东北季冻地区桥涵结构耐久性问题初探

建筑与发展　・１６６・　Ｊｉａｎ　ＺｈＵＹｕ　Ｆａ　Ｚｈｏｎ　建筑论坛　Ｊｉ（２１ｎ　ＺｈＵ　ＬＵｎ　Ｔａｎ　东北季冻地区桥涵结构耐久性问题初探　赵春锋孟煦张琳　本溪顺鑫公路工程有限责任公司　１１７０００　【摘要】近些年我国公路发展迅猛，公路桥梁安全、舒适性日益提高，但运营桥涵垮塌、损毁等安全事故也是有发生，如２０１１年福建武夷山　公馆大桥垮塌事故，杭州钱江三桥桥面塌落事故，江苏盐城境内３２８省道通榆河桥坍塌事故等，都造成了严重的人员和财产损失。虽然造成桥涵垮塌　的原因非常复杂，但桥涵结构耐久性问题却更广泛地受到关注。本文试从桥涵结构设计、施工及养护等方面，对东北季冻气候条件下桥涵结构耐久　性问题进行阐述，以期引起有关方面的重视。　【关键词】季冻地区桥涵耐久性问题初探　现将查到的美国、加拿大及欧洲的混凝土保护层厚度标准简要比　较如＿Ｆ，见表２　蟪定标准的机构’　国备州公路与运输工　在我国东北地区典型季冻气候区，全年气候变化显著，季节温差　大，冻结与融化两种不同状态不断交替，反复轮换，对公路桥涵结　构力学性质、强度指标、变形特点与构造的稳定性均会造成一定影　响。在此情况下研究桥涵结构耐久性，就更具有现实意义。本文试　对近年来东北地区经常接触到的一些桥涵耐久性现象进行了探索，提　出几点看法，以供同仁们共同关注和探讨。　护屡的景，１、厚鹰（ｍ》　血；耩１１１１￣．蕊层拥筋３　桥面掇下层钢筋　Ｍ．．ＳＨＴＯ（１９竹年）（美　麟应力钢材同主端３‰怍者协台）　Ｉ鳓掘（１９９７年）　｛共嗣　Ｅ谩土协会）　Ｉ险　斯健在海水中藏受海球嚣响的拇谴耪，其像护屡皮抛厚　　主筋５１ｍ，，箍筋３８聃。漉箍土桥面板面层拥箭５１矾　混凝土桥蕊板　１．耐久性设计　公路桥涵设计的总原则是“设计符合技术先进、安全可靠、耐　久适用、经济合理”的桥涵结构。町见，耐久性问题已经桥涵结构　设计的重要内容之一。　在设计中，防止混凝士碳化和氯离子入侵，是桥涵耐久性考虑的　主要内容，尤其在我国东北季冻地区，混凝土表面温差变化大，冬　下层埔筋２§蛐，倡在海水中蛾嚣爱腐ｔ虫的坏境时　其保护鏖虚加厚，　盛囊隶溉舔土薹密窭、　透承，葬采取一定的舫腐播麓　：韶－Ｆ　ＣＯ壤（ｔ　９７８　对特别舄受锈蟪矗ｃｌ蜩材墩谶纤热处ｌ篁　在她午肖般徽辚蚀蟒蟪时　率）　（欧洲｝蔑耩土绥　摄套与　２　地楫中簿羊璺髓铺｝垒球境耐　２§～３ｓｔ柯　麓携度锈｝囊珂：墒时３５～　豳际预成力漉糍土协　４　哪来翔莽ｇ舄引起弩蓦ｌ垒构钢材时　翼僚护艟霹艘可根德上德撼少　奁｝　１　ｍ　季又经常使用除冰盐，对混凝土耐久性的危害就更大。因为混凝士结　构空隙客观存在，桥涵混凝土结构在室外将遭受大气、无机盐、有　机物的腐蚀，腐蚀性液体可在混凝土表面发生反应，也町通过空隙渗　透，在混凝土内部发生溶解和化学反应，进而可能引起内部钢筋钝化　项目　Ｉ蔓筋　ＩＩ匿端、甍瓣　圣黩缝蠲　融筋４Ｏ　ｌ∞　５ｏ　凝士Ｉ　鞭（　剥弧｝）辑　ｊ艟士　Ｉ　２５　Ｉ　２５　３５　箱膜破坏，从而引起钢筋腐蚀。钢筋的腐蚀是一种复杂的电化学反应，　在潮湿环境下，若钢筋未作防腐处理，则在钢筋表面形成无数阳极和　略省桥舰　陋筋、幕筋　螺旋筋　Ｉ。　１９８３举“加摩太安大　…　Ｉ　Ｉ　阴极区，由电位差而引起钢筋腐蚀。氯离子入侵主要原理是，除冰　盐中的氯离子非常容易进入结构混凝土－：”而达到饱和，当外界环境达　Ｉ　—板ｄ＞瘫３ｄ０《３。０　馨陵ｌ８轴∞岫　２　５　－顶蕊到干燥时，混凝土的毛细孔中水析出，混凝土内部的氯化物浓度增　加，进而向内部会散，腐蚀钢筋。由于地处季冻环境，这种千湿交　替频繁而剧烈，氯化物向内渗透的速度加快，周而复始地侵入后，严　重消弱了混凝十耐久性。　故需在设计时就考虑这种气候条件对混凝土耐久性的特殊要求，　陋制粱　Ｂ／　Ｉ　２５　Ｉ　／　攘墙，捣蠕　凝土贴在土上时　ｌ５０　ｌ７５　Ｉ　３０　Ｉ　Ｉ　通过比较不难发现，我国的混凝　保护层标准和其存　明　不　同。仙目前囡际　施工取值基本都比较保守，都是通过适当提高保护层　来增加可碳化深度的数量，以达到使结构物的耐久性增加的［］的。　设计采用低水灰比的高性能混凝土，从根本上解决这个问题。高性能　混凝土具订高强度、高密实性、低渗透性、抗氯离，渗透性、抗冻　件、耐剥蚀性、和体积稳定性。．其次是采用耐盐腐蚀性能良好的桥　３．裂缝宽度对耐久性的影响　由于普通钢筋混凝七结构是一种必然地带裂缝工作的结构，传统　的观点认为裂缝的存在会引起钢筋锈蚀加速，降低结构寿命。《公路　钏筋混凝土及预应力混凝士桥涵设计规范》（ＪＴ　ＪＤ　６　２—２００４）・ｆ　ｒ对　桥涵钢筋混凝十构件和预应力混凝十构件的最大裂缝宽度作ｌ『明确规　定。最大裂缝宽度的计算依然采用原大连理工大学经验公式：　防水层，对可能受到除冰盐腐蚀的部位，适当提高钢筋保护层厚　度，避免在设计中出现外露埋什与内部钢筋连接的现象。　２．控制混凝土保护层厚度　《混凝土结构设计规范》（ＧＢ５００１０－２０１０）表１　暑（　式巾　Ｃ，．Ｃ、为常数；Ｃ　，ｐ及　：）　地下式　环境类别　一　Ｉｌ板、墙、壳　Ｉ　Ｉ１５　０梁、柱、杆　《２０　ｆ　ｌ＋０．５一ＭＩ１　Ｍ、，　二ａ　二ｂ　ｌ　ｌ２０　Ｉ　Ｉ２５　Ｉ　２５　《３５　．　３（Ｍ　：＋０．６Ｍ　＋０．８Ｍ　）　２（肘１．＋０．７Ｍ。Ｉ＋Ｍ啦）　三　－０　３０　４Ｏ　ｌ　…口　Ａ　—ｂｈ—ｏ　ｎ１ｒｄ　—４ｂ—ｈ…ｏ　ｂ　ｌＩ　４Ｏ　Ｉｌ　５０　Ｊ＇，　Ｏ．８７Ａ．４（肘６＋０．７ＭＱ。＋Ｍ啦）　ｈｏ——　（下转第１５９页）　建筑论坛　Ｊｌａｎ　Ｚｈｕ　Ｉ．ｕｎ　Ｔｏｎ　建筑与发展　Ｊｉａｎ　ＺｈｕＹｕ　Ｆａ　Ｚｈａｎ　・１５９・　４．５热轧无缝钢管，第二道柱间支撑与第三道柱间支撑问系杆截面为　结束语　门式刚架轻型房屋钢结构应用广泛，设计人员和施工单位在设计　时，要对结构布置、结构计算及构造措施方面的问题引起重视，并　不断完善设计细节等问题。文章结合钢结构设计规范和设计经验，从　刚架梁计算长度，系杆和抗剪键的设计等方面总结了门式刚架轻型钢　结构的设计，并列举工程实例，归纳了门式刚架轻型钢结构体系在工　１０８×４．０热轧无缝钢管，第三道柱间支撑与第四道柱间支撑间系杆截　面为　ｌ４０×４．５热轧无缝钢管，各系杆截面均满足强度、构造要求，　系杆布置图如图１所示。柱脚底部抗剪键计算采用ｌ４＃轻型槽钢，长　度１　５Ｏｍｍ，与柱底端板周边角焊缝连接。基础顶面相应位置预留抗剪　键槽，深１　５０（由于柱底端板与基础顶面间有５０ｍｉｎ后浇混凝土，抗　剪键槽实际深度为２ＯＯｍｍ），抗剪键槽平面尺寸为２Ｏ０×ｌ￣Ｏｍｍ，如图　２所示。　‘　程设计中的常见问题，并提出具体建议，希望能够给类似的工程提供　一定的参考。　参考文献　［１］杨风第，周永麟．轻型钢结构房屋柱基础设计的探讨　［Ｊ］．钢　结构，２　０　０　５，（５）．　［２］何天森，李国强．平端板连接组合节点性能研究［Ｊ］．建　筑钢结构进展，２　０　０　４，（６）．　图２柱脚详图　［３］ＧＢ　５　００　１　１—２　０　１　０，建筑抗震设计规范［ｓ］．　［４］《钢结构设计手册》（上册）［￣【］．第三版．北京：中　国建筑工业出版社，２　０　０４．　ｄｔ　ｉ　ｄ　（上接第１６６页）　式中，ｂ，ｈ　ｄ，ｎ分别为构件的宽度、有效高度、纵筋直　凝土归属于刚性防水的范畴，故其实际防水效果如何，是令人担忧　径、单侧纵筋根数；Ｍ　Ｍ　，Ｍ　分别为桥梁自重、．汽车荷载和人　的。近年来由于高速公路蓬勃兴起，目前广泛地采用ＦＹＴ—Ｉ型（属　群荷载引起的弯矩效应。　柔性防水范畴）和Ｍｌ　５０　０型（属刚性防水范畴）防水构造，但其实　但是近年来，国内外所做的多批带裂缝混凝土构件长期暴露试验　际效果如何，尚有待接受时间的考验。总之，桥面渗水的排除和防　以及工程的实际调查表明，裂缝宽度与开裂截面处的钢筋开始出现锈蚀　渗漏问题，都将涉及到桥梁耐久性的问题，应引起格外重视。　的时间可能有一定关系，但不是决定性因素。研究发现，裂缝带来更为　５．施工控制、养护等对耐久性的影响　严重的后果是将混凝土原有的微裂缝和孔隙连通，从而使腐蚀介质能更　良好的施工过程控制能充分保证混凝土品质。在施工中严格控制　快地深人混凝土体内，造成整体的而不是局部的破坏，而众多细小的裂　水灰比和混凝土配合比，严格控制养护条件，对提高混凝土抗渗性、　缝在这方面所起的作用可能更为显著，因为宏观的宽裂缝为数不多且间　降低氯离子渗透率具有重要意义。预应力桥梁张拉后孔道灌浆的不饱　隔较宽。已有试验研究证明，用带肋钢筋配筋时由于出现的裂缝条数　满，引起钢丝锈蚀，对耐久性影响很大。尤其在悬拼结构仍持不宜　多，因而在氯离子环境中比用光面钢筋配筋的更易锈蚀，虽然后者的　采用的态度，若要采用，则对其接缝的防水处理应特别注意。另外，　裂缝更宽。混凝土裂缝和环境作用的机理都过于复杂，要得出最后的　桥涵结构投入运营后，桥面积水的排除、泄水管的疏通、桥面坑洞　定论看来还需做更多的工作。但作者注意到，自上世纪８０年代以来，　的修补等养护措施，对桥涵结构耐久性也有重要贡献。　裂宽限制有放宽趋势，欧洲混凝土协会与国际预应力混凝土学会ＣＥＢ—　结束语　ＦＩＰ（（１　ｇ９０混凝土结构设计模式规范》（１　９９１年最终稿）中专门指　东北季冻地区桥涵结构耐久性问题，既涉及到设计、施工等新建　出，除了有水密性要求或特殊环境暴露级别外，０．３ｍｍ的裂缝宽度限　技术环节，又涉及到养护、维修等运营后保养问题　故应将耐久性　值已能满足外观需要和包括海洋环境在内的耐久性要求，欧盟的欧洲　问题贯穿到设计、施工、维修保养的整个过程中来，统筹考虑，科　规范ＥＮ１９９２－卜１认为“只要裂缝不削弱结构功能，可以不对其加以任　学采取措施。尤其在当前交通基础设施大干快上的关键时期，如何将　何控制”，“对于干燥或永久潮湿环境，裂缝控制仅保证可接受的外　耐久性问题落实到桥涵建设及维护的每一个环节，应成为我们重点关　观：若无外观条件，０．４ｍｍ的限值可以放宽”。美国规范ＡＣＩ　３１　８规范　注的突出问题之一。　自１９９９年版开始取消了以往室内、室外区别对待裂缝宽度允许值的做　法，认为在一般的大气环境条件下，裂缝宽度控制并无特别意义。许　参考文献　多国家的规范从上世纪９０年代起纷纷将良好环境下的最大裂宽允许值　提高到０．４ｍｍ。这里所说的都是针对普通钢筋，不包括预应力钢丝、　［１］公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ＪＴＪＤ　６　２—　钢绞线和冷轧钢筋等对锈蚀敏感且容易脆断的高强钢筋。　２００４）．人民交通出版社．２００４年．　４．桥面防水材料　［２］混凝土结构设计规范（ＧＢＪ１　０－８９）（ＧＢ５００１Ｏ－２０１０）．中国建　５　０年代全盘学习苏联，采用三油二毡式防水构造，６０年代以后　筑工业出版社．２０１１年．　即全面取消了上述防水构造，而改用防水混凝土构造，但鉴于防水混　［３］公路桥涵施工技术规范（ＪＴＧ／ＴＦ５Ｏ一２Ｏｌ１）．人民交通出版社．　２０１１年．