對橋涵結構物耐久性、標準和規(guī)范的一些見解

　　在日常督查中，我們發(fā)現，盡管現有的工程抽查指標的合格率較高，但工程仍出現一些實體質量問題。主要表現為工程的耐久性、結構物出現裂縫、某些實體質量的難控制。這些問題，涉及設計的規(guī)范、行業(yè)標準與國標的關系、強制性條文的執(zhí)行和理解。

　　一、裂縫

　　1、在橋涵工程督查中還發(fā)現，有些橋涵工程的混凝土強度等級符合設計要求，各項指標也符合設計和質量標準，但裂縫仍廣泛存在，有的在工程交工前出現，有的在交工后新增，這些裂縫有的在上部結構如附屬工程防護欄桿、梁的錨端、腹板、底板，有的在橋的下部結構如橋臺，有的在通道、涵洞的墻體，但此時對這些裂縫的處理，大部分只是封閉。但我們發(fā)現在設計時有考慮不周的原因，尤其是對結構構件的構造配筋率沒有達到規(guī)范要求，達到一定的配筋率是強制性條文要求。我們認為橋涵的下部結構作為混凝土結構，其橋墩、橋臺、涵洞的墻體一般受壓、局部受壓、受偏壓或受水平土壓力。也就是說它不是軸心受壓的簡單受力結構，而是受壓、彎、剪的偏壓的復雜受力結構。根據國家標準《混凝土結構規(guī)范 (GB50010―2002)》中的強制性條文9.5.1條規(guī)定和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62―2004)的強制性條文9.1.12條規(guī)定，橋涵的下部結構如果是混凝土結構，應該配鋼筋，并且應該達到一定的配筋率，其壓、彎、剪的受力鋼筋都要達到一定的配筋率，不容許素混凝土結構，否則是違反強制性條文，這既是安全強度的儲備，也是防止結構物開裂、延長結構的耐久性的好辦法。但在現實工程中，我們的橋臺、通道、涵洞的墻體、底板有大部分地區(qū)是素混凝土結構，我們橋梁的上部結構如梁的腹板、錨端有些種類的受力鋼筋沒有達到規(guī)定的配筋率。

　　2、產生合理裂縫的延性設計理念

　　人們經常通過各種傳媒看到，一旦垮橋，極大部分是橋墩垮了，然后梁掉下來，最后是生命、財產蒙受損失。避免這種情況是工程建設者的責任。

　　其實任何結構都只有有限的壽命，其生命周期結束時的狀態(tài)是倒塌或出現較大的裂縫、變形，然后該結構被宣布報廢。結構報廢包括重載壓垮、耐久性出問題、地震破壞、施工時出問題而倒塌。那么結構報廢時不危及生命和財產應是結構設計的最高準則，否則若結構通過突然垮塌而結束將會對社會帶來巨大隱患。要達到這種目的，即當結構生命周期結束時，結構不出現危及生命與財產的現象，這就產生了延性結構的設計、建造概念。也就是說結構在任何情況下的破壞最好不要突然倒塌、或出現多米諾骨牌效應，而是先有預兆，即出現大的裂縫、位移、變形或撓度。為了達到此種目的，這就產生了結構設計中的“強剪弱彎、強 柱弱梁、強節(jié)點弱構件、強柱耐久性弱梁耐久性”的設計、建造理念。所謂“強剪弱彎”，就是說梁受拉后出現開裂、大變形而破壞，梁在此時仍不出現的脆性剪切破壞，柱受偏壓出現開裂、大變形而破壞，柱此時仍不出現的脆性剪切破壞。所謂“強 柱弱梁”，就是說在梁出現任何破壞時，柱仍然沒出現破壞。所謂“強節(jié)點弱構件”，也就是說梁與柱形成的節(jié)點的破壞是在梁、柱破壞之后，也可以說，梁、柱破壞時，其節(jié)點不破壞。所謂“強柱耐久性弱梁耐久性”，就是柱不會先失效。按這種合理失效的延性理念設計，橋涵結構的在任何情況下失效時，必然出現上部結構大變形，整個橋涵不會突然倒塌、不會出現墩、臺先于上部結構垮塌，其結果為挽救生命和財產贏得時間。要達到這個要求，顯然素混凝土結構要比鋼筋混凝土差;少筋構件比有一定配筋率的構件差;砌體(圬工)構件比鋼筋混凝土差;對結構構件來說，配筋是絕對重要，這也是強度、剛度的貯備和延性設計的基本要求。對承受重的、高速的、重復的車輛運輸動載的現代橋涵結構及構件來說，配鋼筋是最基本要求。為此，也就有最簡單的強制條文規(guī)定，如《混凝土結構規(guī)范 (GB50010―2002)》中的強制性條文9.5.1條規(guī)定和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62―2004)的強制性條文9.1.12條規(guī)定，這些強制性條文規(guī)定任何構件受任何力都必須配鋼筋且必須達到一定的配筋率。當然真正要將橋涵設計成延性結構，還有很多問題要解決。

　　3、如設計成鋼筋混凝土結構，可避免溫度、沉降、施工工藝引起的開裂。另外，這些橋臺、涵洞、通道的墻體如設計成素混凝土結構，變成了脆性結構，與結構應是延性結構的設計理念相違背，使這些結構在生命周期的后期具有較大的安全隱患，難以避免橋涵出現脆性破壞和安全事故。我們是這樣理解該強制性條文，也認為是合理。

　　4、在國標《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)中，對素混凝土作了明確規(guī)定，見“A.1.1 素混凝土構件主要用于受壓構件。素混凝土受彎構件僅允許用于臥置在地基上的情況以及不承受活荷載的情況?！边@嚴格規(guī)定素混凝土的使用范圍和對象。

　　二、耐久性

　　在橋涵工程的督查中發(fā)現，與耐久性相關的最重要指標是混凝土強度等級，而現行結構物在設計中主要考慮結構強度，對耐久性考慮不周，導致混凝土強度等級很寬泛。如特大橋下部結構混凝土強度等級有C30、C25，大中橋的下部結構混凝土強度等級有C25、C20，通道涵洞的墻體混凝土強度等級有C20、C15.已建成的一些橋涵結構物，其使用年限沒有達到設計年限就出現耐久性問題。

　　強制性條文《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)中第1.0.6條規(guī)定，公路橋涵結構的設計基準期為100年。此條規(guī)定了特大、大中小橋和涵洞的設計基準期為100年。根據國標《公路工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準》(GB/T 50283―1999)1.0.5條的條文說明，使用年限超過設計基準期時，表明結構的可靠指標將可能低于目標可靠指標，而不是結構全部報廢。也就是說，結構在設計基準期內，它的可靠指標不低于目標可靠指標，也就無需大修?！痘炷两Y構耐久性設計與施工指南》(CCES01―20042005年修訂版)的3.2.3條規(guī)定，結構的使用年限通常應是結構使用過程中僅需常規(guī)維護(包括構件表面涂刷)，而不需進行大修的期限。國標《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)術語規(guī)定：結構設計使用年限是設計規(guī)定的結構或結構構件不需進行大修即可按其預定目的使用的時期。結構的荷載取值是按100年的基準期。目前，歐盟規(guī)定了橋梁等各種土木工程結構物的設計使用年限均為100年，英國對橋梁的使用年限為100年，美國規(guī)定橋梁的使用年限不少于75―100年，日本規(guī)定橋梁的使用年限為100年。我國城市地鐵設計規(guī)范規(guī)定地鐵混凝土結構的設計使用年限為100年。綜上所述，使用年限應大于設計基準期。所以橋涵結構的使用年限最少100年。

　　橋涵結構的設計基準期為100年，遠遠大于建筑結構的設計基準期50年，那么在耐久性方面，橋涵更應高于普通建筑結構，不能低于國標《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)的要求。

　　橋涵的可靠度的高低差異通過結構的安全等級體現，但表現橋涵的正常使用極限狀態(tài)設計的耐久性對所有橋涵都是一樣，即橋涵的設計使用年限應不少于設計基準期100年，除可更換的體外預應力索、懸索、斜拉索等外，其它主體結構的設計使用年限不得少于100年。也即橋涵的耐久性要求是100年以上，耐久性既包含混凝土的耐久性，也包含與混凝土強度等級相關的鋼筋保護層厚度。顯然橋涵的下部結構混凝土的強度等級在設計中要求得太寬泛，達不到使用100年的要求，也就達不到強制性條文的要求。

　　根據國標《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)第3.4.3條規(guī)定，一類環(huán)境中，設計使用年限為100年的結構，其混凝土等級應符合最低為C30，預應力混凝土等級應符合最低C40;第3.4.2條規(guī)定，一類環(huán)境中(最溫和、最有利的環(huán)境)，設計使用年限為50年的結構，其混凝土等級應符合最低為C20;橋涵屬于國標中的二類b型環(huán)境，其最低強度等級是C30.而根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2004)第1.0.7條規(guī)定，一類環(huán)境中，結構混凝土耐久性的基本要求為：其混凝土等級應符合最低為C25，該款對高速公路的橋涵與普通公路沒有區(qū)分，我們認為有待商酌，另外與國標對不同使用年限的混凝土等級的耐久性要求不一致。橋涵結構沒有外裝飾，其使用環(huán)境比房屋更惡劣，其耐久性不應低于房屋結構。中國土木工程學會標準《混凝土結構耐久性設計與施工指南》(CCES01―20042005年修訂版)規(guī)定，大型橋梁、隧道、高速和一級公路上的橋涵、城市干線上的大型橋梁、大型立交橋、城市地鐵輕軌系統(tǒng)的結構混凝土強度登記的最低要求是C30.

　　我們認為，行業(yè)標準不應低于國標，如《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62―2004)不應低于《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)，行業(yè)標準沒有規(guī)定的或規(guī)定不明的應按國標執(zhí)行。

　　綜上所述，高速公路中橋涵的混凝土等級最低應為C30，應嚴禁低于C30.這也可以說是條文《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)中第1.0.6條的強制性的體現。

　　三、與規(guī)范相關的質量控制問題

　　1、在規(guī)范和設計中采用片石混凝土是不利于控制質量的。我們可以檢測片石強度、混凝土強度、砂漿強度，但對制作或砌筑后形成整體的片石混凝土整體強度，目前沒有辦法在抽檢中確認。在實際施工中，施工、監(jiān)理也難以定量控制片石數量、質量，使結構物難以保證質量。在國標中也沒有這種片石混凝土的概念。去年發(fā)生的重大工程質量安全事故中(鳳凰橋垮塌)，我們認為關鍵是片石混凝土的整體強度沒有辦法檢測，因而監(jiān)理、施工單位沒有辦法控制，只能憑經驗，這完全不科學。在規(guī)范中最好去掉這種做法或規(guī)定只能應用于特殊部位如基礎墊層。

　　2、素混凝土作為圬工是不適當

　　圬工的本義是砌體，砌體的強度是通過組砌和塊體形成，其施工不需模板且具有初始強度?！豆粉毓蚝O計規(guī)范》(JTG D61―2005)中將現澆素混凝土定義為圬工，這使素混凝土橫跨圬工與鋼筋混凝土兩個領域，使設計、施工、質量評定可以采用多個標準，易產生矛盾。如素混凝土可以采用混凝土標準，也可采用圬工標準。它們之間有不一致的地方。素混凝土作為圬工應用于結構中，在很多情況下是與國標《混凝土結構規(guī)范(GB50010―2002)》相違背的。也與《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62―2004)不統(tǒng)一。

　　上述問題的解決在技術上較簡單，所增成本不多，但在全壽命成本上是非常節(jié)省的，對質量卻有極大的提高。

　　參考文件：

　　1、國標《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)

　　2、《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62―2004)

　　3、《砌體結構設計規(guī)范》GB50003-2001

　　4、《公路圬工橋涵設計規(guī)范》(JTG D61―2005)

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