温福铁路桥梁结构耐久性设计.pdf

温福铁路桥梁结构耐久性设计 王德志 陈顺平 摘要本文阐述了温福铁路桥梁结构耐久性设计的必要性和提高钢筋混凝土结构耐久性的主要途 径，主要介绍了温福铁路桥梁结构耐久性设计方案，可为类似工程提供参考。 关键词 铁路；桥梁；耐久性；设计 温福铁路是我国东南沿海铁路的重要组成部分，它位于浙、闽东南沿海，全长298．33km。温州南至 苍南段地貌以滨海海积平原及低山丘陵区为主；苍南至福州段地貌以低山丘陵为主，地势起伏较大。部分 线路经过大江河口、浅水海湾、滩涂及养殖塘等地区，极易遭受风浪、水质、海水微沫等多种天然因素的 影响，对桥梁结构的耐久性构成巨大威胁。 温福铁路全线桥梁长度为78kin，主要为混凝土结构，梁部主要有简支箱梁、连续梁及连续刚构等结 构类型。墩台类型有实体墩、空心墩及矩形空心桥台。基础类型有明挖扩大基础和桩基础。 1桥梁结构耐久性设计的必要性 海洋环境中的桥梁结构遭受破坏的主要原因是氯盐侵蚀导致的钢材锈蚀或钢筋锈蚀。对钢筋混凝土结 构来说，钢筋锈蚀带来体积膨胀，最终导致混凝土剥落，从而使结构破坏。20世纪八九十年代在海洋环 境中修建的钢筋混凝土结构，目前有许多建筑因出现大面积混凝土开裂、钢筋严重锈蚀而亟需修补，更有 甚者，在不到10年的使用期就不得不报废拆毁。因此，制订科学、合理、经济适用的结构耐久性方案， 对处于沿海环境下的温福铁路桥梁结构在100年设计使用寿命内正常使用具有十分重要的意义。 混凝土工程因其工程量浩大，加之认识的不足，造成混凝土结构的基础设施在恶劣环境下出现了过早 破坏，已经造成严重的经济损失。图1为我国东部沿海地区混凝土腐蚀破坏严重的实例，服役寿命仅18 年时间，就出现了如此严重的腐蚀破坏，不得不进行修补加固。分析产生的原因大概是：①梁底部位于浪 溅区中间，干湿交替，使该区域混凝土表层破坏，造成钢筋腐蚀；②混凝土保护层厚度偏薄或蜂窝麻面缺 陷的存在，氯离子更易渗到钢筋表面，引起钢筋腐蚀；③棱角处氯离子的双向渗透加剧了钢筋的腐蚀。 图1 构件底部钢筋腐蚀。混凝土剥落形貌 作者简介：王德志(1968年一)，男，高级工程师，道路工程专业。 从大量调查的结果可以得出，我国东部沿海地区引起混凝土结构物中钢筋腐蚀的临界氯离子含量在 0．24％左右，当钢筋表面区氯离子浓度达到0．314％时，就出现了严重的腐蚀破坏，腐蚀破坏以处于浪溅 区的结构最为严重。调查结果显示，环境条件恶劣、保护层不足、氯离子渗透导致的钢筋锈蚀是混凝土结 构破坏的最主要原因，而碳化、硫酸盐、镁盐等并不是混凝土结构破坏的主要原因。 温福铁路桥梁绝大部分采用钢筋混凝土结构，必须从设计上重视其结构耐久性，采取可靠的抗氯离子 渗透的技术措施，并要求施工过程中要确保混凝土质量，运营后要定期检查和维护，发现问题及时修复， 以实现全线桥梁的结构使用寿命。 2提高混凝土结构耐久性的主要途径 影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素有结构设计和结构构造、材料性能、施工质量、构件养护和运 营维护等。 2．1 结构构造和设计 结构设计是结构耐久性的根本，主要从以下几方面采用措施提高钢筋混凝土结构的耐久性： (1)适当增加钢筋的混凝土保护层厚度，推延氯离子渗透到钢筋表面的时间。 (2)控制结构裂缝宽度，减少外界氯离子的渗透。 (3)提高混凝土的强度。提高混凝土的密实性，降低混凝土的孔隙率，提高混凝土的抗渗性。 2．2 附加措施 (1)采用钢筋混凝土构件表面涂层：阻止氯离子向混凝土内部渗透，一般可以增加10～20年的使用 寿命，部分暴露在大气中的构件露出根据需要间隔时间复涂。 (2)钢筋表面使用致密材料涂覆，如环氧涂层钢筋等，成本较高、质量控制较难，质量良好则能够推 迟钢筋锈蚀开始的时间。 (3)混凝土中钢筋预留阴极保护措施，降低钢筋锈蚀开始以后的锈蚀速率。 2．3 混凝土材料 (1)掺人高效减水剂。在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减小水灰比，使 混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。 (2)混凝土中掺加钢筋阻锈剂，能够阻止或延缓氯离子对钢筋钝化膜的破坏，与低渗透性混凝土一起 使用效果较好。 (3)掺人高效活性矿物掺料。目的在于改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的。有些超细矿 物掺料，其平均粒径小于水泥粒子的平均粒径，能填充于水泥粒子之间的空隙中，使水泥石结构更为