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近日，廳公路院的四川省交通科技項目“常規(guī)橋梁耐久性設計施工關鍵技術研究” 通過廳驗收。該技術依托多項工程，采用現(xiàn)場調(diào)查、統(tǒng)計歸納、對比分析等方法揭示了常規(guī)橋梁上部、下部、附屬設施病害的類型及產(chǎn)生原因；提出了預制標準梁體等細節(jié)構(gòu)造設計，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，提升了常規(guī)橋梁的耐久性；建立了使用狀態(tài)與設計狀態(tài)一致的常維修部位決策機制，形成了系統(tǒng)的耐久性管養(yǎng)制度；編制了常規(guī)橋梁耐久性設計施工關鍵技術指南。
廳公路設計院 李 勝 喻 翔
一、項目背景意義
結(jié)構(gòu)耐久性是指結(jié)構(gòu)在設計要求的使用壽命周期內(nèi)、常規(guī)的維護條件下，材料和結(jié)構(gòu)對所有設計效應(包括設計荷載效應和環(huán)境效應等)的承載能力，并且結(jié)構(gòu)的適應性不發(fā)生明顯改變。
從20世紀70年代開始，橋梁的耐久性開始受到普遍關注。西方發(fā)達國家通常在設計和施工等環(huán)節(jié)注重提高單個構(gòu)件自身的耐腐蝕性，注重改善構(gòu)造細節(jié)，提高構(gòu)件連接處的抗腐蝕能力，重視檢查和維修，同時全壽命成本最低的設計理念指導之下，運用風險分析等方法，對項目的立項、設計、建設、運營以及維修進行科學的管理。從我國工程實踐反饋的信息，我國橋梁耐久性的情況十分嚴峻，橋梁耐久性不足給后期的維護和管理造成了沉重的負擔。因此，提高橋梁的耐久性是迫在眉睫的任務，不僅可以降低橋梁全壽命周期成本，促進資金的合理使用，而且也能為使用者提供優(yōu)質(zhì)服務，產(chǎn)生良好的社會效益。
提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性是實現(xiàn)橋梁不斷技術進步的重要途徑之一。本項目立足全壽命周期的思想，以實現(xiàn)全壽命周期成本最小為目標，以占橋梁總數(shù)約70%的常規(guī)橋梁為研究對象，重點從材料使用、構(gòu)造細節(jié)優(yōu)化、施工工藝改善、橋梁檢測維修等方面入手，提高橋梁耐久性，提升橋梁品質(zhì)。在實際運用領域，針對我省使用范圍最廣的常規(guī)鋼筋混凝土和預應力混凝土梁橋設計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)場調(diào)查、試驗研究和理論分析等方法進行研究，不僅使橋梁單個構(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、可強性和可持續(xù)性，從設計、施工、管養(yǎng)等環(huán)節(jié)系統(tǒng)地提高橋梁的耐久性。
本項目研究分為4個子課題：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)的耐久性設計細節(jié)研究，提升橋梁耐久性的施工改進技術與質(zhì)量控制方法研究；③橋梁養(yǎng)護技術研究；④常規(guī)橋梁耐久性技術指南。
二、常規(guī)橋梁耐久性調(diào)查
我國橋梁常見的耐久性病害有：①橋面鋪裝破壞。在車輛的長期作用下，尚未達到預期年限的橋面板經(jīng)常出現(xiàn)凸凹不平或網(wǎng)狀開裂等破壞現(xiàn)象。②橋頭跳車。橋梁運營一段時間后，普遍存在臺后填土下沉，從而造成橋頭跳車。③混凝土開裂。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)件開裂。④鋼筋銹蝕。⑤橋梁附屬設施的病害。主要是一些短壽命構(gòu)件的病害，如：伸縮縫、支座等。
本項目對常見的橋梁耐久性病害進行了較為系統(tǒng)、全面的調(diào)查，形成耐久性調(diào)查專項報告，在對橋梁上部構(gòu)造、下部構(gòu)造、附屬設施、間接隱患等多方面調(diào)查的基礎上，分析總結(jié)了病害產(chǎn)生的原因。
三、設計施工關鍵技術研究
1. 總體要求
在橋梁設計中，細節(jié)設計和結(jié)構(gòu)分析同樣重要。在耐久性設計中，細節(jié)設計的作用有：首先，好的細節(jié)設計更易于施工，橋梁質(zhì)量更為可靠，并且在運營期間容易檢查，容易維護。其次，水環(huán)境管理需要通過細節(jié)設計來實現(xiàn)。針對目前我國橋梁細節(jié)設計研究不足，本項目總結(jié)了細節(jié)構(gòu)造的一般規(guī)律，為通過細節(jié)設計提高橋梁耐久性提供參考。
細節(jié)構(gòu)造要求主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①美觀。橋梁要獲得和保持良好的外觀需要其外觀應統(tǒng)一，外形簡潔，合理引導水流，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、使用、維護的個人和企業(yè)以及周邊相關人員的安全健康。在設計、施工、檢查和維護、調(diào)整（如加寬等）和銷毀等階段，均需要進行安全健康風險分析，并建立相關制度來保障。③便于施工。設計人員應充分認識到勞動力成本和制作成本重要性，合理的標準化細節(jié)可以最大限度提高模板等施工設備的重復利用率，從而降低造價。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。橋梁的排水設施應保證橋梁范圍內(nèi)的水盡快排出橋梁范圍以外，避免積水，同時橋梁應有多道水的防線。⑤易檢查和易維護。設計人員準備檢修手冊時，需將施工中出現(xiàn)的問題加以考慮。針對結(jié)構(gòu)的特殊性，為檢查和維護提出建議；提出更換構(gòu)件時的建議施工步驟以及相應的通道。
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，通過易于施工且可靠的細節(jié)構(gòu)造來實現(xiàn)。鋼筋保護層密實且厚度足夠可以使水和有害溶液不易到達鋼筋表面，增加銹蝕第一階段的時間，延緩銹蝕，因此也可以認為是水環(huán)境管理的措施。在水環(huán)境管理時，需注意以下問題：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、設計、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際工程，但構(gòu)造細節(jié)的研究非常少，這方面需要有更大的投入。好的水環(huán)境管理設計還需要認真細致的施工和嚴格的監(jiān)理來實現(xiàn)，現(xiàn)在的施工狀況有待提高。水環(huán)境管理的長期工作性能需要有科學的管養(yǎng)來保證。在檢查和維護時，需要采用水環(huán)境分析方法追根溯源，找出問題的根源和所影響的各個環(huán)節(jié)，將問題逐一解決。
3. 設計關鍵技術
①上部細節(jié)構(gòu)造
對比分析國內(nèi)外常用的預制標準梁橋，討論預制標準梁體、橫向連接構(gòu)造和連續(xù)構(gòu)造等，對比和總結(jié)細節(jié)構(gòu)造，為設計提供參考。
我國中、小跨徑橋梁常用裝配式梁橋，而英國多采用組合式橋梁。裝配式預應力混凝土預制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)簡單、受力明確、造價較低、架設方便等優(yōu)點，預制T梁在我國和世界多國得以廣泛使用。但是在國內(nèi)的實際運用中，這種結(jié)構(gòu)暴露出一些問題，如預制梁體間橫向連接困難和支座調(diào)平不易等，值得反思。從上個世紀60年代開始，英國先張預應力混凝土預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50余年的發(fā)展，組合式橋梁設計和建造技術已日漸成熟，其經(jīng)驗值得我們學習和借鑒。英國U梁是組合式橋梁常用的預制梁體，適用跨徑為13米到34米。對比分析我國的預制T梁橋和英國的組合式U梁橋，有助于我國橋梁工程師了解英國的組合式橋梁技術，并為改進我國橋梁設計提供參考。
本項目從預制梁體、橫向連接、連續(xù)構(gòu)造、橋面鋪裝以及梁體架設等方面對比分析了這兩種橋梁的構(gòu)造設計。
②下部細節(jié)構(gòu)造
主要從橋臺、橋墩兩個方面進行了分析研究。
鑒于我國橋臺存在的問題，建議通過構(gòu)造設計和水環(huán)境管理，使橋臺易檢、可修，提高其耐腐蝕能力，從而使橋臺及周邊構(gòu)件更耐久。橋臺檢修的重點在支座和伸縮縫。橋臺檢修通道、臺前檢修平臺以及臺帽頂面的支承構(gòu)造的合理布置為檢修提供了方便。通過對伸縮縫周邊以及臺背的水環(huán)境管理使橋臺更耐久。該問題的研究可為改進橋臺構(gòu)造設計提供參考。
設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防漏措施，伸縮縫下設置有集水槽為二級防漏措施。在蓋梁頂面順橋向設置外側(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，但是水會污染蓋梁外側(cè)混凝土，影響美觀，所以應避免。蓋梁頂面橫橋向也設置坡度，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，污染梁體下緣和影響支座。
③通用細節(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行了分析研究。
4. 施工關鍵技術
①保護層
在安裝鋼筋時，需要防止鋼筋偏位。如沒有特別說明，實際的保護層厚度不得小于名義保護層厚度-5mm。
在構(gòu)件中，名義保護層厚度通常是針對箍筋而言的，在模板和箍筋之間的距離應保持相同，都等于名義保護層厚度。
保證鋼筋準確定位的保護層墊塊應該盡量小，固定時應該牢固，避免澆筑混凝土時墊塊偏轉(zhuǎn)?；炷翂|塊由最大骨料直徑為10mm的混凝土制作而成，其強度與相鄰的混凝土相同。將固定墊塊所使用的綁扎絲應該在合同中進行規(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層中。
在混凝土澆筑前和澆筑過程中都應該檢查鋼筋的位置。
②避免預制梁端部開裂
預應力管道定位準確、且固定牢固，避免混凝土澆筑時發(fā)生管道移位；加強錨下混凝土土振搗，確保錨下混凝土澆筑密實。
③支座調(diào)平
支座調(diào)平鋼板定位安裝準確，施工時確保支座水平放置，避免后期支座脫空和剪切破壞；橋梁支座位置預留空間應滿足設計要求，以保證支座更換的順利進行。
④預制梁端防腐蝕措施
伸縮縫的安裝應滿足規(guī)范要求，防止施工和運營期伸縮縫滲漏；梁端防水涂層、擋水板等施工應滿足規(guī)范要求；梁端混凝土應振搗均勻密實，保證梁端混凝土質(zhì)量；后張法混凝土梁封錨混凝土應澆筑密實、減少收縮，提高封錨混凝土施工質(zhì)量。
四、橋梁管養(yǎng)技術
1. 管養(yǎng)的基本要求
橋梁養(yǎng)護應遵循預防為主、防治結(jié)合的原則，以橋面養(yǎng)護為中心，承重部位為重點，全面養(yǎng)護，要做到先進養(yǎng)護、科學養(yǎng)護，強化養(yǎng)護設備應用。
在管養(yǎng)過程中，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)需要注意控制車輛載重量、控制重車行駛路線、控制重車極端天氣行駛數(shù)量，加強吊索、主纜、斜拉索、支座、伸縮縫的檢查。維修需要注意運用橋面維修技術，做好低壽命結(jié)構(gòu)的更換與維修。
2. 橋梁管養(yǎng)技術
①行車荷載管養(yǎng)
常規(guī)橋梁一般指中小跨徑的橋梁，中小跨徑橋梁對于雙向四車道，如果三軸以上載重的貨車并行行駛，將造成橋梁超過設計荷載，因此，中小跨徑橋梁的行駛荷載管理非常重要。
冬季積雪與長大縱坡耦合，橋梁行車狀態(tài)更加復雜，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。
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，橋面鋪裝出現(xiàn)坑凼，沖擊系數(shù)高達1.9，遠遠超過規(guī)范計算數(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)開裂而喪失彈性、支座材料彈性差而無回復能力、支座脫空由面支撐變?yōu)榫€支撐、支座壓碎而無法變形等病害，直接改變了主梁受力狀態(tài)，使主梁計算內(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，沖擊系數(shù)高達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3.2，遠遠高于規(guī)范計算沖擊系數(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)件受力與計算狀態(tài)一致，對行駛貨車車道進行管控、橋面鋪裝進行檢查與及時維修、支座及時檢查與更換、伸縮縫及時檢測與修改，保證中小跨度橋梁使用狀態(tài)與設計狀態(tài)一致，是中小跨度橋梁管養(yǎng)的首要任務和關鍵技術，是決策者應重點關注的內(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、懸臂端及基礎等部位，不能出現(xiàn)積水、不能出現(xiàn)堵塞等情況，應確保橋梁及橋梁周邊排水通暢，同時，排水不能沖擊橋梁構(gòu)件、基礎和污染環(huán)境，保證橋梁排水符合設計與規(guī)范要求。
五、成果推廣應用情況
本項目為四川省交通科技項目，由四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設計院完成，現(xiàn)已通過評審驗收。項目以依托工程廣元—南充高速公路的常規(guī)橋梁為研究對象，結(jié)合國內(nèi)外耐久性的先進經(jīng)驗，進一步總結(jié)相關技術，以全壽命周期成本最小為指導思想，從設計細節(jié)、施工方法、施工質(zhì)量控制方法和維護等環(huán)節(jié)系統(tǒng)地提高橋梁的耐久性，提高橋梁的設計質(zhì)量、施工質(zhì)量，為科學管理養(yǎng)護提供參考，研究成果總體達到國內(nèi)領先水平。
在項目研究的基礎上，編制了《常規(guī)橋梁耐久性設計、施工技術指南》1部，申請實用新型專利技術1項（《預制梁體支座調(diào)平結(jié)構(gòu)及預制梁體成型模具》，專利號：ZL201120306135.2，2012年4月），發(fā)表學術論文4篇。
根據(jù)四川省公路工程咨詢監(jiān)理事務所出具的應用證明，本項目的研究成果已推廣應用于廣元—南充高速公路全線234座橋梁，經(jīng)過多次檢查，技術成果應用取得的效果顯著，根據(jù)初步測算，節(jié)約建設與管養(yǎng)經(jīng)費至少400萬元。
