对桥梁桩基耐久性问题的探讨

蒋广新

摘要：在研究国内外关于混凝土结构耐久性研究最新动态的基础上，分析了影响桥梁桩基耐久性的主要环境因素，提出对桥梁桩基耐久性问题研究的一些思考。

关键词：耐久性；桥梁桩基；环境因素；桥梁工程

桥梁基础工程常用到桩基础，由于桥位的特殊性，桥梁桩基受环境因素的作用较大，存在着耐久性不足的危险性。因此桥梁桩基耐久性应在不同学科、不同的层次上分微观和宏观两方面进行研究，其中环境因素对桥梁桩基耐久性的影响及其量化、桥梁桩基耐久破坏过程的力学机理、基于结构可靠度分析上的桥梁桩基耐久抗力计算理论以及已有桥梁桩基的残余寿命评估计算等问题，是当前桥梁桩基耐久性研究中最亟待解决的重点研究方向。

实践证明，桥梁桩基有如下优点：在河床冲刷深度不易计算，河床冲刷较大或河床不稳定的情况下，桩基仍能满足使用需要、能支撑桥跨结构传来的竖向荷载和水平荷载并具有抗拔力、能减少沉降量；另外在软土地区，桩基能穿越上部软土层，将荷载传递到深处坚实的土层或基岩上，因此，它在桥梁工程中得到广泛的使用。从这点出发，探讨桩基的设计理论、耐久性以确保其使用的长期安全性，一直是桥梁工作者十分关心的问题。传统的桥梁桩基设计理论从纯力学的角度出发，建立桩基的挠曲线方程并计算出任意桩截面上的转角、弯矩及剪力，按照偏心受压构件进行配筋和桩身强度验算。这种设计理论是以力学因素加以考虑，但其对于各种非力学因素，如环境因素，该理论并未囊括。实际上，一方面钢筋混凝土构件的稳定性和各种性能在各种非力学因素的作用下会逐渐衰减和劣化，最终导致逐渐丧失承载力而失效。显然，作为钢筋混凝土构件的桥梁桩基的耐久性必然受到影响。由于桥梁主要用于跨越河流或不良地基，桩基所处的环境涉及到水、河床有机沉积物、含有多种不利物质的软土等，桥梁桩基的使用环境较为恶劣。由此可见，非力学因素对桥梁桩基的耐久性具有很大的影响。另一方面，桩基的耐久性对桥梁能够长期地、安全地使用至关重要。因为耐久性影响混凝土构件使用“寿命”。桥梁桩基也不例外，由于耐久性不足所造成基础的损坏时有发生。

1我国桥梁设计中结构耐久性差的原因

1.1 缺失桥梁设计规范

在桥梁建设的过程中，各个方面的工作都需要有质量保证体系，其中最为重要的便是对桥梁设计行为的规范，只有在桥梁建设中，将一切都包容到行为规范中去，那一切的行动才能够有条例进行参照，一旦有了条例的限制，一切的工作便要以条例为准，按规定进行操作，不能随心所欲的进行修订和改变。目前，我国在桥梁建设中的各项制度都是以法律为前提的，这样便可以真正的对桥梁工程进行管理。但是，我们对这些规章制度的管理却是十分的不到位，甚至有一些规范已经不再适用当前的桥梁建设了，但却没有指定出新的规范。这些不到位的管理，直接导致了桥梁设计缺乏规范，各自成文，对桥梁设计中结构耐久性问题不加以重视，从而对桥梁工程建设带来困扰和制约。

1.2设计理论和结构构造体系存在缺陷

在桥梁设计中，由于国家的不重视，对设计人才的培养不到位，导致了设计人才的缺失，在所有的桥梁建设中，结构耐久性问题已经成为最现实的重要问题，在桥梁设计中，很多设计人员仅仅是从结构强度上进行设计，只是注重于经济和美观，很少有人真正的重视结构的耐久性问题，这种设计上的缺陷直接导致了桥梁质量的不达标，从而引发更多的质量问题。同时，结构构造与环境的的符合程度也比较低，由于环境条件导致的结构耐久性问题也非常严重。

2 影响桥梁桩基耐久性的环境因素

桥梁桩基的使用环境较其它混凝土结构的使用环境更为恶劣，因此环境因素对桩基耐久性的影响也较为突出。桥梁工程需要设桩基的情况，或是因为要穿越河床将荷载传递到基岩上，或是因为需穿越不良地基将荷载传递到深处坚实的土层上。而不同的地点土性不同，土所含的物质不同，地下水位或河道水位不同，因此，桩基使用环境的性质随着其所处的地点、区域的不同而有很大的差异；一年季节的变化也会造成一定的差异。另外，由于地下物质的生化作用，使用环境的性质还可能逐年恶化。所有这一切均会对钢筋起保护作用的混凝土产生影响，导致混凝土过早失去对钢筋应有的保护作用，最终影响桩基的耐久性。所以，在研究桥梁桩基的耐久性问题时，桩基的使用环境是一个必须加以考虑的因素。影响桥梁桩基耐久性的环境因素是多元化的，主要影响因素可分为以下几点。

2.1 土质因素

一般说来，所有的土均含有有机物（尽管其数量和种类千变万化）。有些土中含有氨基酸、碳水化合物、有机酸、油以及蜡；有些土中含有羧基、石碳酸氢氧基、酯、还可能有其它聚合体。这些物质的存在或是给土中的微生物提供养料，使微生物活动更为频繁，恶化桩基的使用环境，或是直接腐蚀混凝土，进而腐蚀钢筋。对于桩基穿越的软土来说，其除了含有非晶体或微晶体的水化铝、水化镁或水化铁的硅酸盐外，还含有其它各种物质，其组分十分复杂。这些物质对桩基耐久性的影响有待进一步研究。对于河床上的淤泥来说，其厚度因不断有新的河床沉积而常年变化，且沉积物质也千变万化。在水和微生物的作用下，不同层面的淤泥均会有较大的差异。所有这一切以及它们对桩基的耐久性的影响也有待进一步研究。对于桩基穿越的盐渍土，特别是含有大量易溶盐的饱和土，由于易溶盐在施工时极易渗入桥梁桩基常用的灌注桩中，对桩基的耐久性有较大的影响。而在桩基的使用过程中，桩身极易出现盐结晶，这对桩基的耐久性亦有较大的

影响。

2.2 河道水位因素

河道水位一年四季发生变化，对于采用高桩承台的桩基础来说，其对桩基的耐久性的影响就表现得更为突出。水上和水下的桩基，其混凝土碳化的程度不同，这种不均匀的碳化使桩基混凝土强度不均匀，在使用数年后，内部钢筋的锈蚀也不均匀，极易产生应力集中和缺口效应。而局部桩身因水位变化引起的干湿循环，又加剧了以上

过程。

2.3 季节及气候因素

季节有雨季旱季，气候有降雨、冰冻及艳阳天。有些区域雨季地下水位高，旱季地下水位低，地下水位的变化不但使桩基的受力情况发生变化，而且使地下有害物质对桩基的作用发生变化。冰冻和冻融会引起桩基产生微裂缝，使内部钢筋的锈蚀加大加快。温度的高低循环、地下水位的高低循环，也对桩基产生不均匀作用，影响桩基的耐久性。

2.4 荷载因素

桥梁传给桩基的荷载较其它建筑物要大，对于有些桥型，不但对桩基有较大的垂直荷载，且有较大的水平荷载。桥梁上的荷载还是动荷载。在这样的荷载作用以及以上各因素的联合作用下，桥梁桩基上的微裂缝处更易产生应力集中和缺口效应，使其耐久性进一步降低。

2.5 水分入渗因素

由于桥梁桩基所处位置的特殊性，其周围一般水分较多。而混凝土本身有一定的渗透性，使水分渗入桩体，易于使桩内钢筋较快锈蚀。若桩基混凝土表面有明显的气孔与内部空腔相连，这种作用就更为严重。因此水分入渗因素对桩基耐久性也有较大影响。

3 关于桥梁桩基耐久性设计方法的研究

由于桥梁桩基有时是单排桩有时是多排桩，有时还有斜桩，不同的桩组合有不同的受力特征，而不同受力特征的构件具有不同的耐久性特征和抗力变化规律，再者桥梁桩基的耐久性失效是一个随机过程。这就需要在前面的工作基础上，对桥梁桩基整体结构耐久性进行研究。重点研究它与桩基耐久抗力的关系，研究解决桥梁桩基随时间变化的耐久可靠度、桥梁桩基的耐久性设计方法等。通过这些研究，实现桥梁桩基设计方法由传统的单一强度控制的设计方法，向由强度、耐久性双指标控制的设计方法发展。

参考文献

[1]薛贵山，王军.桥梁设计耐久性较差的原因分析[J].科技资讯，2008.17

[2]宋宝起.桥梁设计中安全性和耐久性差的原因及改进[J].科技创新导报，2008.26