶凝材料质量的1.2%。亚硝酸钙阻锈剂掺量为胶凝材料质量的2.0%。在对混凝土进行配备时，最好使用饮用水，防止其他水源内含有杂质较多而对混凝土强度产生不利影响。

3.2  现场试验方法

在现场试验时，混凝土试件要在现场成型，浇混凝土的坍落度控制在180mm～220mm，含气量为3%～5%。混凝土试件的总数为675块，将99块放置在现场试验室进行标准养护，可以对最终的试验结果进行对比。对其余的576块试件进行拆模，运输到施工现场进行预埋试验。在对混凝土试件进行预埋时，需要对不同深度进行合理控制，一般在地表、地下0.25m、地下1.25m以及水中进行预埋。预埋的时间为3个月、9个月以及12个月，再将试件取出称重。混凝土试件从土中以及水中取出后必须用水进行清洁并晾干表面，再进行测试。在对混凝土试件的单轴抗压强度进行试验时，可以利用2000kN电液伺服压力试验机进行试验[2]。

对钢筋锈蚀率进行测定时，主要是以面积锈蚀率以及质量锈蚀率测定两种方法。第一，面积锈蚀率测定是指将锈蚀后的钢筋取出后清除混凝土，并利用透明玻璃纸包裹钢筋表面锈蚀物，将钢筋放在方格纸上，画出方格纸上锈蚀物的面积。然后利用公式计算钢筋面积锈蚀率。公式如下：

[δ=（S0-S1）/S0]

式中：

S0——钢筋表面积，注意钢筋表面积不包含钢筋两端头面积;

S1——钢筋表面锈蚀面积。

第二，质量锈蚀率测定。在该方法应用时需要先对锈蚀前的钢筋质量进行测定，然后测定取出后锈蚀钢筋的质量。利用公式可以获取钢筋质量锈蚀率。公式为：

[λ=（m0-m1）/m0]

式中：

m0——钢筋锈蚀前的质量

m1——分别表示钢筋锈蚀后的质量。

3.3  试验结果

在此次试验室根据装身方向埋至不同深度的混凝土试件，经过360天后，进行现场干式循环以及冻融循环共同作用下的腐蚀试验，可以准确掌握高海拔超泽区公路桥梁桩基混凝土的力学性能变化。具体的试验结果如下，第一在高海拔强烟周泽，环境中因为干湿循环，动能循环和腐蚀性离子共同作用，桩基在地面以下一定范围内受腐蚀比较严重，装会导致桩体强度明显下降，严重影响桥梁桩基的承载力，第二随着桩体深度的不断加深，桩体抗压强度的损失率，会先上升再减小，最后再上升。第三在高海拔强盐沼泽区公路桥梁桩基损伤试验时，需要根据相关公式对钢筋的腐蚀程度进行准确计算，可以掌握钢筋混凝土结构的具体腐蚀情况。第四钢护筒在短期内可以保护钢筋，防止钢筋受到侵蚀。但是在长期侵蚀环境的影响下，钢护筒的保护作用会逐渐减弱甚至消失。因此，需要重点关注钢护筒在防腐设计后，钢筋的防腐性能。抗硫酸盐水泥在强盐沼泽区施工时并不能提高在多种侵蚀离子共同作用下的钢筋混凝土结构的抗侵蚀性能。第五，在高海拔强盐沼泽区公路桥梁桩基施工过程中，可以在混凝土中适当加入矿物掺加剂提高钢筋混凝土的抗腐蚀性能。第六，对高海拔强盐沼泽区公路桥梁桩基的腐蚀情况进行分析，可以发现Cl-、SO42-、CO34-、HCO3-等具有较强腐蚀性的离子会进入到公路桥梁桩基内部，从而产生钙矾石、硅灰石膏等具有较强膨胀性的晶体，从而导致桩体内部结构损伤严重[3]。

4  结束语

综上所述，在高海拔强盐沼泽区进行公路桥梁桩基施工时，需要对公路桥梁桩基进行现场损伤试验研究，才能准确掌握导致公路桥梁桩基出现严重损伤的各种因素，并采取有效措施提高公路桥梁桩基施工质量。尽可能提升桩基本身的耐腐蚀性能，才能保证高海拔强盐沼泽区公路桥梁桩基的安全性以及牢固性，确保该区域的公路系统能够正常稳定运行。

参考文献：

[1] 盐沼泽腐蚀对公路桥梁桩基础竖向极限承载力影响的数值模拟研究[J].公路，2017（1）：60～66.

[2] 郑扬.盐沼泽腐蚀区桥梁桩基竖向承载特性分析及其防腐技术研究[D].2015.

[3] 姚贤华.高寒盐沼泽区公路桥梁桩基的力学特性及其安全评价[D].长安大学，2018.