桥梁耐久性的不足与解决方案

桥梁耐久性的不足与解决方案张占华【摘要】讨论了我国桥梁耐久性不足的现状及因素，并从设计和施工方面提出了提高结构耐久性的方法.针对现有桥梁产生的病害和耐久性不足的问题，加强桥梁的养护加固成为重要的解决方法.并以史各庄大桥为例，介绍桥梁养护加固对维持结构耐久性的重要性.【期刊名称】《交通世界(运输车辆)》【年(卷)，期】2018(000)012【总页数】3页(P86-87,176)【关键词】桥梁;耐久性;维修;加固【作者】张占华【作者单位】廊坊市燕赵交通勘察设计有限公司，河北廊坊065000【正文语种】中文【中图分类】U4180引言桥梁的耐久性是指桥梁在正常使用和维护条件下，随着时间延续仍然能满足既定功能的能力。桥梁的耐久性反应了结构维持整体稳定性的能力。目前，国内夕卜关于桥梁的病害和坍塌事故屡见不鲜，大都是由于桥梁的耐久性不足引起的。我国大量桥梁面临着如何保证桥梁在设计年限范围内安全、耐久的问题。对现有桥梁进行养护加固成为增强桥梁耐久性的重要解决方式［1］。1国内外桥梁耐久性现状1.1我国混凝土桥耐久性总体情况我国桥梁建设自新中国成立来取得了巨大成就。目前中国建成的桥梁已超过了60万座，现有主跨在200m以上的桥梁将近110座，公路桥占80%以上。经过几代桥梁工程师的摸索，我国建造桥梁技术已达到了世界前列。我国现已建成的悬索桥、斜拉桥、梁桥，有18座已跻身于世界同类型的桥梁排行榜前列。新建成的珠港澳大桥成为世界上最长的跨海大桥，无论在施工工艺及设计水平上都属世界先进水平。虽然我国的桥梁建设取得了瞩目成就，但是仍然存在很多问题。比如桥梁的耐久性问题。中国规定桥梁的设计使用年限为100年，但据统计，中国仅有40%的桥梁使用寿命超过40年。也就是说，中国桥梁在数量和跨径达到世界先进水平，但是耐久性方面远没有达到国际先进水平［2］。据2012年统计，我国桥梁平均寿命仅30年（见表1），远远不能满足100年的设计使用年限要求。耐久性不足是最重要的原因。1.2国外卜桥梁耐久性总体情况美国桥梁与公路建设一直处于世界领先地位。美国规定桥梁的设计使用寿命为75年，据统计，其使用寿命均超过了40年。虽然如此，美国桥梁仍面临着耐久性不足问题，美国桥梁的垮塌事件时有发生。纵观其他桥梁建设强国，桥梁耐久性问题依然严峻。由于桥梁养护不足、材料及施工缺陷、设计缺陷等原因导致的桥梁倒塌事件时有发生［3］。表1我国桥梁平均寿命桥型数量平均使用寿命（年）空心板梁345130.24整体式现浇板90027.94T梁35729.071梁4533.36H形梁1634.25箱形梁3623.39连续T梁11729.97连续箱梁2426.582桥梁耐久性不足的因素2.1施工质量差施工不合格是造成桥梁耐久性不足的一个极其重要的原因。施工质量与设计标准之间存在巨大差异而导致桥梁坍塌的事故屡见不鲜。有些施工人员往往因为追求进度而导致预应力施工不合格、混凝土振捣不足、养护不当，致使施工质量远远没有达到设计和规范要求。施工过程中偷工减料、以次充好导致混凝土强度不足。施工质量问题最终会导致桥梁在短暂的使用年限内便出现了病害，严重影响桥梁使用性能，进而对桥梁的耐久性造成深远的影响。2.2构造设计问题不可否认，我国的桥梁设计体系在耐久性设计方面仍存在许多需要改进的地方。一部分设计人员只满足于设计规范，并不会针对具体项目所在的环境、使用条件等方面提出不同的设计标准。很多桥梁设计存在于公式化、标准化的问题，混凝土等级和保护层厚度并未按照环境条件进行优化设计。导致恶劣气候地区的桥梁耐久性严重不足。随着新技术和新材料的快速发展，对桥梁设计人员提出了更高的要求。2.3养护管理不足好的桥梁施工和设计对桥梁耐久性固然重要，但在桥梁建成后的养护管理同样重要。随着我国的经济发展，交通量不断增大，重载、超载现象时有发生。科学管理和定期维护对于保障桥梁的耐久性方面尤为重要。2.4环境恶劣我国的经济在飞速发展，与此同时加剧了恶劣气候的产生。酸雨、废气等腐蚀性物质对于桥梁的损害巨大。桥梁长期暴露在这样的环境中，对于桥梁的耐久性会产生巨大的不利影响。3提高桥梁耐久性方法3.1提高施工质量施工方要严格按照施工要求进行施工，施工人员需持证上岗，严格控制施工质量，不能盲目追求进度。施工人员与设计人员要做到充分沟通，充分考虑桥梁的耐久性问题，保证桥梁施工的合理性。为防止偷工减料和以次充好，要严格规范材料进出制度，对材料进出做好记录，加强施工管理，做到事前防范。3.2提高设计水准桥梁设计者应充分考虑到材料老化对其耐久性的影响，在实际中应加强对材料性能的研究，合理地选材能提升桥梁的整体耐久性。在设计桥梁的耐久性参数时，应将桥梁静动态参数结合考虑。针对在不同环境下的桥梁，采取不同的设计参数，在《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362—2018)中增加了耐久性设计要求。对于混凝土保护层厚度的设计要充分考虑到周围环境的影响。在桥梁设计环节中，还要做好桥梁的超载设计和管理。4桥梁耐久性不足的解决方案随着我国交通事业的快速发展，对公路桥梁的通行能力和承载能力的要求越来越高。对于一些建成年限比较久的桥梁，因当时的设计标准和施工技术有限，导致现有桥梁远不能达到设计使用年限。偶然事件的发生、车辆船只的撞击、超载对桥梁的正常使用和耐久性也会产生极大的威胁。因此通过桥梁养护加固来解决桥梁的耐久性不足显得尤为重要。5工程实例5.1工程概况史各庄桥位于国道106上，桥梁中心桩号K105+742处跨越赵王新渠，桥梁中线的法线与河道的水流方向的交叉角度为0°，全长524.6m，^梁宽度为净27.8+2x0.5m防撞护栏。上部结构为26孔20m普通钢筋混凝土T梁下部结构采用桩柱式墩台，钻孔灌注桩基础，右半幅桥建于1987年，桥宽14.4m，并于1997年左侧加宽14.4m，与旧桥连成一体，加宽后桥面净宽为27.8m。设计标准采用汽车一20级，挂车一100[4]。5.2桥梁主要病害分析2017年8月，北京九通衢检测技术有限公司受廊坊市公路管理处委托对史各庄桥进行了全面检测。根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21—2011）及《文安县国道106线文安段史各庄大桥桥梁检测报告》（JTQ—JB[QJ]—201第3502号）评定K105+742史各庄桥右幅为五类桥，全桥评分Dr=57.52。根据检测报告以及现场勘测，桥梁具体病害包括以下方面。5.2.1上部结构（1）T梁主要病害。上部结构钢筋混凝土T梁受力裂缝过多，对于截面削弱作用明显，影响上部结构整体刚度。全桥T梁腹板均存在竖向及斜向裂缝共计2665条，裂缝总长31998m，裂缝宽度范围为0.08~0.30mm。其中，18片T梁存在共计110条超限裂缝（0.25mm），超限裂缝总长为127.6m。部分梁体裂缝宽度较宽，且分布情况密集，其T梁结构刚度损失过大。丁梁翼缘破损情况严重。该桥翼缘板过薄（端部厚度8cm）,右半幅桥面铺装拆除过程中发现翼缘端部混凝土局部松散、无强度，翼缘端部混凝土大面积脱落，极大地影响行车道板整体性能和车辆通行能力。共计149片T梁翼缘板破损、混凝土脱落形成的空洞、孔洞共计398处，总面积为128.22m2。T梁单梁受力。全桥共发现6孔17片T梁存在单梁受力病害。其中6片梁单梁受力病害明显。其单梁受力表现形式为横隔板开焊、失效，铰缝严重渗水、渗泥，重车通过时相邻两片T梁变形受力不协调。T梁受环境侵蚀严重，混凝土剥落、钢筋锈胀严重。全桥共发现39片T梁腹板及翼缘板存在锈胀、混凝土剥落96处，总面积为39.15m2;13片T梁翼缘板及腹板渗水、碱蚀，面积为164.5m2;2片T梁局部存在混凝土脱落、掉角2处，总面积为0.1m2。梁体受侵蚀时间过长，混凝土剥落严重、局部位置钢筋层状剥离，对于梁体截面削弱过多，对于上部结构承载能力影响较大。（2） 铰缝及横隔板主要病害。69道铰缝存在严重渗水，局部渗泥病害，总长度为1200m。全桥共发现256块横隔板存在开焊、横向联系失效，其中85块横隔板对应桥面处横隔板顶连接钢板断裂、缺失。（3） 支座主要病害。全桥共发现19块支座存在纵向剪切变形过量导致支座开裂、脱空病害，58块支座存在严重老化、开裂病害，28块支座横向偏位，导致支座局部脱空、变形，5块支座严重变形、破损、失效，其他支座使用30年，橡胶均已老化，失去变形能力。5.2.2下部结构（1）桥墩主要病害。全桥共发现15片盖梁存在竖向及水平裂缝共计55条，总长51.1m，宽0.07~0.3mm。其中超限裂缝（0.3mm）8条，总长5.6m。全桥共发现20座墩柱存在43条环向裂缝，总长62.7m，宽0.08~0.2mm,墩柱网裂4处，总面积为6.7m2。全桥发现6片盖梁存在锈胀、混凝土剥落16处，总面积为11.66m2;墩柱及盖梁水蚀、混凝土剥落22处，总面积为20.61m2。具体病害照片见图1。图1具体病害照片5.3项目实施方案（1）技术标准。汽车荷载等级：上部结构采用公路一I级，下部结构满足设计要求。桥梁跨径：26x20m。桥面横坡：单向横坡1.5%。桥面宽度：右半幅0.5m（护栏）+12m+0.5m（护栏）；左半幅0.5m（护栏）+13.4m+0.5m（护栏）。（2）实施方案。上部维修方案：本方案为拆除旧桥右幅全部T梁，重做上部结构。新建上部结构采用20m装配式预应力混凝土连续箱梁，共计104片。桥梁跨径组合为5x20m+4x20m+4x20m+4x20m+4x20m+5x20m。新建桥梁上部宽度为净12m+2x0.5m（护栏），横向每孔布置4片箱梁。下部维修方案：通过计算，右桥现有盖梁宽度及配筋已不能满足新建上部结构的要求，因此，本桥盖梁全部拆除新建，同时对右桥所有墩柱及系梁进行拆除重建。6结语桥梁坍塌事故的发生给人们的生命财产安全和社会稳定带来巨大的影响，我国桥梁的耐久性不足已成为当前急需采取措施的重大问题，应从设计和施工上引起足够重视，否则，许多桥梁结构的正常使用功能得不到有效保证。需要广泛借鉴国外桥梁设计和施工的先进经验，结合我国地域的基本情况，制定合理有效的防范措施。针对桥梁的工程质量