中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
近日，廳公路院的四川省交通科技項(xiàng)目“常規(guī)橋梁耐久性設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)研究” 通過(guò)廳驗(yàn)收。該技術(shù)依托多項(xiàng)工程，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、統(tǒng)計(jì)歸納、對(duì)比分析等方法揭示了常規(guī)橋梁上部、下部、附屬設(shè)施病害的類(lèi)型及產(chǎn)生原因；提出了預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)梁體等細(xì)節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)，防漏、防水、排水三位一體的水環(huán)境管理措施，支座精確安裝等施工控制技術(shù)，提升了常規(guī)橋梁的耐久性；建立了使用狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)一致的常維修部位決策機(jī)制，形成了系統(tǒng)的耐久性管養(yǎng)制度；編制了常規(guī)橋梁耐久性設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)指南。
廳公路設(shè)計(jì)院 李 勝 喻 翔
一、項(xiàng)目背景意義
結(jié)構(gòu)耐久性是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)要求的使用壽命周期內(nèi)、常規(guī)的維護(hù)條件下，材料和結(jié)構(gòu)對(duì)所有設(shè)計(jì)效應(yīng)(包括設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)等)的承載能力，并且結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性不發(fā)生明顯改變。
從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，橋梁的耐久性開(kāi)始受到普遍關(guān)注。西方發(fā)達(dá)國(guó)家通常在設(shè)計(jì)和施工等環(huán)節(jié)注重提高單個(gè)構(gòu)件自身的耐腐蝕性，注重改善構(gòu)造細(xì)節(jié)，提高構(gòu)件連接處的抗腐蝕能力，重視檢查和維修，同時(shí)全壽命成本最低的設(shè)計(jì)理念指導(dǎo)之下，運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)分析等方法，對(duì)項(xiàng)目的立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)以及維修進(jìn)行科學(xué)的管理。從我國(guó)工程實(shí)踐反饋的信息，我國(guó)橋梁耐久性的情況十分嚴(yán)峻，橋梁耐久性不足給后期的維護(hù)和管理造成了沉重的負(fù)擔(dān)。因此，提高橋梁的耐久性是迫在眉睫的任務(wù)，不僅可以降低橋梁全壽命周期成本，促進(jìn)資金的合理使用，而且也能為使用者提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，產(chǎn)生良好的社會(huì)效益。
提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性是實(shí)現(xiàn)橋梁不斷技術(shù)進(jìn)步的重要途徑之一。本項(xiàng)目立足全壽命周期的思想，以實(shí)現(xiàn)全壽命周期成本最小為目標(biāo)，以占橋梁總數(shù)約70%的常規(guī)橋梁為研究對(duì)象，重點(diǎn)從材料使用、構(gòu)造細(xì)節(jié)優(yōu)化、施工工藝改善、橋梁檢測(cè)維修等方面入手，提高橋梁耐久性，提升橋梁品質(zhì)。在實(shí)際運(yùn)用領(lǐng)域，針對(duì)我省使用范圍最廣的常規(guī)鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋設(shè)計(jì)和施工中耐久性的薄弱環(huán)節(jié)，依托廣元—南充高速公路的常規(guī)橋梁，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、試驗(yàn)研究和理論分析等方法進(jìn)行研究，不僅使橋梁?jiǎn)蝹€(gè)構(gòu)件具有很好的耐久性，且橋梁具有可接近性、可檢性、可換性、可修性、可控性、可強(qiáng)性和可持續(xù)性，從設(shè)計(jì)、施工、管養(yǎng)等環(huán)節(jié)系統(tǒng)地提高橋梁的耐久性。
本項(xiàng)目研究分為4個(gè)子課題：①常規(guī)橋梁耐久性缺陷調(diào)查研究；②常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)研究，提升橋梁耐久性的施工改進(jìn)技術(shù)與質(zhì)量控制方法研究；③橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究；④常規(guī)橋梁耐久性技術(shù)指南。
二、常規(guī)橋梁耐久性調(diào)查
我國(guó)橋梁常見(jiàn)的耐久性病害有：①橋面鋪裝破壞。在車(chē)輛的長(zhǎng)期作用下，尚未達(dá)到預(yù)期年限的橋面板經(jīng)常出現(xiàn)凸凹不平或網(wǎng)狀開(kāi)裂等破壞現(xiàn)象。②橋頭跳車(chē)。橋梁運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，普遍存在臺(tái)后填土下沉，從而造成橋頭跳車(chē)。③混凝土開(kāi)裂。在混凝土結(jié)構(gòu)中這一現(xiàn)象較為普遍，發(fā)生的部位有混凝土梁體、墩身等構(gòu)件開(kāi)裂。④鋼筋銹蝕。⑤橋梁附屬設(shè)施的病害。主要是一些短壽命構(gòu)件的病害，如：伸縮縫、支座等。
本項(xiàng)目對(duì)常見(jiàn)的橋梁耐久性病害進(jìn)行了較為系統(tǒng)、全面的調(diào)查，形成耐久性調(diào)查專項(xiàng)報(bào)告，在對(duì)橋梁上部構(gòu)造、下部構(gòu)造、附屬設(shè)施、間接隱患等多方面調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)了病害產(chǎn)生的原因。
三、設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)研究
1. 總體要求
在橋梁設(shè)計(jì)中，細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析同樣重要。在耐久性設(shè)計(jì)中，細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的作用有：首先，好的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)更易于施工，橋梁質(zhì)量更為可靠，并且在運(yùn)營(yíng)期間容易檢查，容易維護(hù)。其次，水環(huán)境管理需要通過(guò)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。針對(duì)目前我國(guó)橋梁細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)研究不足，本項(xiàng)目總結(jié)了細(xì)節(jié)構(gòu)造的一般規(guī)律，為通過(guò)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)提高橋梁耐久性提供參考。
細(xì)節(jié)構(gòu)造要求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①美觀。橋梁要獲得和保持良好的外觀需要其外觀應(yīng)統(tǒng)一，外形簡(jiǎn)潔，合理引導(dǎo)水流，少用伸縮縫，合理布置施工縫，高質(zhì)量施工。②安全健康。包括從事橋梁建設(shè)、使用、維護(hù)的個(gè)人和企業(yè)以及周邊相關(guān)人員的安全健康。在設(shè)計(jì)、施工、檢查和維護(hù)、調(diào)整（如加寬等）和銷(xiāo)毀等階段，均需要進(jìn)行安全健康風(fēng)險(xiǎn)分析，并建立相關(guān)制度來(lái)保障。③便于施工。設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到勞動(dòng)力成本和制作成本重要性，合理的標(biāo)準(zhǔn)化細(xì)節(jié)可以最大限度提高模板等施工設(shè)備的重復(fù)利用率，從而降低造價(jià)。④耐久性。提高橋梁耐久性需要做好水環(huán)境管理，水環(huán)境管理的重要手段包括排水和防水措施。橋梁的排水設(shè)施應(yīng)保證橋梁范圍內(nèi)的水盡快排出橋梁范圍以外，避免積水，同時(shí)橋梁應(yīng)有多道水的防線。⑤易檢查和易維護(hù)。設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)備檢修手冊(cè)時(shí)，需將施工中出現(xiàn)的問(wèn)題加以考慮。針對(duì)結(jié)構(gòu)的特殊性，為檢查和維護(hù)提出建議；提出更換構(gòu)件時(shí)的建議施工步驟以及相應(yīng)的通道。
2. 水環(huán)境管理
水在混凝土劣化中扮演重要角色，水環(huán)境管理采用防水、排水、混凝土表面涂層和表面憎水處理以及各種形式的密封止水等措施，通過(guò)易于施工且可靠的細(xì)節(jié)構(gòu)造來(lái)實(shí)現(xiàn)。鋼筋保護(hù)層密實(shí)且厚度足夠可以使水和有害溶液不易到達(dá)鋼筋表面，增加銹蝕第一階段的時(shí)間，延緩銹蝕，因此也可以認(rèn)為是水環(huán)境管理的措施。在水環(huán)境管理時(shí)，需注意以下問(wèn)題：①水環(huán)境管理的效果是由系統(tǒng)中最薄弱環(huán)節(jié)決定；②水環(huán)境管理的薄弱環(huán)節(jié)往往是都在邊界。
水環(huán)境管理需要科研、設(shè)計(jì)、施工和管養(yǎng)共同努力才能收到好的效果。目前，已有一些混凝土防腐措施的研究成果可以用于實(shí)際工程，但構(gòu)造細(xì)節(jié)的研究非常少，這方面需要有更大的投入。好的水環(huán)境管理設(shè)計(jì)還需要認(rèn)真細(xì)致的施工和嚴(yán)格的監(jiān)理來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在的施工狀況有待提高。水環(huán)境管理的長(zhǎng)期工作性能需要有科學(xué)的管養(yǎng)來(lái)保證。在檢查和維護(hù)時(shí)，需要采用水環(huán)境分析方法追根溯源，找出問(wèn)題的根源和所影響的各個(gè)環(huán)節(jié)，將問(wèn)題逐一解決。
3. 設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)
①上部細(xì)節(jié)構(gòu)造
對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外常用的預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)梁橋，討論預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)梁體、橫向連接構(gòu)造和連續(xù)構(gòu)造等，對(duì)比和總結(jié)細(xì)節(jié)構(gòu)造，為設(shè)計(jì)提供參考。
我國(guó)中、小跨徑橋梁常用裝配式梁橋，而英國(guó)多采用組合式橋梁。裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制T梁一般用于單跨跨徑在25米到40米的橋梁上。因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確、造價(jià)較低、架設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)，預(yù)制T梁在我國(guó)和世界多國(guó)得以廣泛使用。但是在國(guó)內(nèi)的實(shí)際運(yùn)用中，這種結(jié)構(gòu)暴露出一些問(wèn)題，如預(yù)制梁體間橫向連接困難和支座調(diào)平不易等，值得反思。從上個(gè)世紀(jì)60年代開(kāi)始，英國(guó)先張預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁體的組合式梁橋逐步取代了現(xiàn)澆的上部結(jié)構(gòu)，在公路上得到廣泛使用。經(jīng)過(guò)50余年的發(fā)展，組合式橋梁設(shè)計(jì)和建造技術(shù)已日漸成熟，其經(jīng)驗(yàn)值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。英國(guó)U梁是組合式橋梁常用的預(yù)制梁體，適用跨徑為13米到34米。對(duì)比分析我國(guó)的預(yù)制T梁橋和英國(guó)的組合式U梁橋，有助于我國(guó)橋梁工程師了解英國(guó)的組合式橋梁技術(shù)，并為改進(jìn)我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)提供參考。
本項(xiàng)目從預(yù)制梁體、橫向連接、連續(xù)構(gòu)造、橋面鋪裝以及梁體架設(shè)等方面對(duì)比分析了這兩種橋梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)。
②下部細(xì)節(jié)構(gòu)造
主要從橋臺(tái)、橋墩兩個(gè)方面進(jìn)行了分析研究。
鑒于我國(guó)橋臺(tái)存在的問(wèn)題，建議通過(guò)構(gòu)造設(shè)計(jì)和水環(huán)境管理，使橋臺(tái)易檢、可修，提高其耐腐蝕能力，從而使橋臺(tái)及周邊構(gòu)件更耐久。橋臺(tái)檢修的重點(diǎn)在支座和伸縮縫。橋臺(tái)檢修通道、臺(tái)前檢修平臺(tái)以及臺(tái)帽頂面的支承構(gòu)造的合理布置為檢修提供了方便。通過(guò)對(duì)伸縮縫周邊以及臺(tái)背的水環(huán)境管理使橋臺(tái)更耐久。該問(wèn)題的研究可為改進(jìn)橋臺(tái)構(gòu)造設(shè)計(jì)提供參考。
設(shè)伸縮縫橋墩處的水環(huán)境管理構(gòu)造由防漏構(gòu)造、排水構(gòu)造和防水構(gòu)造三部分組成。伸縮縫的橡膠密封條是第一級(jí)防漏措施，伸縮縫下設(shè)置有集水槽為二級(jí)防漏措施。在蓋梁頂面順橋向設(shè)置外側(cè)向蓋梁中心的坡度，收集排水。中心向外的坡度也可以將水排出，但是水會(huì)污染蓋梁外側(cè)混凝土，影響美觀，所以應(yīng)避免。蓋梁頂面橫橋向也設(shè)置坡度，將水引至指定位置排出。防水構(gòu)造由混凝土防水和梁端下緣滴水槽構(gòu)成。梁端下緣滴水槽可以阻斷水沿梁流動(dòng)，污染梁體下緣和影響支座。
③通用細(xì)節(jié)構(gòu)造
主要從倒角、滴水槽、防水密封、防水外凸倒角、橫斷面橫坡及防水層布置、橋面排水、瀝青下層排水、密封及防水等方面進(jìn)行了分析研究。
4. 施工關(guān)鍵技術(shù)
①保護(hù)層
在安裝鋼筋時(shí)，需要防止鋼筋偏位。如沒(méi)有特別說(shuō)明，實(shí)際的保護(hù)層厚度不得小于名義保護(hù)層厚度-5mm。
在構(gòu)件中，名義保護(hù)層厚度通常是針對(duì)箍筋而言的，在模板和箍筋之間的距離應(yīng)保持相同，都等于名義保護(hù)層厚度。
保證鋼筋準(zhǔn)確定位的保護(hù)層墊塊應(yīng)該盡量小，固定時(shí)應(yīng)該牢固，避免澆筑混凝土?xí)r墊塊偏轉(zhuǎn)?；炷翂|塊由最大骨料直徑為10mm的混凝土制作而成，其強(qiáng)度與相鄰的混凝土相同。將固定墊塊所使用的綁扎絲應(yīng)該在合同中進(jìn)行規(guī)定，暴露表面墊塊的金屬絲可采用不銹鋼綁扎絲。
不得采用木質(zhì)、金屬、陶瓷以及可滲透材料的墊塊。綁扎絲和定位夾的端部不得伸入到混凝土保護(hù)層中。
在混凝土澆筑前和澆筑過(guò)程中都應(yīng)該檢查鋼筋的位置。
②避免預(yù)制梁端部開(kāi)裂
預(yù)應(yīng)力管道定位準(zhǔn)確、且固定牢固，避免混凝土澆筑時(shí)發(fā)生管道移位；加強(qiáng)錨下混凝土土振搗，確保錨下混凝土澆筑密實(shí)。
③支座調(diào)平
支座調(diào)平鋼板定位安裝準(zhǔn)確，施工時(shí)確保支座水平放置，避免后期支座脫空和剪切破壞；橋梁支座位置預(yù)留空間應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，以保證支座更換的順利進(jìn)行。
④預(yù)制梁端防腐蝕措施
伸縮縫的安裝應(yīng)滿足規(guī)范要求，防止施工和運(yùn)營(yíng)期伸縮縫滲漏；梁端防水涂層、擋水板等施工應(yīng)滿足規(guī)范要求；梁端混凝土應(yīng)振搗均勻密實(shí)，保證梁端混凝土質(zhì)量；后張法混凝土梁封錨混凝土應(yīng)澆筑密實(shí)、減少收縮，提高封錨混凝土施工質(zhì)量。
四、橋梁管養(yǎng)技術(shù)
1. 管養(yǎng)的基本要求
橋梁養(yǎng)護(hù)應(yīng)遵循預(yù)防為主、防治結(jié)合的原則，以橋面養(yǎng)護(hù)為中心，承重部位為重點(diǎn)，全面養(yǎng)護(hù)，要做到先進(jìn)養(yǎng)護(hù)、科學(xué)養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)設(shè)備應(yīng)用。
在管養(yǎng)過(guò)程中，日常巡查是保養(yǎng)最重要、最有效的手段，根據(jù)日常巡查現(xiàn)狀，確定定期檢查、保養(yǎng)的周期，密切關(guān)注橋梁排水構(gòu)造的可靠性和通暢性。保養(yǎng)需要注意控制車(chē)輛載重量、控制重車(chē)行駛路線、控制重車(chē)極端天氣行駛數(shù)量，加強(qiáng)吊索、主纜、斜拉索、支座、伸縮縫的檢查。維修需要注意運(yùn)用橋面維修技術(shù)，做好低壽命結(jié)構(gòu)的更換與維修。
2. 橋梁管養(yǎng)技術(shù)
①行車(chē)荷載管養(yǎng)
常規(guī)橋梁一般指中小跨徑的橋梁，中小跨徑橋梁對(duì)于雙向四車(chē)道，如果三軸以上載重的貨車(chē)并行行駛，將造成橋梁超過(guò)設(shè)計(jì)荷載，因此，中小跨徑橋梁的行駛荷載管理非常重要。
冬季積雪與長(zhǎng)大縱坡耦合，橋梁行車(chē)狀態(tài)更加復(fù)雜，橋梁工作環(huán)境惡化，材料承載性能更差，但荷載更加集中和惡劣，橋梁不堪重負(fù)。
②橋面平整度影響
橋面施工平整度差，沖擊系數(shù)常常高于規(guī)范規(guī)定最高限制，同時(shí)，橋面鋪裝出現(xiàn)坑凼，沖擊系數(shù)高達(dá)1.9，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范計(jì)算數(shù)據(jù)。
③支座出現(xiàn)各種病害，改變主梁約束條件
支座出現(xiàn)開(kāi)裂而喪失彈性、支座材料彈性差而無(wú)回復(fù)能力、支座脫空由面支撐變?yōu)榫€支撐、支座壓碎而無(wú)法變形等病害，直接改變了主梁受力狀態(tài)，使主梁計(jì)算內(nèi)力成倍增加，主梁處于極不利受力狀態(tài)。
④伸縮縫病害引起跳車(chē)，沖擊系數(shù)高達(dá)3.2
主梁伸縮縫安裝精度差、伸縮縫破壞，造成沖擊系數(shù)高達(dá)3.2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范計(jì)算沖擊系數(shù)1.2，因此，主梁、橋墩等構(gòu)件受力十分惡劣，特別是小跨度輕型橋梁，其沖擊系數(shù)對(duì)主梁受力狀況影響十分顯著。
3. 常維修部位決策
根據(jù)常規(guī)橋梁調(diào)查與管養(yǎng)總結(jié)，對(duì)于中小跨度橋梁，為了使主梁、橋墩等主要受力構(gòu)件受力與計(jì)算狀態(tài)一致，對(duì)行駛貨車(chē)車(chē)道進(jìn)行管控、橋面鋪裝進(jìn)行檢查與及時(shí)維修、支座及時(shí)檢查與更換、伸縮縫及時(shí)檢測(cè)與修改，保證中小跨度橋梁使用狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)一致，是中小跨度橋梁管養(yǎng)的首要任務(wù)和關(guān)鍵技術(shù)，是決策者應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。
4. 常規(guī)橋梁水環(huán)境管理
橋梁橋面、蓋梁、支座、伸縮縫、懸臂端及基礎(chǔ)等部位，不能出現(xiàn)積水、不能出現(xiàn)堵塞等情況，應(yīng)確保橋梁及橋梁周邊排水通暢，同時(shí)，排水不能沖擊橋梁構(gòu)件、基礎(chǔ)和污染環(huán)境，保證橋梁排水符合設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。
五、成果推廣應(yīng)用情況
本項(xiàng)目為四川省交通科技項(xiàng)目，由四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院完成，現(xiàn)已通過(guò)評(píng)審驗(yàn)收。項(xiàng)目以依托工程廣元—南充高速公路的常規(guī)橋梁為研究對(duì)象，結(jié)合國(guó)內(nèi)外耐久性的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步總結(jié)相關(guān)技術(shù)，以全壽命周期成本最小為指導(dǎo)思想，從設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、施工方法、施工質(zhì)量控制方法和維護(hù)等環(huán)節(jié)系統(tǒng)地提高橋梁的耐久性，提高橋梁的設(shè)計(jì)質(zhì)量、施工質(zhì)量，為科學(xué)管理養(yǎng)護(hù)提供參考，研究成果總體達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
在項(xiàng)目研究的基礎(chǔ)上，編制了《常規(guī)橋梁耐久性設(shè)計(jì)、施工技術(shù)指南》1部，申請(qǐng)實(shí)用新型專利技術(shù)1項(xiàng)（《預(yù)制梁體支座調(diào)平結(jié)構(gòu)及預(yù)制梁體成型模具》，專利號(hào)：ZL201120306135.2，2012年4月），發(fā)表學(xué)術(shù)論文4篇。
根據(jù)四川省公路工程咨詢監(jiān)理事務(wù)所出具的應(yīng)用證明，本項(xiàng)目的研究成果已推廣應(yīng)用于廣元—南充高速公路全線234座橋梁，經(jīng)過(guò)多次檢查，技術(shù)成果應(yīng)用取得的效果顯著，根據(jù)初步測(cè)算，節(jié)約建設(shè)與管養(yǎng)經(jīng)費(fèi)至少400萬(wàn)元。
