海洋环境混凝土桥梁防腐技术与耐久性设计

1、海洋环境混凝土桥梁防腐技术与耐久性设计第37卷第12期2011年4月山西建筑shanxiarchitecturevo1.37no.12apr.2011?177.文章编号:10096825(2011)12017703海洋环境混凝土桥梁防腐技术与耐久性设计卢昌明摘要:针对海洋环境混凝土桥梁的腐蚀问题,介绍了钢筋腐蚀与结构耐久性的关系及常用腐蚀防护技术,并结合现行规范和国内外相关资料,提出了混凝土桥梁耐久性设计要点.关键词:海洋环境,混凝土桥梁,腐蚀防护,耐久性设计中图分类号:u445.73文献标识码:a1概述在我国近海地区的桥梁中,常有因腐蚀防护措施不到位或耐久性设计不完善等原因,发生严重钢筋锈蚀

2、破坏而重建或加固的事例.根据jtg/tb070t一2006公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范的相关规定,海洋环境对应的环境作用等级为df级,即腐蚀程度为严重到极端严重.因此,在海洋环境中建设混凝土桥梁时,因钢筋腐蚀导致的结构耐久性问题必须引起我们的充分重视.本文介绍了钢筋腐蚀与结构耐久性的关系,以及目前桥梁上常用的腐蚀防护技术,并结合现行规范和国内外相关耐久性设计资料,针对混凝土桥梁提出了耐久性设计要点,以供海洋环境中的混凝土桥梁的耐久性设计参考借鉴.2钢筋腐蚀与结构耐久性的关系2.1钢筋腐蚀的危害3预报解释结果采集的trt数据,通过trt软件进行处理,获得p波,s波波速和地质层析扫描成像图等资

3、料,在成果解释中,以p波,s波资料和地质层析成像图为依据,结合地质勘测资料对此现象进行解释,结果如图2图4所示.4结语通过对地震波反射扫描成像三维图分析,结合地质勘察资料可以得出如下结论:1)里程dk25+300dk25+320段,该段与掌子面情况基本一致,围岩相对较完整,未发现异常地质变化,围岩参考等级为级.2)里程dk25+320dk25+370段,该段围岩较为破碎,节理裂隙发育,局部裂隙多含裂隙水,异常地质变化明显,推测为一断层,开挖时易塌陷,应加强支护,并做好防,排水措施,围岩参考等级为级.3)里程dk25+370dk25+385段,该段围岩相对较完整,未发现异常地质变化,围岩参考等级

4、为级.4)里程dk25+385dk25+400段,该段围岩节理裂隙发育,多呈张裂隙,裂隙多含裂隙水,开挖时易塌陷,应提前做好支护,钢筋腐蚀的具体危害主要归结为以下三点:1)胀裂破坏.由钢筋锈蚀后体积膨胀所引起的拉应力将使混凝土顺筋开裂,这将进一步加剧了钢筋的锈蚀速度.2)影响钢筋与混凝土之间的粘结性能.钢筋锈蚀后,将从胶结力,摩擦力和机械咬合力三方面弱化钢筋与混凝土之间的粘结.3)引起钢筋的应力腐蚀与脆断.2.2钢筋腐蚀与结构寿命的关系一般地,钢筋腐蚀与结构寿命的关系如图1所示.t.t.阶段,碳化前锋面逐渐到达钢筋表面或c1一在钢筋表面的浓度积累达到i临界值,钢筋钝化膜不再稳定,开始活化.tt

5、阶段,钢筋开始发生局部腐蚀,腐蚀产物积累膨胀最终导致混凝土保护层开裂.t:t,阶段,钢筋严重锈蚀,混凝土保护层大面积开裂,钢筋与混凝土粘结力逐渐丧失,导致计算简图彻底改变,结构承载力丧失.对于常见的海工混凝土结构使用年限预测模型,一般将临围岩参考等级为级.5)里程dk25+400dk25+470段,该段围岩相对较完整,未发现异常地质变化,围岩参考等级为级.参考文献:1刘玉山,陈建平.trt技术在鸟池坝隧道超前预报中的应用j.铁道建筑,2008(9):5961.2王明华,王国斌,利奕年.trt在岩溶隧道地质超前预报中的应用研究j.水资源与水工程,2010,21(5):4042.3王振卿何振起.t

6、sp203地质预报系统在岩溶地区的应用j.工程地球物理,2006,3(1):6063.4盛云华.tsp技术在黄龙寺隧道施工中的应用j.山西建筑,2010,36(i1):337338.5张景科,谌文武,雷启云.tsp203地质超前预报原理及精度提高的途径j.西部探矿工程,2005(7):101.103.6彭正勇.提高tsp超前地质预报精度的方法研究j.铁道建筑技术,2007(2):22.24.7丁国华,黄戡.tsp203探测系统在隧道施工地质超前预报中的应用j.中外公路,2005,25(2):107一l10.applicationofgeologicaladvancedpredictionint

7、heconstructionofxinglonggourailwaytunnelwangguan-yingabstract:usingtrt6000geologicaladvancedpredictionsystem,thegeologicaladvancedpredictionismadetoxinglonggoutunne1.thepredictionresultsarebasicallythesamewiththepracticalconditionsandprovidetechnologysupportingtothesafetyandefficientlyconstructionan

8、dtheavoidofseriousaccidentsforxinglonggoutunne1.keywords:railwaytunnel,construction,geologicaladvancedprediction收稿日期:201l-0l一14作者简介:卢昌明(1981.),男,工程师,深圳高速工程顾问有限公司,广东深圳518034第37卷第l2期?178?2011年4月山西建筑界锈蚀点t.或胀裂点:视作耐久性极限状态.棋基嵯堪辱结构寿命图l钢筋腐蚀与结构寿命关系图3常用腐蚀防护技术1)采用高性能混凝土.掺粉煤灰的低水胶比的高性能混凝土,与同水胶比的未掺粉煤灰的混凝土相比,氯化物的渗

9、透性能要低1个2个数量级.通过有效地提高抗渗性能,抑制碱集料反应及增强护筋效果,提高了混凝土耐久性.2)采用涂层保护技术.混凝土表面的涂层可以阻止氯离子侵蚀和混凝土碳化深入混凝土内部.常用的主要有聚合物改性水泥砂浆和渗透型涂层两种.3)采用钢筋阻锈剂.阻锈剂通过提高氯离子产生腐蚀的临界值来稳定钢筋表面的氧化物保护膜,从而达到延长使用寿命的目的.该技术被美国混凝土委员会(aci)确认为钢筋防护的长期有效措施之一.4)采用环氧涂层钢筋.环氧涂层钢筋利用环氧涂层与钢筋优良的粘结力,阻隔外界腐蚀介质对钢筋的侵入,从而延长混凝土结构的使用寿命.美国试验与材料学会的调查结果显示,采用环氧涂层钢筋可延长结构

10、使用寿命20年左右.鉴于其优点,杭州湾跨海大桥在腐蚀严重的浪溅区现浇墩身中采用了环氧涂层钢筋.但是,在涂层不完整情况下,局部锈蚀发展常常比无涂层钢筋还快.因此保证膜层的完整性是环氧涂层钢筋有效性的关键.5)采用纤维增强塑料(frp)筋.frp筋具有轻质,高强,耐腐蚀性强等优点.单向碳纤维束配合高性能混凝土使用,将彻底解决针对预应力钢筋的腐蚀所引起的混凝土桥梁破坏问题,并可使结构使用寿命长达100年.目前,经济因素是frp筋替代普通预应力钢筋的最大障碍,但在恶劣的海洋环境中建设桥梁时,其适用性和经济效益值得进一步探讨研究.6)采用阴极防护技术.阴极保护法(cp法)是最常用的一种电化学保护法,主要

11、有牺牲阳极cp法和外加电流cp法两种.近年来,阴极防护技术不仅应用于已受氯离子腐蚀的结构的修复,还应用于新建结构,并取得了良好效果.杭州湾跨海大桥作为我国首个应用阴极防护技术的钢筋混凝土结构,在南,北航道桥主墩承台,塔座及下塔柱处浪溅区,设置了外加电流阴极防护系统.采用全自动监控系统自动调节电量的方法,使结构钢筋始终处于阴极状态而不发生锈蚀,保证最少100年的使用年限.4桥梁结构的耐久性设计要点4.1严格控制混凝土的水胶比与强度等级影响混凝土结构耐久性的首要因素是混凝土的密实性,所以为了保证混凝土的密实性,首先要规定最大水胶比的限制.公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范提出以最低强度等级与最大水胶

12、比进行双控.此外,关于最小水泥用量,最大氯离子含量和矿物掺加料比例等限制规定,设计时应遵照执行.4.2严格选取最小混凝土保护层厚度一般来说,钢筋的锈蚀总是从最外侧分布筋及箍筋开始的,并能引起混凝土开裂和剥落.所以在耐久性设计中,混凝土保护层厚度的选取首先要考虑到分布筋及箍筋的需要,同时应充分考虑到保护层施工偏差的影响.故建议采用的保护层厚度,应该是规范规定的最小厚度与一定施工允许误差之和.4.3采用塑料波纹管和真空辅助压浆对于预应力混凝土结构,孔道的不密实极易造成高应力状态下预应力筋的锈蚀.为增强预应力孔道压浆的密实性,提高预应力体系的耐久性,桥梁预应力混凝土梁采用耐腐蚀,密封性能好的塑料波纹

13、管配合真空辅助压浆技术,作为预应力混凝土结构的耐久性措施之一.浆体性能是真空辅助压浆成败的关键,为此专门需根据公路桥涵施工技术规范进行了浆体配合比设计.浆体水灰比要求控制在o.30o.35,浆体强度不小于主体结构混凝土强度的80%.灌浆方向由下往上,灌浆速度控制在30l/rain45l/rain,当孔道各处浆体一致时,方能停止灌浆j.杭州湾跨海大桥的相关试验表明:采用高性能真空辅助压浆助剂配置的浆体和配套的压浆工艺进行真空压浆,孔道浆体饱满,密实,可有效提高预应力系统的耐久性.4.4采用多束少根的预应力束,对锚头采取多重保护增加钢绞线柬的数量,减少每束中的钢绞线根数,以减轻在单束遭受腐蚀或更换

14、时对整个桥梁的影响.对锚头至少采取四重保护,包括灌浆,带0形环的耐磨塑料锚帽,封锚涂层以及封锚混凝土.4.5加强构造配筋,防止和控制混凝土裂缝当混凝土开裂后,侵蚀速度将大大加快,使耐久性进一步退化.控制混凝土裂缝,除了按规范要求进行正常使用状态的检算外,更重要的是通过构造措施控制施工及使用过程中出现的大量非工作裂缝.重视水平构造钢筋和箍筋在控制温度裂缝和收缩裂缝中的作用,提高相应部位钢筋的配筋率和钢筋间距.4.6加强桥面防水设计,保证桥梁密水性桥面铺装应采用密实性较好的c30以上的混凝土,混凝土铺装层内应设置钢筋网,防止混凝土开裂,并采用复合纤维混凝土和在混凝土中掺入水泥基渗透结晶材料.桥面铺

15、装层顶面应设防水层,特别是负弯矩段更应十分重视防水层设计.加强泄水管及伸缩缝处的细部排水设计,防止水分从该处渗入梁内.对阶段施工的桥梁,各节段间应该用环氧树脂密封.尽量避免在桥面上开孔,不得已开孔时,应开锥形孔,以便于回堵.5结语海洋环境中的混凝土桥梁应根据所处的环境进行耐久性设计,这是接受无数工程经验和教训后,在桥梁设计时必须考虑的重要问题.提高结构耐久性,对节约资源和保护环境意义重大.桥梁设计者应根据以防为主的战略方针,选择最佳腐蚀防护措施,优化结构设计方案,以有效延长混凝土桥梁的实际使用寿命.参考文献:1张宝胜,干伟忠,陈涛.杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性解决方案j】.土木工程,2006

16、,39(6):7277.2吕忠达.杭州湾跨海大桥关键技术研究与实践m.北京:人民交通出版社,2009.3刘钊.桥梁概念设计与分析理论m.北京:人民交通出版社.2010.4floridadepartmentoftransportation.newdirectionsforndridapost-tensionedbridges-finalreportr.corvenengineering,inc,2002.第37卷第12期2011年4月山西建筑shanxiarchitecturevo1.37no.12apr.2011?179?文章编号:1009-6825(2011)120179.02桁架拱桥拓宽提

17、载技术研究查帅坤章亮亮摘要:针对桁架拱桥陈旧,老化,承载力及桥面宽度不足等问题,通过对前进大桥的病害成因进行分析,结合桁架拱桥的受力特点,对其进行拓宽提载改造,使得大桥荷载等级及桥面净宽均得到提高,达到了拓宽提载的目的.关键词:桁架拱桥,承载力,桥面宽度,拓宽提载中图分类号:u445.6文献标识码:a桁架拱桥具有结构刚度大,质量轻,节省材料,外形美观等特点,是一种受力合理及较为经济的桥型.但随着交通运输业的迅猛发展,交通运输量大幅度增长,行车密度及车辆载重日益增多,昔日建造的相当一部分桁架拱桥已经不能满足使用上的要求了.桥梁的陈旧,老化,承载力不足这一全球性的问题引起了世界各国的高度关注,并提

18、高到了刻不容缓的议事日程上.为此国内外都在桥梁加固改造方面做了大量的研究和实践,积累了很多宝贵的经验.桥梁的加固方法可以简单归纳为:增大截面加固法,粘贴钢板加固法,粘贴纤维复合材料加固法,体外预应力加固法和改变结构体系加固法等.每种方法各有其优缺点及使用范围,本文介绍了前进大桥原有结构病害成因,加固前大桥现状评定结论,并以此为依据综合采用增大截面加固法,粘贴钢板加固法和整体式桥面板拓宽技术对大桥的拓宽提载技术进行研究.1前进大桥概况前进大桥位于江西省上饶市信州区境内,横跨丰溪河,连接水南街和三江片区,是上饶市中心城区一座重要的交通枢纽桥梁(见图1).前进大桥于1984年5月建成通车,全长267

19、.852m,上部结构为6孔等截面悬链线桁架拱桥;下部构造为扩大基础配重力式桥墩及u形桥台.原设计主拱圈净跨径为40m,净矢跨比为./l.:1/8,桥面净宽:净.7+21.5m人行道.原设计荷载等级为:汽车.20级,挂车一l00,人群一3.5kn/m.上饶三江桥-!一一一_一r一一图1桥型布置图(单位:cm)2桥梁病害及成因分析2.1桥面系病害及成因分析前进大桥的桥面系由桥面铺装,人行道及小空心板组成.1)各跨桥面中心线处均存在一条纵向裂缝,裂缝由拱脚处往跨中发展,延伸至距拱脚10m左右的位置;桥面存在多条横向通长裂缝;2)人行道板表面砂浆沿着人行道板接缝处纵,横向开裂;人行道部分栏杆柱及扶手混

20、凝土脱落,露筋锈蚀.桥面板由多块小空心板纵,横桥向拼装而成,而原有桥面铺装层较薄弱,配筋较少,极易在空心板间铰缝处产生纵,横向裂缝.2.2桁架拱片病害检测及成因分析大桥桁架拱片的病害主要包括以下几个方面:部分斜腹杆中点存在环向开裂现象,上弦杆跨中竖向开裂实腹段存在多条竖向裂缝;剪刀撑十字节点连接处存在环向开裂,剪刀撑横梁中点存在环向开裂.前进大桥为斜拉式桁架拱桥,理论上斜腹杆以承受轴向拉力为主,而实际上斜拉杆与上,下弦杆间为固结,将在节点处产生正,负弯矩,使斜拉杆承受超过混凝土极限强度的拉应力而开裂.2.3空心板病害检测与成因分析全桥空心板局部存在纵横交错的裂缝,造成空心板开裂的主要原因为混凝土标号较低,空心板配筋量不高,局部因混凝土抗拉能力不足产生裂缝.2.4桥梁墩,台病害检测及成因分析桥台主要病害为:桥台前墙存在两条水平裂缝;台帽竖向开裂,且发展至桥台前墙;侧墙存在两条水平裂缝;桥台侧墙存在一条自上而下,与水平线成45.角的剪切裂缝.桥台混凝土标号较低,且台身较高,前墙局部位置因混凝土抗拉能力不足产生水平裂缝,裂缝进一步发展导致桥台侧墙开裂.3大桥现状评定3.1大桥技术承载能力评价应用midascivil软件对大桥加固前进行结构验算后确定,大桥