滨海环境下混凝土桥梁耐久性设计与措施

马颖　张毕超

摘要：海港工程混凝土结构必须进行防腐蚀耐久性设计，保证混凝土结构在设计使用年限内的安全和正常使用功能。文章通过某跨海桥工程实例，分析混凝土结构在海洋环境下的受腐蚀机理，探讨桥梁各结构部位应采取的具体耐久性设计与措施。

关键词：滨海环境；混凝土桥梁；腐蚀机理；耐久性设计

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）11-0014-02

1 概述

长久以来，混凝土结构一直被公认具有非常好的耐久性。直到20世纪70年代末，发达国家才逐渐发现已建的混凝土结构基础设施工程在某些环境下出现了过早损坏。海潮环境对混凝土桥梁而言是一种恶劣的生存条件，在桥梁运营过程中，结构不仅承受正常运营荷载，还承受着海潮环境的侵蚀，大部分混凝土桥梁在使用10年左右即出现钢筋锈蚀等病害，耐久性问题十分严峻，已经影响到其正常使用功能。据统计，我国桥梁、港工、水工等混凝土结构的耐久性问题也非常严重，一般建成后8～12年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂而需要大修，严重的不得不拆除重建。如某国家重点工程十万吨级矿石中转码头不到10年就不得不进行腐蚀修补，造成的损失令人痛心。

因此，海港工程混凝土结构必须进行防腐蚀耐久性设计，保证混凝土结构在设计使用年限内的安全和正常使用功能。本文就滨海环境下某特大海湾桥梁混凝土结构防腐蚀技术措施进行说明论述。

2 工程概况

特大桥路线全长4.4km，其中，桥梁全长3.32km，主桥长860m，侧引桥长均为1.23km。主桥全宽33m，引桥全宽30m，大桥高约45m。大桥采用六车道一级公路标准，设计时速为80km。该桥主桥为64.5+150.5+436+150.5+64.5m双塔双索面钢箱梁斜拉桥，引桥全长2460m，采用30m、40m逐孔现浇预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用倒花瓶型双柱式桥墩，钻孔桩基础。抗震方面的设防烈度是7度，能抗100年一遇的大风，并可以抵御300年一遇的潮水位。

工程所处海湾具有潮差高、风浪大、海流急等特点，是弱碱性咸水；因为地形和潮汐的影响，使得海潮平均最大流速达到2.7m/s以上；海水实测含砂量较大，其使用环境条件十分恶劣。

通过对工程周边在役混凝土结构腐蚀情况的调研，发现混凝土结构劣化的主要原因并不是碱骨料反应、混凝土中性化、海洋生物、硫酸盐侵蚀等因素，混凝土结构的耐久性主要取决于结构的抗氯离子性能。由于氯盐侵蚀而导致混凝土结构发生钢筋锈蚀，进一步引发体积膨胀，最终导致混凝土剥落，致使结构发生破坏。

3 海洋环境防腐蚀技术

3.1 海洋环境桥梁规范规定

海洋环境系指海上和受潮水影响的河口。咸水湖泊和有盐、碱、酸腐蚀等特殊地区的桥梁施工可参照规定执行。海洋环境桥梁应配制具有高抗渗性、高抗裂性和高工作性的海工耐久性结构混凝土。海洋环境钢结构防腐施工应确保材料的品质和适宜的施工工艺。海洋环境施工应符合环保要求，防止对海洋环境的污染。海洋环境施工受风、浪、流条件影响，应制定和执行安全生产的一系列规程，确保安全。

3.2 “胶囊”方案

在混凝土桥梁各构件，如桥墩、承台、桥台等接触海水较多较长时间的部位，部件钢筋骨架之外的保护层中可埋入溶解性防腐蚀剂胶囊，具体作用机理如下：50cm保护层中部可撒入防腐蚀剂胶囊，海水浸入时，溶解胶囊，防腐蚀剂扩散，分散到混凝土中，形成一片防腐蚀区域，抵挡海水的再次腐蚀。这种胶囊可以批量制造，在混凝土与海水接触的桥梁关键部位布置。但是埋入操作较为困难，可配备专业技术人员操作。

3.3 耐久性措施

本工程依据结构所处具体位置和腐蚀环境，划分不同侵蚀作用等级，并制定相应的混凝土结构耐久性措施，主要包括基本措施、附加措施、监测措施等。

基本措施：本工程混凝土结构均采用海工耐久性混凝土。主要以氯离子扩散性能、高抗裂性能、高工作性能为参数，对海工耐久混凝土的原材料、配合比设计及工作性能、施工控制等提出了具有特色的控制要求。多座国外大型海上工程除设置适当的钢筋保护层厚度外，并采用双掺高性能混凝土基本措施，从而保证混凝土结构设计使用年限，如丹麦-瑞典厄勒海峡工程、美国佛罗里达的“阳光”大桥、英吉利海峡隧道等。

附加措施：主要包括混凝土结构表面防腐涂装、渗透性控制模板、预应力筋保护、钢筋阻锈剂和局部使用环氧钢筋等耐久性附加措施，根据不同的部位和环境采用不同的措施。如在斜拉桥主墩承台和浪溅区的下塔柱采用欧洲标准EN12696-2000《混凝土结构中钢筋的阴极保护》进行了外加电流阴极保护系统设计。

监测措施：为了掌握大桥混凝土结构脱钝前锋面的发展进程，确认混凝土结构耐久性防护措施的有效性，对大桥的使用性能和寿命进行可靠性的预测和评估，特设置了预埋式耐久性监测系统。

4 结语

上述研究成果，成功地解决了本工程混凝土结构耐久性的技术难题，是耐久性基本理论研究与试验研究相结合的成功范例，这对混凝土结构维护与再建成本控制以及与节能减排、环境保护和社会的可持续发展都将产生巨大的经济效益和社会效益，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]季辉，徐永利.海工钢筋混凝土结构防腐蚀技术研究现状及应用[J].公路，2009，（9）.

[2]majun.Design for Durability against Anticorrosion for Bridge on Binhai Highway[J].Northern Communications，2007，（4）.

[3]中华人民共和国交通部.海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范（JTJ275-2000）[S].北京：人民交通出版社，2001.

[4]潘德强.海水环境中混凝土结构防腐蚀耐久性设计[J].水运工程，2001，（8）.

作者简介：马颖，女，陕西人，中交公路养护工程技术有限公司工程师，硕士，研究方向：桥梁结构分析。

（责任编辑：周 琼）