中国混凝土病害诊治研究院：兼谈桥梁_混凝土结构耐久性和系统性

摘 要：桥梁的安全性和耐久性一直是业内关注的焦点，而影响桥梁安全性和耐久性的因素很多，是一个系统工程。笔者近年来一直从事混凝土桥梁的技术咨询与研究工作，发现了大量普遍存在却又最容易被忽略的问题，这些问题直接给桥梁的长期安全运营留下隐患。结合实际，文章对工程规划、结构设计、专业规范制定的严谨性以及建筑施工中常出现的一些错误认识与做法进行了剖析与总结，并提出相应的应对与改进措施。同时文章也指出，工程在使用过程中的管理与维护也至关重要，一些关键节点的工程质量不容忽视，定期检查，及时整改，确保万无一失，防患于未然。

引言

世界范围内，桥梁耐久性一直是一个广为关注的问题。由于混凝土质量而造成的桥梁安全事故和安全隐患屡屡皆是。2011年7月11日，江苏盐城境内328省道通榆河桥发生垮塌，两辆货车坠落，该桥梁位于通榆河与淮河入海水道交叉处328省道上，该桥1997年3月通车，不足15年。同年7月14日，位于福建南平市的武夷山公馆斜拉大桥突然断裂坍塌，桥上一辆旅游大巴在事故中坠落，造成1人死亡，22人受伤。该桥是通往武夷山景区的主干道，1999年11月开通，不足12年。在福建武夷山公馆斜拉大桥发生重大塌陷事故后不到17个小时，连接杭州主城区和萧山、滨江两区的重要交通要道杭州钱江三桥也发生桥面塌落事故。警钟一次次敲响，而每一次灾难都使人们不禁要问：这是怎么了？真的不可避免吗？近年来，笔者作为本地和河北几条高等级公路施工的技术顾问，一直深入一线，针对在建和已建桥梁的健康状况进行了大量调研，感触和收获颇多。造成桥梁耐久性不足的因素众多，这里结合笔者的一些认识，浅谈一下影响桥梁混凝土耐久性的因素，以期抛砖引玉。

1 桥梁耐久性现状

对于桥梁耐久性问题，很多人都没引起足够的重视，基本停留在概念上。笔者每年都会利用冬季对环渤海区域的桥梁进行健康状况调研，取当地的水样进行化学分析，对重点桥梁进行跟踪，调研的结果大大出乎意料！耐久性危机极其严重！！！远远超出人们的想像。

2 桥梁规划所出现的问题

城市规划是城市发展之本，是国民经济与社会发展总体规划在城市经济社会发展中的具体化，是城市建设发展过程中的具有刚性制约作用的”宪法”。城市规划确定了城市在产业发展、功能分区、资源配置、交通安排、环境设计等各个方面的发展思路与综合计划安排。但我国很多地区长期以来缺乏长远的战略规划，造成的经济损失超过自然灾害。上世纪末，某地历时两年，在一主要交通干线上修建了一座立交桥，耗资两亿多人民币，当时由于交通限行给人们的日常工作和生活造成了很大不便。桥通行后，获得市民一致赞扬。但桥运行一年多竟然拆了。拆除时同样进行交通限行，耗费巨大资金。原因很简单，要修轻轨，结果怨声载道。市民不禁要问：规划部门早干什么去了？造成如此巨大的损失谁来埋单？还有就是盲目的攀比、虚荣心作怪。有些人很崇尚最大！最高！最长！……，体现在工程上，只是盲目扩大规模，而不是技术创新，浪费国家有限的资金，由此造成的巨额损失远超人们想象。

3 设计上的问题

3.1规范的引用

设计是龙头，施工、监理的依据就是规范和设计要求，设计起着关键性的作用。目前国内建设的现状是工期紧，任务重，突击建设。这导致设计人员整天忙于完成设计任务，无暇认真研究新规范，学习新技术、新材料，往往是工程设计图基本照搬以前的设计，略作修改，而设计规范不断更新，结果要么就是设计与现行规范不一致，要么就是从规范上照搬几条，而不考虑结构所处的环境、气候、技术水平现状，让后续的施工、监理无所适从，从设计之初留下隐患。

比如《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)明确提出100年设计基准期的要求，2006年《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTG/T B07-01-2006)颁布实施可以理解为规范JTG D62-2004的细化要求，从防腐规范上我们可以看出，不管在内陆还是沿海、南方还是北方，尽管劣化模式不同，都必须考虑腐蚀因素。而一些设计人员，只简单理解为沿海地区需要防腐，其他地区无需考虑。

另外，许多设计人员对基础腐蚀作用，还在沿用三级防腐要求。对腐蚀性等级的划分，国家现行标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）和《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-2008）均规定为强、中、弱三级。腐蚀性等级的概念可理解为：等级为强时，材料腐蚀速度较快，基础构配件必须采取表面隔离性防护，防止与腐蚀介质直接接触；等级为中时，材料有一定的腐蚀，可采用提高构配件自身质量措施（如混凝土提高密实性，钢筋加厚混凝土保护层，石砌体提高砂浆强度等级等）或采用简单的表面防护；等级为弱时，材料腐蚀较慢，但还需采取一些措施，一般采用提高自身质量即可。但这些要求还是定性的，已经远不能满足桥梁耐久性的要求，在《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG T B07-01-2006）已经从定量角度规定的很清楚了。

3.2规范的要求合理性

规范是对既有经验的总结与提炼，同时又要体现一定的先进性。但由于我国对耐久性，对高性能混凝土的认识与经验的积累尚有不足，难免在具体问题的处理上有失偏颇，进而适得其反。比如，在《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG T B07-01-2006）和《公路桥涵施工技术规范》（JTJ/T F50-2011)中都有明确的要求，建议C50混凝土胶材用量不超过450kg/m3，这在欧洲没问题，在国内行不通。这一条是从欧盟的规范中引用的，但问题是，国外的集料是反击破的，国内大多是鳄破加锤破，粒型、针片状差异巨大，国外可以做出来，国内就难度极大，即便做出来工作性也很差。

还有碱含量的要求，几乎所有的桥涵设计与施工规范中还都要求特大桥碱含量不超过1.8 kg/m3，实际上几乎没有操作性，很不现实，也根本没有必要，类似的问题还有很多，这些实际上对桥梁质量并未起到积极作用！

3.3桥型的设计

桥型的选用不仅影响着造价、市容，更影响着其安全性与耐久性。10～20年前，曾一度流行独柱桥（图2），这种桥节约造价、空间通透，但不足之处也很明显：抗扭能力差，一旦偏心受压容易失稳。在沿海地区，进出港的车辆超载严重，考虑到实际情况，尽量不要选用独柱，或是独柱与双柱间隔开，可以兼顾安全性与经济性。

3.4细节的处理

细节决定成败，千里之堤溃于蚁穴。在对桥梁健康状况调研过程中发现，几乎所有的桥梁伸缩缝和泄水管密封处都不同程度地存在漏水现象，几乎所有沿海地区的墩柱根部都存在被腐蚀问题。针对此，在设计之初，就要考虑防渗、防腐，应该所有伸缩缝部位的盖梁、墩柱进行整体的涂刷保护，墩柱地表上下1米范围内进行涂刷保护。作为一个系统，应该所有的不可更换构件尽量同寿，才能最大幅度地提高能源和资源的利用率。

加厚钢筋保护层是延长钢筋混凝土使用寿命的有效措施，定位块起到了关键作用，有些设计图纸直接就设计了定位块的类型。初衷是好的，但定位块的选用不当却直接影响着结构的耐久性。图5是常用的水泥砂浆块，而图6用的是塑料定位块。在低强度等级的混凝土中，用塑料定位块问题不大，而高强度等级的混凝土却是不可以的，原因是混凝土强度越高，水胶比就越低，其中的砂浆就越粘稠，塑料定位块中的空隙很难填实，结果成了有害成分的通道。

另外还有很多需要注意的细节，比如防撞墙外侧、边梁、边板、盖梁、冒梁等部位设滴水檐，结构外形平顺以利于水的排除等，措施虽细小却起大作用。

4原材料选用问题

4.1骨料的问题

混凝土是土木工程应用最广泛的材料，而砂石则是混凝土中用量最大的材料，也最容易出现问题。工程上，石料常常选用”连续级配”，但实际上，所谓的连续级配往往是在石料厂大小石子随意一掺，质量可想而知。而且这样的石料运到搅拌站，一卸料就离析，造成混凝土质量极不稳定。应采用不同粒径的石料进行人工配制，实现连续级配，以保障混凝土的质量稳定。

砂同样存在诸多问题，比如有些搅拌站，对于含石量很高的砂，要么就是不扣除卵石量，直接结果就是砂率变小，混凝土和易性变差；要么就是将卵石充抵一部分碎石，结果是造成混凝土强度降低，正确的做法是要过筛。

有资料表明，同样的配比，良好的级配与不良级配，工作性相差非常大，强度可以差10MPa，足见级配的重要性。我国以前的规范都使用圆孔筛，而国际上一些先进国家，如美国、日本、英国、欧盟等的骨料试验均采用方孔筛。为继续沿用原来的研究成果，我国采用方孔筛对应圆孔筛。表1为方孔筛和圆孔筛的对应关系[1]。

而在《公路工程集料试验规程》（JTJ 058-2000），竟然发生了方孔13.2 mm对应圆孔16.0 mm，16.0mm对应19.0 mm 的错误。虽然此规范已经废止，但由于一些规范性的文件都以此为参考，使部分技术人员的相关技术知识认知受到影响。

4.2胶凝材料的问题

水泥是混凝土中最关键的材料，直接影响着混凝土的各项性能。目前，工程建设追求进度、追求强度的倾向依然很明显。为了追求进度，追求早期强度，即便夏季施工，依然选用早强水泥，可以保障早期强度，可以7天甚至5天进行预应力梁的张拉，但早强水泥塌落度损失大，不利于施工，即使拥有再好配合比的混凝土，如果混凝土各项性能达不到，何谈质量？

掺合料在混凝土中的作用至关重要，没有掺合料无从谈起高性能混凝土。很多地方对掺合料的认识依然很有限，认为掺合料不能替代水泥，极大限制了混凝土技术的进步。有些地方盲目迷信硅粉，连桩基里都掺加，结果导致操控困难、塌损严重、结构开裂。掺加硅粉要求很多，而且桥梁结构掺加硅粉的必要性并不很大，应该慎用。

4.3外加剂的问题

外加剂的使用是混凝土技术的一大进步，对混凝土的性能提高起到了关键作用。但是，错误地使用外加剂不仅起不到应有的效果，反而适得其反。沿海地区结构特别重视混凝土和钢筋的防腐，结果有些桥梁即大规模使用阻锈剂，甚至连桩基也用上了。众所周知，钢筋的锈蚀必须具备以下几个条件：存在电解质、氧气和电位差，三者缺一不可。而桩基处于地面以下，氧气的供应极其有限，特别是在沿海地区的软泥环境，渗透系数极低，氧气和盐分供应量极低，基本不存在锈蚀隐患。浙江大学作过专门检测，也证实了以上观点[2]。另外，目前的阻锈剂大多是亚硝酸钙，也有用亚硝酸钠的，亚硝酸钠会诱发碱集料反应，不能用。而亚硝酸钙也是早强剂的主要组分，钙离子具有促凝作用，会加快混凝土塌落度的损失，而桩基混凝土，一旦塌损过大，将造成重大的经济损失。

5 施工养护过程的问题

5.1配合比的设计与调整

常规的混凝土配合比设计一般参照《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)进行，根据强度定水胶比，根据工作性定用水量，再根据减水剂的减水率扣除部分用水，然后定掺和料取代量，接着按部就班定其余材料用量，最后在上下浮动水胶比固定用水量做对比配比，建筑工地基本都这样做。这样的配比还是基于强度来设计的，但由于现行规范要求混凝土按耐久性设计，强度只作为其中一个指标，配比必须由专门的检测或研究机构确定。有些业主和监理很迷信检测或科研单位，明确要求批复的配合比不能改动，要严格遵守，结果导致现场混凝土性能出现不稳定性。混凝土原材料是不断变化的、环境也是不断变化的，配比相应调整是必须的。但要掌握一定的原则，比如征得原配比设计单位和监理同意 ，如果维持水胶比不变，可适当调整砂率和外加剂用量，问题即能得到很好的解决。

5.2塌落度的控制

施工中混凝土塌落度的选用也是常出现的问题，对结构质量而言，在保障能顺利施工的前提下，塌落度越小越好，如不能保障施工，就无从谈起质量和耐久性。以桩为例，施工人员总要求流动性越大越好，桩的强度一般不高，粉料用量不会太多，塌落度太大很容易离析，造成骨料与浆体的分离，断桩、废桩屡屡发生。而对于预制箱梁，往往走向另一个极端。很多地方要求塌落度在9-12cm，这是很多年前的要求，现在已经不合适了。原因是什么？以前的混凝土是不用外加剂的，工作性能只能靠水来调节，塌落度大意味着用水量大，振捣就容易离析，因而塌落度不能太大，另外，早期的桥梁荷载等级低，跨度小，含钢量低，钢筋间距能满足这样的混凝土浇筑。但现在不同了，随着材料科学的发展，外加剂的出现使混凝土即便大塌落度也不容易离析，随着梁的跨度越来越大、荷载等级越来越高，梁体含钢量越来越大导致钢筋间距变小，再加上采用预应力技术，沿桥向几道波纹管的存在使混凝土的浇注就更加困难。另外小塌落度的要求，外加剂的应用等，导致混凝土粘稠度增加亦增加了施工难度。建议采取的措施是保障用水量不变，通过外加剂添加适当增加塌落度，16-18cm是一个比较好操作，同时又能保障混凝土质量要求的塌落度。

5.3混凝土的养护

对现在的高性能混凝土，养护至关重要。笔者在长年的技术工作中，一直很注意在各地调研当地混凝土桥梁的耐久性状况。结果发现天津本地的桥梁墩柱与相同环境下周边地区相比腐蚀较严重。虽然施工过程控制是一样的，基本24小时拆模，但由于天津本地桥梁混凝土用掺合料，而周边地区一直限用掺合料。相对而言，现在的混凝土掺加了大量的掺合料，对养护要求就更高。因为掺合料的活性需要一段时间的激发，养护不好，强度和耐久性都无从谈起，而不用掺合料的混凝土强度增长较快，同样粗放施工养护敏感性差一些。这并不是说不用掺合料好，而是对掺入掺合料的混凝土一定要注意养护，这是业内的共识，但也容易被忽略，毕竟施工人员并不是这方面的专家。

另一个很容易被忽略的是桥面板、路面的养护。冬夏季施工最容易出现的问题就是养护不到位。冬季施工，温度低，混凝土强度增长较慢，而且冬季往往风速大、空气干燥，混凝土表面失水快，失水结成硬壳并产生很多细裂纹。夏季施工也有类似现象，夏季使用过多的缓凝剂，混凝土表面硬化慢，如果不重视养护，失水形成硬壳，内部还是软的，表面开裂逐步形成通裂。因此无论冬季还是夏季混凝土养护过程中保温、补水是关键。天津某高速桥现浇梁，就因为桥面板没养护好形成很多细裂纹，部分形成通裂，最后被全线通报，凿除了，直接加间接经济损失2000多万元。

预制箱梁的养护也是一样，图7是错误的养护方法，而图8则是正确的，养护对混凝土结构的性能影响是很大的，必须引起注意。

6 管理维护的问题

建筑桥梁使用过程中，超载在很多地区，特别是沿海地区，是常见的问题。一方面超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，最终引发结构破坏事故。另一方面，由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。2009年7月津晋高速公路塌桥的直接原因就是由于有五辆超载重货车逆行进入匝道桥，致使桥体重心偏移，瞬间坍塌，造成了车毁人亡桥塌的重大事故，相关管理部门必须切实整治超载，才能保障路桥在正常条件下工作和运营。

另外，维护问题也是相当突出的。特别是早期修建的桥梁，当时由于资金短缺、桥梁设计荷载标准低、施工工艺落后、技术管理不严格，造成施工质量不高。超限车辆通行后，桥梁结构部分发生变形、裂缝、甚至沉陷、断裂等。所以，强调维护，及时治理整改缺陷，是保障桥梁耐久性的关键，特别是一些细节问题，如泻水口、伸缩缝、桥墩根部的维护、治理，直接影响桥梁的健康，却往往被大家忽略。

7 结语

文章最后，笔者还必须强调：设计、施工、养护、管理等任何一个环节出现偏差都会影响结构的安全、耐久性能，因此需要加强培训和现场指导，从各个环节保证混凝土的施工质量。针对具体工程编制专项工程施工技术方案，并进行详细的专项工程施工技术方案交底和安全技术交底，使工程技术人员、现场管理人员和操作工人统一认识、保障各工序的衔接，是保障结构混凝土质量的强有力措施之一。

参考文献

[1] 普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准（JTJ52-2006）[S]. 北京:中国建筑工业出版社. 2006

[2] 侯敬会,宋志刚, 金伟良. 滨海土壤环境下混凝土方桩的耐久性[J].混凝土.2005 年第2 期