混凝土桥梁设计中常见问题探讨

　　摘要：本文论述了当前混凝土桥梁耐久性设计中存在的一些缺陷，并针对这些缺陷提出了相应的桥梁设计的建议，可以给今后的桥梁设计工作提供一些参考。
　　关键词：桥梁；耐久性；设计
　　1引言
　　在桥梁结构设计中，长期以来人们一直偏重于结构计算方法的研究，却忽视了对总体构造和细节方面的处理，忽视了耐久性的研究，致使很多桥梁早期就出现了腐蚀等病害，达不到设计使用年限。混凝土桥梁的耐久性设计不但在选材上，而且在构造细节上加强设计研究，保证桥梁整个生命中的安全、可靠运营。
　　2当前混凝土桥梁设计中存在的缺陷
　　（1）结构选型存在一定的缺陷
　　混凝土桥梁的结构选型，尤其是中小桥梁，多采用空心预制板梁，从配筋形式区分有先张预应力、后张预应力、普通钢筋混凝土，横向连接有大铰缝、中铰缝、小铰缝之分，靠理想中的铰将由车轮传递下来的力分布到其他板梁，只有很少的一点钢筋作为板与板之间的联系作用。由于设计和施工等问题，铰缝混凝土往往不密实，不能很好地起到铰的作用，在超重车辆的作用下很容易产生应力集中，逐渐产生了纵向裂缝，形成了单梁受力，使整个桥面系遭到破坏，并对梁板产生损害。
　　（2）对桥面水泥混凝土铺装工艺要求不严格
　　过去一度认为铺装层只是找平作用，设计、施工都没有认真对待，恰恰就是这一层最容易出现问题。主梁与铺装层的联结太弱，配比不严格，材料不考究，浇注方法不科学等，所以带有先天性的不足。又由于我国的实际情况，有些桥梁工程在后期赶工，桥面铺装层施工存在很大的问题，厚薄不匀、强度不足、裂缝严重，尤其是砂浆上浮现象非常严重，通车后不久就出现激白浆等破坏现象，这不但与使用材料、配比有关，与施工工艺方法有很大关系。
　　（3）桥面防排水系统不完善
　　首先，有些桥的构造上存在着缺陷，比如人行道或防撞栏杆直接座在边梁翼板上，而不是将翼板包住，造成雨水等浸害边梁外侧，所以边梁的病害出现早于中梁。
　　泄水口的设置不尽合理，有些排水口的高程高于水泥铺装层，造成沥青铺装层的层间水排不出去，一是造成沥青铺装的水损害，二是对水泥铺装层形成腐蚀，尤其是冬季溶冰盐的使用，更是加速了对混凝土的腐蚀作用。再就是雨水管的管路设计不通畅，很容易堵塞，以致造成对收水口周围混凝土的严重腐蚀。
　　对桥面防水已经都认识到其重要性，而且都采用了防水设计，但防水材料的选用不规范，带来一些不应有的缺陷。这一层的作用不仅是防水，更重要的是起着沥青铺装层和水泥铺装层的粘结作用，层间的粘结力必须大于车轮产生的水平力。再就是泄水口、伸缩缝等关键部位的防水往往注意不够，造成边梁、梁端的局部严重腐蚀。
　　（4）简支梁结构中，伸缩缝间距与支座选用不匹配
　　目前简支梁结构的伸缩缝间距一般采用100米左右，中间只设桥面连续，梁下一般采用橡胶板支座，有些在设置伸缩缝的梁下采用滑动支座。由于橡胶板支座的厚度有限，梁体不能自由伸缩当夏天涨出去以后，冬天收缩不能完全回到原位，尤其一天之间急剧降温，更不能理想的缩回，反映到桥面就是桥面连续处出现不规则裂缝，又由于桥面连续处预制板的不平整，设计了砂浆找平层，强度较低等原因，所以很快就被破坏。
　　（5）桥头构造处理不完善
　　有些桥的桥头处理很不理想，人行道、栏杆等附属构造物只在桥梁部分设置，引路部分没有设计，或只有警示桩，尤其是当桥垮与堤岸还有距离的情况下，不但显得不协调、不安全，而且雨水很容易从此处流到桥台下面，造成对桥台的侵蚀。
　　3对桥梁耐久性设计的建议
　　（1）对桥梁选型方面要有利于混凝土的防护
　　优先选用现浇结构或先简支后连续结构。但目前不能完全废除简支梁形式，采用最多的就是空心预制板梁，其弱点就是横向联结不强，不能承受重荷载的冲击。特提以下建议
　　1）铰缝混凝土必须使用微膨配比或免收缩混凝土，防止由于混凝土的收缩产生缝隙，致使力的传递失效。
　　2）对预制板上层横向钢筋进行改进，伸出梁外，梁与梁之间进行焊接，以承受重车荷载产生的拉应力。
　　3）预制梁顶面设置的锚筋加大直径，两板之间搭接改为焊接，增加两板之间的连接强度，并且使与铺装层有很好的连接。
　　4）如果照以往做法，要设置两层钢筋网。
　　（2）对桥面混凝土铺装层的要求必须加强
　　1）现浇结构混凝土铺装厚度建议采用10cm，可以用一层钢筋网，用冷拉带肋焊接钢筋网为好。
　　2）简支预制梁结构由于构件的不均匀性，造成顶面不平整，铺装层相应严加厚一些，最薄处必须满足10cm以上。如果梁与梁之间不是焊接连接就要设计双层钢筋网，下层钢筋网承受横向拉力，紧贴基面摆放，横向筋宜粗一点密一点，直径不宜小于12mm，间距10cm为好，纵向宜细一点稀一点，上层钢筋网起防裂抗冲击作用，摆放位置距离桥面标高只留出保护层即可。采用冷拉带肋焊接钢筋网为好。
　　3）桥面混凝土本身必须达到自防水要求。混凝土经常接触水的部位都要设计为防水混凝土，保证本身的密实性和防腐蚀的性能。沥青铺装不能有效地将水排走，而混凝土本身遇水以后，尤其是化冰盐水，要引起混凝土的碱骨料反映、冻溶破坏和盐腐蚀，所以要求混凝土的自防水。为此混凝土里必须加入防收缩的外掺剂或纤维网。
　　桥面混凝土层厚比较薄，不宜采用输送泵浇注，塌落度控制50~70mm为好，并且不宜采用插入式振捣棒振实，因为在棒周围很容易形成局部的沙浆上浮。如果砂浆上浮层过厚，在重轴载作用下很容易破坏。在人工找平时，禁止使用铁抹子，只用木抹子，目的就是要保证砂浆上浮少，表面粗糙度好，并且要在抹平的同时，将已经上浮的砂浆刮起清除，避免成活后的砂浆层过厚。
　　（3）桥梁设计必须有完善的防排水系统
　　混凝土在干燥环境里是不会发生冻融、腐蚀等病害的，桥梁防水系统的设计，就是设法将水与混凝土隔离，使水不能进入混凝土本体，尤其不能进入裂缝中去，以保持混凝土的干环境。系统包括以下几个方面。
　　1）桥梁外形一定要做到简明圆顺，尤其外侧防撞混凝土和人行道栏杆，一定要将边梁翼板包住并设有滴水檐，防止雨水等直接侵害边梁主体，不宜采用没有翼板的边梁，也不宜采用直接座在翼板上的形式。而且混凝土的配比中必须有防裂缝措施，
　　2）桥面防水涂层。无论桥面混凝土施工质量如何好，均不能完全保证不开裂。所以桥面水泥混凝土铺装层上面必须设置防水层。防水层不但本身要起到防水作用，而且要求其与水泥混凝土和沥青混凝土都有很好的亲和性，附着力好。下面能牢固地与水泥混凝土表面粘结，上面与沥青混和料牢固地粘结。否则就成为一个层间抗剪力很低的夹层，将导致桥面沥青混凝土出现拥包、滑移，直至松散、破坏。
　　3）伸缩缝的防水。有很多种桥梁伸缩装置应用于桥梁，其中只有在90年代初采用的毛勒伸缩装置不漏水，近几年改进后的模数式伸缩缝也基本不漏水，其他均漏水。所以以前修建的桥，伸缩缝下面的梁端和帽梁受水损害最严重。由于伸缩装置的型式及安装质量问题，造成该部位最容易损坏。除了毛勒伸缩装置、模数式伸缩装置之外，对伸缩量小于5cm的小变位伸缩缝，采用聚合物改性沥青弹塑体填充式伸缩缝，也能成功地解决伸缩缝漏水的难题。必须指出伸缩装置的锚固混凝土浇筑前必须对与主体混凝土的界面进行处理，涂以界面剂，保证界面的结合，防止水从界面之间渗入。
　　4）桥面雨水孔与水落管。桥面雨水孔与水落管的设置应该像屋面一样地严格，但是无论设计还是施工，都容易忽略。常见的问题主要表现在下面几点：收水口小，不能及时将水泄走；收水口标高高于周围标高，造成积水；收水口高出水泥混凝土表面，而且周围混凝土不密实，造成管周围漏水。所以必须低于水泥混凝土基面，以将沥青层间水排出；出水管过短，发生尿檐现象。从而导致收水口周围以及边梁外侧混凝土的破坏。
　　5）栏杆外侧与人行道的构造。栏杆外侧应设计为光滑的表面，底面设有止水槽，雨水能很快地顺外侧流向地面，而不应再流向边梁。设有人行道的桥梁，人行道的防水也不能忽视，防止雨水渗流到主梁。但有些设计忽略了这一点，雨水从人行道缝隙渗漏，沿外侧漫流，从而造成边梁翼板及外侧的污染和腐蚀。
　　6）梁端和帽梁的防水。由于伸缩缝很难保证完全不漏水，而伸缩缝的漏水对梁端和帽梁的损害又非常严重，所以对梁端和帽梁顶部也要进行防水处理。
　　7）对下部结构处在水位浮动处的部位，必须作特殊的防护处理。因为干湿交替的环境对混凝土的损害最严重，所以除了要做好防水、防腐混凝土外，还要进行涂装处理。
　　（4）改进支座与布置形式。目前简支梁结构的支座与布置形式必须改进，以减少上部结构的病害。
　　1）现有支座形式不适合伸缩缝间距桥垮太多，建议只布置三跨。这样每一联只有两道桥面连续只承受中间一跨的伸缩，可以避免连续缝的不规则裂缝。
　　2)如果保持伸缩缝100米的间距，中间一跨可以设固定支座，其他部位设滑动支座。
　　（5）桥头处理必须保持与主体的协调统一，应将防撞栏干等设施延续至堤岸，不宜在桥头只做警示桩类的设施。
　　4结束语
　　桥梁结构设计过程中，如桥面铺筑，排水防水等设施的耐久性设计经常人们忽视。从以往的工程实例看，往往是这些小部件的耐久性不足，导致桥梁整体质量出现问题。所以在桥梁耐久性设计中，各个环节都要得到足够的重视。只有这样才能保证桥梁的安全运营。