2.1.2.1公路橋梁技術(shù)狀況

    橋梁結(jié)構(gòu)損傷、使用功能退化和承載力不足已成為國際社會共同面臨的課題。在美國607380座橋梁中，25%公路橋梁存在結(jié)構(gòu)性缺陷或適用性問題，公路混凝土橋梁使用壽命平均42年，20世紀(jì)50～60年代修建的橋梁基本達(dá)到設(shè)計(jì)使用期，面臨著再利用或退役難題（ASCE，2013）。按照美國ASCE對基礎(chǔ)設(shè)施狀況的評估，橋梁設(shè)施GPA評分為C+。美國 FHWA據(jù)此估計(jì)，到2028年每年將需要維修資金208億美元（ASCE，2013）。法國、德國、挪威和英國等歐洲發(fā)達(dá)國家的橋 梁也進(jìn)入了維護(hù)高峰期，需維修橋梁占比分別達(dá)到39%、37%、26%和30%。北美和歐洲橋梁建設(shè)均面臨著嚴(yán)峻的服役能力提升和維修加固的難題：服役橋梁規(guī)模巨大，老齡化問題突出，維修成本高昂。

    根據(jù)我國交通運(yùn)輸部公路橋梁技術(shù)狀況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2010年國、省、縣道橋梁一類橋169208座、二類橋 98123座、三類橋31209座、四類橋12108座、五類6581座。在國道橋梁中，技術(shù)狀況評定為一、二、三類的橋梁總數(shù)114136座，占總量99.16%，四類橋738座，占總量0.64%，五類橋148座，占總量 0.13%；在省道橋梁中，技術(shù)狀況評定為一、二、三類的橋梁總數(shù)86936座，占總量97.30%，四類橋1753座，占總量1.96%，五類橋 554座，占總量0.62%；在縣道橋梁中，技術(shù)狀況評定為一、二、三類的橋梁總數(shù)97468座，占總量86.19%，四類橋9617座，占總量8.50%，五類橋5879座，占總量5.20%；在鄉(xiāng)道橋梁中，橋梁總量為156221座，技術(shù)狀況評定為四、五類橋梁總數(shù)31927座，占總量20.44%。在專用公路橋梁中，總量4994座，技術(shù)狀況評定為四、五類橋梁總數(shù)624座，占總量12.5%；在村道橋梁中，總量為179367座，技術(shù)狀況評定為四、五類橋梁總數(shù)42285座，占總量23.57%（具體分類見表2-3）。

    就橋梁技術(shù)狀況而言，隨著道路行政等級的降低，四類和五類橋梁占比從0.77%增加到23.57%。

    在公路橋梁技術(shù)狀況統(tǒng)計(jì)中，被評定為四類和五類的橋梁占5.89%。在四類和五類橋梁中，服役年限20年以上的橋梁占比超過56%（見圖2-1）。導(dǎo)致四類和五類橋的原因主要是：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷、施工質(zhì)量、設(shè)計(jì)期期滿、結(jié)構(gòu)損傷、材料老 化和鋼筋銹蝕。據(jù)測算，在2035年橋齡達(dá)到/超過30年的橋梁占比超過60%，老齡化對橋梁技術(shù)狀況影響問題將十分突出，不容忽視。

    在2011年交通運(yùn)輸部危橋改造工作中，各省市區(qū)上報了9746座五類橋的信息（有確切建設(shè)年代的7875座），如果以技術(shù)狀況等級被評為五類和開始首次大修作為實(shí)際使用年限的統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)則，計(jì)算得出公路橋梁平均使用年限為30.23年。

    公路橋梁實(shí)際使用年限統(tǒng)計(jì)表明，我國各類公路橋梁的平均使用年限均在30年左右。由于其惡劣的自然環(huán)境條件，西藏自治區(qū)橋梁平均使用年限為16.84年，青海省橋梁平均使用年限統(tǒng)計(jì)結(jié)果僅為16年。這兩個地區(qū)交通流量遠(yuǎn)低于東南沿海地區(qū)，交通荷載對橋梁結(jié)構(gòu)損傷退化的影響相對較小，抵抗惡劣 自然環(huán)境作用的設(shè)計(jì)保護(hù)措施不足、施工質(zhì)量差和環(huán)境侵蝕是造成問題的主要原因。

    依據(jù)統(tǒng)計(jì)，危舊橋改造的對象主體為中小跨徑橋梁，且絕大多數(shù)為鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，少量為圬工結(jié)構(gòu)橋梁。結(jié)合表2-3信息，隨著道路行政等級降低，對應(yīng)的中小跨徑橋梁占比和改造橋梁占比增加，重要小橋和中橋服役年限低于《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的50年設(shè)計(jì)要求（見表2-4），反映了較低等級道路中小跨徑橋梁使用功能和承載力退化問題突出，服役能力保 持和提升亟待加強(qiáng)。

    鑒于我國早期拉吊體系橋梁建設(shè)技術(shù)儲備不足，導(dǎo)致了一系列橋梁安全事故，造成了社會財產(chǎn)和人員傷亡。針對上世紀(jì)80年代末興起的拉吊結(jié)構(gòu)橋梁開展了拉 桿和吊索調(diào)查，調(diào)查統(tǒng)計(jì)了1987～2001年期間建成的20座橋梁，服役年限5年以內(nèi)即發(fā)生嚴(yán)重病害現(xiàn)象的有11座，占到55%，服役年限7～9年的4座，服役年限12～14年的4座，吊桿/吊索實(shí)際使用年限均遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定（見表2-5）。

    造成吊桿/吊索使用年限偏短的成因是：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷、施工質(zhì)量和養(yǎng)護(hù)管理。所有這些原因均導(dǎo)致了一個共性結(jié)果：鋼筋/鋼束嚴(yán)重銹蝕（見圖2-17和圖2-18），在周期反復(fù)荷載的作用下產(chǎn)生了應(yīng)力腐蝕，進(jìn)一步加劇/加速了結(jié)構(gòu)件損傷破壞。

    2.1.2.2氣候和環(huán)境條件

    公路橋梁耐久性病害類型和劣化程度與服役的自然環(huán)境條件和工業(yè)環(huán)境條件密切相關(guān)。對于跨海越江和穿越山嶺的公路橋梁結(jié)構(gòu)工程，直接暴露于各類自然地理和氣候環(huán)境條件中，受自然環(huán)境影響的數(shù)量大、范圍廣；在工業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)，受工業(yè)環(huán)境污染影響的數(shù)量決定于工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和布局，總體橋梁數(shù)量相對較小、范圍局限在個別地區(qū)。影響我國橋梁耐久性的自然環(huán)境和工業(yè)環(huán)境特征總結(jié)于表2-6。

    高原大氣環(huán)境地區(qū)或熱帶海洋地區(qū)空氣質(zhì)量較好、浮沉少，太陽輻射強(qiáng)，青藏高原太陽直接輻射總量在3000～6000兆焦耳/米2，較同緯度平原地區(qū)高出2000～3000兆焦耳/米2，大大加快橋梁表面防護(hù)材料或其他高分子材料構(gòu)件老化速度。沙漠干旱大氣環(huán)境強(qiáng)風(fēng)夾帶沙塵對橋梁構(gòu)件表面或油漆沖蝕造成磨損，加之沙塵中攜帶大量鹽類化合物吸附在被破壞了鈍化層的構(gòu)件表面，加劇了腐蝕反應(yīng)過程。

    工業(yè)環(huán)境或污染對耐久性的危害主要表現(xiàn)在酸雨對材料的腐蝕。混凝土和鋼材在酸雨（SO2和硫酸鹽）作用下，與鋁酸鈣水化物反應(yīng)生成硫鋁酸鈣，體積是原鋁酸鈣的2.27倍，致使混凝土發(fā)生膨脹破壞，進(jìn)一步引起鋼筋銹蝕和銹脹，導(dǎo)致更加嚴(yán)重的順筋開裂。目前，我國受酸雨影響的地區(qū)面積占全國國土面積的30%，酸雨高發(fā)地區(qū)均是重工業(yè)密集地區(qū)，橋梁數(shù)量較大，橋梁的酸蝕問題突出（見圖2-19和圖2-20）。

    沿海地區(qū)由于海水和海風(fēng)侵蝕長期作用，橋梁上下部結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕問題突出。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低和施工質(zhì)量差導(dǎo)致了這個問題在東部和南部沿海地區(qū)非常普遍。山東煙威高速公路上橋梁，由于混凝土保護(hù)層厚度偏小，加之施工偏差，水位變動區(qū)構(gòu)件鋼筋銹蝕普遍，個別橋梁鋼筋腐蝕嚴(yán)重，露筋和混凝土剝落；大氣區(qū)和浪濺區(qū)構(gòu)件鋼筋銹蝕和混凝土剝落普遍，防銹措施缺乏和不足。上世紀(jì)90年代天津修建的沿海公路橋梁，因耐久性防護(hù)設(shè)計(jì)考慮不足，建成14年后全部拆除重建。

    對于東北和西北地區(qū)，由于溫度循環(huán)，凍融問題導(dǎo)致橋梁構(gòu)件病害問題突出，加之除雪鹽導(dǎo)致橋面鋪裝和其他相鄰構(gòu)件出現(xiàn)混凝土剝落和鋼筋銹蝕。當(dāng)構(gòu)件出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性開裂后，冰水膨脹進(jìn)一步加劇了凍融和鹽蝕病害。在季節(jié)性凍土地區(qū)（黑龍江、青海、新疆、內(nèi)蒙古東北），受到水的作用，墩臺凍融問題嚴(yán)重。

    鹽漬土問題對橋梁墩臺的侵蝕問題在新疆和青海地區(qū)突出。青海省有三分之一地區(qū)存在鹽堿土，在氯化物和硫酸鹽富含地區(qū)，混凝土墩臺損壞速度極快，甚至在有瀝青涂層保護(hù)情況下不到3年，混凝土就已脫落或軟化殆盡。此外，這類地區(qū)還存在淡水不足問題，混凝土拌合所需水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)，造成混凝土內(nèi)部腐蝕。鹽漬土對橋梁構(gòu)件腐蝕速度快，程度嚴(yán)重，但是這類情況局限在個別地區(qū)，而且橋梁分布數(shù)量較少。

    2.1.2.3調(diào)研橋梁基本情況

    1.混凝土橋梁

    2006年至2012年，在交通運(yùn)輸部的支持下，交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院組織了系列公路橋梁耐久性狀況專項(xiàng)調(diào)研，調(diào)查了公路梁式橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋存在的病害情況。