預(yù)應(yīng)力橋梁的結(jié)構(gòu)耐久性淺析

馬英

【摘 要】目前，橋梁的施工技術(shù)、材料技術(shù)和材料機(jī)構(gòu)理論都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，作為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)為主體的橋梁結(jié)構(gòu)的研究也被提上議事日程，技術(shù)的發(fā)展使得橋梁的構(gòu)件越來(lái)越單薄，但先進(jìn)的施工技術(shù)和精確的計(jì)算反而更加延長(zhǎng)了橋梁的壽命。需要注意的是，目前關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)失效問(wèn)題研究還不夠重視，國(guó)內(nèi)的起步還較晚，本文主要針對(duì)這一重要課題展開(kāi)研究，希望能給相關(guān)專業(yè)人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力；橋梁；結(jié)構(gòu)；耐久性

一、預(yù)應(yīng)力橋梁的結(jié)構(gòu)耐久性概念的提出

筆者通過(guò)查閱資料得知，由于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害而造成的災(zāi)難和損失是十分巨大的，外國(guó)的文獻(xiàn)顯示，南半球的澳大利亞，歐州、北美和日本等許多國(guó)家均意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題，針對(duì)道路橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題，均在進(jìn)行深入研究和投入經(jīng)費(fèi)，對(duì)于現(xiàn)存的橋梁結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了檢測(cè)、更新或修復(fù)，這些投入的經(jīng)費(fèi)往往是造價(jià)的數(shù)倍，總額甚至達(dá)到數(shù)千億美元。在我國(guó)這樣的情況也舉不勝舉：北京西直門立交橋因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)耐久性不好，僅僅使用20年不到就過(guò)早報(bào)廢，主要表現(xiàn)為嚴(yán)重的鋼筋銹蝕和剝蝕，已于1999年重建。據(jù)鐵路部門不完全統(tǒng)計(jì)：我國(guó)目前共有結(jié)構(gòu)耐久性病害橋梁共六千多座，占全國(guó)總數(shù)的將近20%，這其中主要為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)觸目驚心的，盡管相關(guān)部門投入了很多資金進(jìn)行維修，但情況不夠樂(lè)觀，治理的速度甚至趕不上結(jié)構(gòu)耐久性病害生成的速度，嚴(yán)重制約了交通，制約了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以，如何有效地改善預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性是當(dāng)前一個(gè)非常迫切和重要的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

二、預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的主要原因

我國(guó)目前的預(yù)應(yīng)力橋梁大多數(shù)是混凝土橋梁，所以研究預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)其實(shí)就是研究混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性病害主要指隨著時(shí)間退役，混凝土發(fā)生劣化的現(xiàn)象。我們分析一個(gè)事物，無(wú)非外因和內(nèi)因，作為混凝土的內(nèi)因主要包含自身的一些缺點(diǎn)：其中存在空隙、氣泡、含堿量、硫酸鹽侵蝕、溫濕度變化、表面磨損、鹽類結(jié)晶等等，這些要從供貨渠道、產(chǎn)品質(zhì)量等方面加以解決，這里著重分析造成預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的外部因素。

（一）設(shè)計(jì)方面的因素。

橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，對(duì)于安全系數(shù)、穩(wěn)定性指標(biāo)往往是比較重視的，都要按照規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度的測(cè)試和計(jì)算，但是對(duì)于橋梁機(jī)構(gòu)的材料、構(gòu)造、耐久性的考慮是嚴(yán)重不夠的，有的材料受力路線不清晰，局部過(guò)小或過(guò)大，有的材料延展性不夠；有的材料鋼筋配比不足，這些都是降低材料耐久性的主要原因，有些橋梁雖然在強(qiáng)度上通過(guò)計(jì)算是符合要求的，在剛開(kāi)始運(yùn)行幾年也是顯現(xiàn)不出來(lái)的，但隨著時(shí)間的推移，以上問(wèn)題就會(huì)越來(lái)越凸顯。

（二）不科學(xué)的施工

主要體現(xiàn)為施工現(xiàn)場(chǎng)的管理不嚴(yán)格，混凝土的振搗不充分，配比不合理、養(yǎng)護(hù)的缺乏和預(yù)應(yīng)力施加不合理等問(wèn)題，出現(xiàn)的突出問(wèn)題就是：脹模、構(gòu)件開(kāi)裂、剛度不夠、鋼筋保護(hù)不夠，這些問(wèn)題也許在短時(shí)間不會(huì)影響正常使用，但卻會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生十分嚴(yán)重的危害。此外，還要高度關(guān)注橋梁中鋼筋的銹蝕問(wèn)題，據(jù)筆者統(tǒng)計(jì)分析，銹蝕的主要原因是孔道灌漿不密引起的，根子原因還是施工中混合料配比不好的問(wèn)題，不能達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)要求。

（三）橋梁筋的應(yīng)力腐蝕

通常橋梁在預(yù)應(yīng)力作用下，對(duì)應(yīng)力腐蝕十分的敏感，有時(shí)并不會(huì)產(chǎn)生表面銹斑，保護(hù)層剝落、層裂等現(xiàn)象，會(huì)發(fā)生突然的脆性斷裂，對(duì)于高強(qiáng)度的鋼絲來(lái)說(shuō)，及時(shí)發(fā)生輕微的腐蝕，其損失也是較大的。如果漿液中的如果壓漿膨脹劑含有鋁粉，接觸水泥而反應(yīng)出氫氣，就會(huì)出現(xiàn)氫脆斷。

（四）橋梁的超載也是需要關(guān)注的因素

超載現(xiàn)象在我國(guó)是比較嚴(yán)重的，這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致橋梁疲勞應(yīng)力加大，發(fā)生構(gòu)件開(kāi)裂、荷載降低和剛度下降，最終導(dǎo)致病害加劇，同時(shí)這些損傷并不能自行恢復(fù)，導(dǎo)致正常狀態(tài)下，橋梁的狀態(tài)發(fā)生了變化，安全性和耐久性會(huì)發(fā)生變化。一些超載導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞事故就是這樣發(fā)生的，例如盤錦市的一座橋梁發(fā)生超載，梁體的斷裂就造成三輛汽車墜河。

三、提高預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的舉措

針對(duì)以上分析出的問(wèn)題，筆者認(rèn)為要解決好預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)耐久性失效的問(wèn)題，必須從施工、設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)三個(gè)方面采取針對(duì)性舉措。

（一）要注重提高施工質(zhì)量，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理

從以上分析不難看出，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫、密實(shí)性和鋼筋保養(yǎng)都是與施工管理分不開(kāi)的，作為施工管理方必須要加強(qiáng)一線現(xiàn)場(chǎng)的管理，要控制好施工的程序和工序，選擇合適的施工方式方法。具體來(lái)說(shuō)：一是對(duì)梁段混凝土新舊的結(jié)合面要嚴(yán)格檢查，特別是鑿毛和接縫，對(duì)混凝土的配比要進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管；特別注重錨具下齒板處的混凝土振搗，確保均勻；要事先對(duì)橋梁張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，操控要準(zhǔn)確，使構(gòu)件細(xì)部強(qiáng)度、橋梁張拉滿足設(shè)計(jì)要求。二是要嚴(yán)格控制氯的含量，采取的措施就是在混凝土中加入硅粉等抗腐蝕劑，其耐久度必定大大增加。三是要提高波紋管的質(zhì)量和接頭處的密閉性。四是選擇預(yù)應(yīng)力橋梁筋，要選那些對(duì)腐蝕不敏感的，要加強(qiáng)錨具和橋梁筋的防腐處理。如果所處的環(huán)境屬于侵蝕性環(huán)境，一定要優(yōu)先采取環(huán)氧涂層鋼筋或者采取陰極保護(hù)措施。五是要采取后張法來(lái)提高預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。六是要注重橋面的防水排水，設(shè)置好柔性的防水層，確保防水層施工的質(zhì)量。七是對(duì)于保護(hù)層厚度的偏差要嚴(yán)格控制，確保施工質(zhì)量。八是保證底模板的支撐和剛度的可靠，避免在初步凝固時(shí)發(fā)生擾動(dòng)，加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)。

（二）設(shè)計(jì)上要強(qiáng)化耐久性觀念

觀念是行動(dòng)的先導(dǎo)，以上所說(shuō)的接頭跳車、線形不平順、變形過(guò)大等問(wèn)題固然與施工質(zhì)量有關(guān)，但歸根到底還是人員的思想認(rèn)識(shí)沒(méi)有提高上來(lái)，再設(shè)計(jì)理念上，要充分考慮到目前的施工管理水平和工藝水平，從而采取更加適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法來(lái)確保橋梁使用性能，注重要對(duì)細(xì)微部的特殊處理，這一點(diǎn)在國(guó)外已經(jīng)得到足夠的重視。比如可以根據(jù)具體環(huán)選用合適的裂縫控制等級(jí)，加厚保護(hù)層以達(dá)到4cm為宜，使用高性能混凝土等等。

（三）加強(qiáng)運(yùn)維護(hù)管理

可以采取以下舉措：選用外涂防護(hù)層或外鍍的預(yù)應(yīng)力鋼筋；二是可以考慮加入阻銹劑；三是可以考慮在外表面設(shè)置防腐防滲材料；四是采取陰極保護(hù)；五是用防滲不銹蝕的聚乙烯波紋管，提高接頭處的密閉性。

四、結(jié)束語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)是當(dāng)前被廣泛使用的橋梁結(jié)構(gòu)，影響其耐久性和使用壽命的因素有很多，這里面既有其材料自身的因素，更多的還是外部因素，這是一個(gè)涉及到多目標(biāo)、多學(xué)科的系統(tǒng)工程，涉及結(jié)構(gòu)、材料、化學(xué)、數(shù)學(xué)及力學(xué)等多個(gè)學(xué)科，涉及問(wèn)題比較復(fù)雜，所以有必要對(duì)橋梁的耐久性展開(kāi)針對(duì)性分析，提出應(yīng)對(duì)策略，促進(jìn)道路橋梁的健康發(fā)展。

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