盐结晶环境下的桥梁结构设计
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摘要：察尔汗盐湖地区由于其独特的地理特性和成因，形成了范围广、深度大、化学成分复杂的盐结晶或重盐渍土环境。其丰富的Cl-、SO42-、K+和Mg2＋等改变了土体工程特性，产生融沉、盐松盐胀、混凝土构造物腐蚀等病害，严重制约了该地区桥梁结构的工程建设发展。本文通过某具体实例，从结构构造、耐久性设计等方面介绍了该环境下的桥梁设计方法，供类似桥梁参考。
关键词：盐结晶环境；桥梁；耐久性设计
Abstract: Due to its unique geographical characteristics and causes, a wide-ranged, great-depth and components-complex salt crystals or re-saline soil environments are formed in Cha-Erhan Salt Lake region. Its rich Cl-, SO42-, K+, and Mg2+ changes the engineering properties of soil, resulting some disease, such as thaw settlement and consolidation, salt heaving, and corrosion of concrete structures, as a result, the development of bridge construction has seriously hampered in the area. A bridge design method is introduced in the angle of structure and durability, by a concrete example, as a reference for some similar bridges.
Keywords: salt crystals environments, bridge, durability design
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1 前言
察尔汗盐湖地区的桥梁结构设计最关键的内容是耐久性设计，而混凝土耐久性是在腐蚀冻融等多种因素共同作用下的复杂问题。地下水位浅、矿化度高的盐渍土和卤水盐湖区域，盐水盐土对混凝土具有强烈的腐蚀作用。按照对1965年新建蔫嗜公路桥涵桩柱和铁道部察尔汗盐湖盐渍土地公路运营7年后展开的腐蚀数据显示，地面0.5m和地下1.5m范围内，常常有结构物被结晶性、分解性和复合性的化学作用侵蚀。文献1~3等对Cl-、SO42-、K+和Mg2+等离子的腐蚀机理做了相应研究。与此同时，结构物还要受到冻融循环、干湿交替这样的物理作用破坏。因此桥梁必须采取合理的结构形式和防护措施，以减少离子对混凝土和钢筋的腐蚀，确保桥梁的安全性和稳定性。
2 工程实例
2.1 桥梁简况
桥梁位于格尔木市以北约36km，，桥梁全长452.48m，跨径组合为(2×25+2×25+3×26+42+3×25+3×25+3×25)m，宽度10m。本桥需跨越现国道215线和青藏铁路，天然气管道等多处构造物，为该地区第一座同类大型桥梁。跨越青藏铁路时上部42m跨采用装配式预应力混凝土简支T梁， 25、26m各跨采用结构简支、桥面连续的的结构方案。桥梁下部采用柱式墩、肋式台，桩基础。
图1部分联跨总体布置图
2.2设计基本资料及技术标准
设计荷载：公路 -Ⅰ级
桥面宽度： 0.5m护栏+9m行车道+0.5 m护栏=10m；
地震动峰值加速度：0.1g
气象：桥址区属温凉干燥的高原大陆性气候。昼夜温度变化剧烈，最大日温差30.6℃，极端最低气温-33.6℃，极端最高气温35.5℃。
水文：场地地表水及地下水水质为卤水，对混凝土和钢结构具强腐蚀性。
表1地下水对混凝土的腐蚀性评价表
地质：桥址地基土多为盐渍土，氯盐、亚氯盐，过盐渍土。各岩土层工程地质基本特征由上至下为粉土、淤泥质粉土、粉砂。
环境类别：根据《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/T BO7-01-2006）和《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（CCES01-2004)，本桥所处的环境应为V3 盐结晶环境，环境作用等级应为F级。
2.3. 桥梁总体设计
由于本桥先后跨越老G215线（二级路）、青藏铁路，受铁路安全距离及净空要求的限制，跨越青藏铁路处需要跨径为42m，其余跨径采用25或26m跨径即可避开旧路、光缆、天然气等设施。考虑吊装重量、电气化铁路的电网及上跨桥梁安全的因素，跨越青藏铁路的上部42m跨采用装配式预应力混凝土简支T梁，25、26m各跨考虑桥址处于强、过腐蚀环境，为减少因支座沉降对结构安全的影响，便于后期养护，此部分上部按结构简支、桥面连续的形式设计。下部结构采用柱式墩、肋式台，“大直径袋装混凝土灌注桩”基础。考虑到目前国内尚无40米以上同类桩基施工经验，桥梁墩台形式受桩长限制，采用承台接群桩的结构形式，桩长35~40米。
2.4. 桥梁耐久性设计及措施
根据察尔汗盐湖卤水及盐渍土的化学成分、气候特点、腐蚀特点及构造物所处的腐蚀环境，提出本桥耐久性设计的总体思路，即采用低渗透高性能混凝土、增加混凝土保护层，同时针对不同的结构部位采用相应的附加防腐蚀措施，如掺加钢筋阻锈剂、防腐涂层，采用透水模板、钢护筒、袋装混凝土等。
2.4.1低渗透高性能混凝土
根据《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/T B07-01-2006）的规定，本桥上、下部结构材料均采用C50低渗透高性能混凝土。
2.4.2增加混凝土保护层
参照《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTG/T B07-01-2006)并结合本桥实际情况，制定本桥各主要构件受力主筋的净保护层厚度。
表2各构件保护层厚度
2.4.3其他防腐措施
根据本桥所处环境的腐蚀情况及结构物的自身特点，设计中对结构物的重点部位区域采取了必要的附加防腐蚀措施。
1、上部结构
（1）预制箱梁、T梁的附加防腐措施采用在混凝土内参加复合氨基醇类的钢筋阻锈剂；
（2）箱梁、T梁预制完成后，在其底面、侧面涂渗透性防水层；
（3）预制箱梁、T梁、湿接缝、横隔梁、调平层混凝土内掺入聚丙烯纤维、复合氨基醇类的钢筋阻锈剂。
（4）对箱梁桥面连续处（桥墩中心线两侧各2m的范围）表面进行硅烷浸渍。要求浸渍深度不小于2mm，用自然扩散法测定混凝土的自由氯离子扩散系数降低50％以上。
（5）预应力管道采用塑料波纹管，真空压浆工艺。
2、盖梁、耳背墙
（1）采用透水模板增加构件混凝土表面密实度，同时在凝土内掺入聚丙烯纤维、复合氨基醇类的钢筋阻锈剂；
（2）桥台盖梁、耳墙内侧及背墙采用涂抹沥青，桥墩盖梁采用涂渗透性防水层；
3、墩柱、台身
（1）采用透水模板增加构件混凝土表面密实度，同时在混凝土内掺入聚丙烯纤维、复合氨基醇类的钢筋阻锈剂；
（2）在墩底设置1.5m长钢护筒，钢护筒厚度15mm，钢护筒合理选择Cl-腐蚀的耐腐蚀特种钢材；并在外表面涂装环氧富锌底漆（80μm)＋环氧云铁厚浆中间漆（260μm)＋丙烯酸聚氨酯（90μm）面漆。
（3）台身（肋板）采用涂沥青，墩身（墩柱）钢护筒以外的部分采用涂渗透性防水层。
（4）墩身底部堆放袋装非盐渍土，减少空气中的盐分对敏感区域的侵蚀。
图2墩柱防腐构造图图3卤水环境照片
3、承台
（1）采用透水模板增加构件混凝土表面密实度，同时在混凝土内掺入聚丙烯纤维、复合氨基醇类的钢筋阻锈剂；
（2）浇注承台时在底面铺设一层PE土工膜，承台浇注完成后在其表面涂抹沥青，然后将PE土工膜卷起将承台包裹密封。
4、“大直径袋装混凝土灌注桩”（BCPS法）施工工艺
大直径袋装混凝土灌注桩技术(简称BCPS法)是受工业及民用建筑地基处理的启发，根据察尔汗盐湖地区地质特点研制而成的桥涵桩基础防腐蚀新技术。此类施工工艺所采用的防腐袋防渗功能强、耐磨损，将基桩混凝土与盐渍土卤水地基完全隔离，极大改善了基桩混凝土的存在环境。施工时需要在基桩外包裹防腐袋，相对于常规地区的基桩施工，增加了下沉防腐袋和注排浆工序,施工工艺稍复杂。尤其是由于长桩内袋内注浆过程中活塞效应的影响，施工难度相对较大。本项目根据目前已有的施工经验，确定最大桩长为40m。
3 结论
盐渍土尤其是盐结晶状态下的重盐渍土，其独特的工程特性，严重制约了该地区桥梁结构的建设发展。桥梁结构设计必须针对其腐蚀机理，采取合理的防护措施。本桥所采用的综合防腐措施，有效解决了盐渍土对混凝土和钢筋的腐蚀问题，保证了结构物的耐久性，可以给其他类似桥梁提高参考。限于施工工艺的限制， BCPS法仍缺乏在较长桩基中的实际经验，随着类似工程的增多，有望在更大跨径的桥梁中获得应用。
参考文献
[1] 周刚，李少荣等. 盐渍土地区混凝土腐蚀状况调查分析.建筑科学与工程学报, 2011年12月:
[2] 刘文进. 盐湖地区桥梁防腐设计浅析.山西交通科技, 2009年8月:
[3] 张伟琴，刘连新等，青海高原盐渍土对建筑物腐蚀性的研究 建筑技术 2004年第4期