中小跨径混凝土桥梁耐久性状况评估方法探讨

杨传国

摘 要：近年来随着经济社会的发展，交通量越来越多，车辆荷载越来越重，造成桥梁劣化现象越来越严重，我国是桥梁大国，已建成各类桥梁近80万座，其中中小跨径的混凝土桥梁占有很大的比重，如何评价中小跨径混凝土桥梁耐久性状况，预估其剩余使用寿命，同时将有限的养护资金发挥最大的经济效益值得我们思考。

关键词：中小跨径桥梁；缺损状况；无损指标；耐久性状况评价

中图分类号：U445 文献标志码：A

1 问题研究背景及意义

桥梁不可能永久完好，不管使用何种结构形式，采用什么样的材料，桥梁都会出现老化，有很多因素都会使其老化，如桥梁结构形式、桥梁的施工质量、大气环境、交通荷载作用等等。我国已建有各类桥梁近80万座，中小跨径桥梁占很大比重，荷载试验是评价桥梁承载能力最直接的方法，但是荷载试验需要花费大量的人力、财力且需要中断交通，无法大量普及，因此亟需一种中小跨径桥梁耐久性状况评估方法，预估其剩余寿命，笔者长期从事桥梁检测和承载能力评定工作，结合多年检测检验，探寻一种简单的中小跨径混凝土桥梁耐久性状况评定方法。

2 中小跨径桥梁耐久性状况评估

中小跨径桥梁结构类型简单，受力体系明确，其耐久性状况评估可根据桥梁的建造年代、运营环境、缺损状况及无损指标综合评定，通过对各项指标评定其标度并根据标度对应其权重，采用多指标分级加权评定的方法评价耐久性。

2.1 桥梁建造年代

随着经济社会发展，交通量越来越多，交通荷载越来越重，桥梁设计规范经过几次修改，从《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTJ 023—85）规定的设计荷载汽-10、汽-15、汽-20，验算荷载：履带-50、挂-80、挂-100，到《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021—89）增加汽-超20，再到最新的《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）规定设计荷载：公路-I级、公路-II级，随着规范设计荷载的变迁，不同时期建造的桥梁其设计承载能力不同，因此对桥梁耐久性状况评价时应考虑其建造年代，参考表1对其建造年代进行评价。

2.2 运营环境

根据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476—2008）要求，混凝土结构所处环境按其对钢筋和混凝土材料的腐蚀机理分为5类，见表2。

根据表2，参考表3查取相应的运营环境耐久性状况指数权重。

2.3 缺损状况

桥梁的缺损状况主要参考裂缝及混凝土破损状况，裂缝是钢筋混凝土桥梁最常见的劣化现象，也是导致钢筋内部锈蚀的主要原因，裂缝类型分为结构裂缝（受力裂缝）和非结构裂缝（非受力裂缝）两种，结构裂缝由静荷载及活荷载所造成，所有裂缝都是受拉产生的，但是根据结构受力体系，一般将裂缝分为受弯裂缝和剪切裂缝，对于裂缝宽度的限值，各国为了满足耐久性的要求作了不同的规定，参考我国《城市桥梁养护技术规范》（CJJ 99—2003）和《城市桥梁检测与评定技术规范》（CJJ/T 233—2015）对裂缝宽度限值的规定，对裂缝进行评价。

缺损状况耐久性状况评价指数γ权重取值表见表4。

2.4 无损指标

2.4.1 碳化

混凝土中的水泥水化物呈强碱性，随着环境的侵蚀，空气中的CO2和水分子与混凝土的碱性成份缓慢发生化学反应，致使混凝土逐渐失去碱性成份，变成中性，这叫做碳化。因此，对于长期处于潮湿环境的桥梁结构来说，通过检测其混凝土的碳化深度，并结合钢筋的混凝土保护层厚度状况，可以评判混凝土碳化程度。

2.4.2 强度

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）规定，采用回弹法对混凝土强度进行强度检测。根据实测强度推定值或测区平均强度值计算其推定强度匀质系数Kbt或平均强度匀质系数Kbm，并按表5的规定确定混凝土的强度评定标度。

2.4.3 钢筋锈蚀电位

当混凝土处于一个高碱性环境，混凝土中液体pH值为13左右时，由于氯化物或碳化，钢筋发生锈蚀。锈蚀过程中，在表面形成阳极区和阴极区，导致离解，因此，电势越高，通常腐蚀率也就越大。

对于钢筋锈蚀电位检测采用《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）判别，見表6。

无损指标根据其碳化、强度和钢筋锈蚀电位评价标度综合进行评定，如某一项指标达到3类或3类以上，按最差状况进行评定，其耐久性状况指数参考表7。

通过构建一个耐久性状况评价折减指数ζ的函数，其主要与4个指标有关，建造年代、运营环境、缺损状况及无损指标，见下式：

ζ=f（α、β、γ、δ） （1）

3 某工程实例

某市滨湖区三跨简支混凝土桥梁，桥长57.0m，跨径组合为10m+30m+10m，两边跨上部结构为普通钢筋混凝土结构，中跨为预应力混凝土T梁，下部结构桥墩采用桩柱式结构，基础采用钻孔灌注桩，桥台采用重力式结构，台身采用浆砌块石材料，该桥建于20世纪90年代中期，目前，交通状况繁忙，有公交车通行，桥头两端设有10t限载标志牌，该桥主要病害有：两边跨桥梁跨中L/4～3L/4区域出现大量横向裂缝，裂缝最大宽度0.42mm；两边跨桥面铺装存在3条纵向裂缝，裂缝对应铰缝位置且铰缝通常渗水。

根据上述内容，该桥其建造年代耐久性状况评价指数α取0.90、运营环境耐久性状况评价指数β取0.96、缺损状况耐久性状况评价指数γ取0.88、无损指标耐久性状况评价指数δ取0.98，再根据公式（1），其耐久性状况评价折减指数ζ为0.75，根据笔者经验，耐久性状况评价折减指数ζ在0.95～1.0为好，在0.85～0.95为较好，在0.70～0.85为合格，在0.60～0.70为较差，在0.60以下为差。

4 总结与展望

通过对桥梁耐久性状况进行评估，掌握桥梁退化性能和程度，预估桥梁剩余使用寿命、保证桥梁的安全运营，有利于养护部门合理安排养护资金，随着人工智能的发展，神经网络技术已在桥梁耐久性状况评价部分应用，这是耐久性状况评估方法的发展趋势。

参考文献

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