保障我國(guó)橋梁安全的戰(zhàn)略思考

周建庭，鄭丹

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 ，重慶400074）

一、前言

橋梁的安全性能和安全保障能力對(duì)交通大動(dòng)脈的暢通至關(guān)重要，一旦損毀，將嚴(yán)重影響交通功能的正常發(fā)揮和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，甚至可能會(huì)導(dǎo)致重要交通干線或城市交通癱瘓。

橋梁等交通基礎(chǔ)設(shè)施重大結(jié)構(gòu)在環(huán)境長(zhǎng)期作用下始終面臨著性能的退化或致災(zāi)（地震、泥石流、冰雪凍融等自然災(zāi)害，恐怖襲擊、局部戰(zhàn)爭(zhēng)、交通工具撞擊等人為因素致災(zāi)）。對(duì)于發(fā)生在任一站點(diǎn)、線路或是區(qū)域上的災(zāi)害，由于其具有突發(fā)性、難以預(yù)見性和擴(kuò)散性，成災(zāi)后對(duì)交通生命線和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)都將造成巨大的損失且會(huì)產(chǎn)生不良的社會(huì)影響。因此，開展橋梁結(jié)構(gòu)安全保障研究對(duì)我國(guó)建設(shè)智慧型的現(xiàn)代化交通具有重大意義。

二、橋梁安全的現(xiàn)狀與問題

（一）我國(guó)橋梁發(fā)展的現(xiàn)狀

經(jīng)過20余年的交通大建設(shè)，截至2016年年底，全國(guó)公路橋梁達(dá)8×105座，鐵路橋梁為2×105座；至2020年每年還將新建橋梁近2×104～3×104座[1]。公路、鐵路橋梁往往所處的地形、地質(zhì)、水文條件復(fù)雜，氣候環(huán)境多變，加上地震、斷層破碎帶、滑坡、泥石流等多種災(zāi)害頻發(fā)，以及近年來(lái)交通量的猛增，超載、超重影響和橋梁本身的自然老化等因素，橋梁的安全隱患大。橋梁的安全風(fēng)險(xiǎn)問題將越來(lái)越受到人們的重視，迫切需要建立合理的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、評(píng)估和保障機(jī)制，以提高橋梁的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，保證橋梁在運(yùn)營(yíng)期間的安全[1]。

根據(jù)交通運(yùn)輸部2001—2015年發(fā)布的《交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，全國(guó)公路網(wǎng)中的危橋數(shù)量較大，如圖1 所示。

從圖1中可以看出，隨著近年來(lái)交通量的猛增，超載、超重的影響以及橋梁本身的自然老化等因素，大量橋梁結(jié)構(gòu)處于亞健康或危險(xiǎn)狀態(tài)。據(jù)2009年鐵道部秋檢資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鐵路橋梁和涵渠劣化等級(jí)達(dá)到A級(jí)（嚴(yán)重）病害的分別占總座數(shù)的24.8%和7.8%，舊橋的安全現(xiàn)狀不容樂觀。

(二) 影響橋梁安全的因素

影響橋梁安全的因素很多，總的來(lái)說(shuō)可以歸結(jié)為兩類，即人為因素和自然因素。人為因素包括設(shè)計(jì)和施工失誤，船舶、車輛撞擊，超載和故意破壞等；自然因素包括地震、洪水、風(fēng)雨、漂流物撞擊、環(huán)境惡化以及其他未知因素等。

1. 地震

地震災(zāi)害是人類所面臨的主要自然災(zāi)害之一。在地震荷載作用下，橋梁下部結(jié)構(gòu)易發(fā)生斷裂和損傷，從而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的破壞和傾覆。同時(shí)，由于其具有不可預(yù)測(cè)性，對(duì)橋梁帶來(lái)的破壞程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他自然災(zāi)害。

2. 地質(zhì)災(zāi)害（崩塌、滑坡、泥石流等）

我國(guó)是世界上泥石流活動(dòng)區(qū)域分布最多的國(guó)家之一，廣泛分布在西南、西北及華北等山區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)泥石流活動(dòng)區(qū)域的面積高達(dá)4. 80×106km2，共有1 583個(gè)縣(市)長(zhǎng)期受到泥石流災(zāi)害的困擾[2]。

3.氣候?yàn)?zāi)害（洪水、風(fēng)災(zāi)）

雨季期間，強(qiáng)降雨所引起的山洪和高強(qiáng)度的地質(zhì)災(zāi)害對(duì)當(dāng)?shù)毓贰蛄旱然A(chǔ)設(shè)施構(gòu)成了極大的威脅。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自1975年以來(lái)，全國(guó)每年因洪水類地質(zhì)災(zāi)害引起的橋涵損害經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元以上，且呈逐年上升趨勢(shì)。

4.交通工具和漂浮物撞擊

自1987年以來(lái)，我國(guó)嚴(yán)重的船舶撞擊橋梁事故平均每年發(fā)生約一起，而且近年來(lái)呈逐漸上升趨勢(shì)，值得引起人們重視。

5.設(shè)計(jì)、施工不合理

圖1 我國(guó)公路網(wǎng)中的危橋數(shù)量（2001—2015年）

由于橋梁所處地理位置和環(huán)境比較復(fù)雜，在設(shè)計(jì)和施工中如果對(duì)某一影響橋梁安全的因素欠考慮，則有可能引發(fā)橋梁事故。

6.橋梁自身老化、養(yǎng)護(hù)不足和超載

在多年寒冬酷暑、暴雨烈日、洪水沖刷、車船撞擊等的影響下，許多橋涵產(chǎn)生了各種大大小小的病害，如橋面破損、欄桿斷裂、伸縮縫損壞、墩臺(tái)基底沖空、橋頭路基沖塌、河床護(hù)底沖翻以及河道被沖刷后嚴(yán)重變遷而危及橋頭路基等，破壞了橋涵的正常使用狀態(tài)。這些不良狀態(tài)，除了大大縮短橋涵的使用壽命外，也威脅著過往行人和車輛的安全。

（三）國(guó)內(nèi)外橋梁事故調(diào)查分析

為了研究各種不利因素對(duì)橋梁事故的影響，通過查閱大量的文獻(xiàn)、書籍共收集了國(guó)內(nèi)外916例橋梁事故資料，其中，國(guó)內(nèi)橋梁為376例，國(guó)外橋梁為540例，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步的統(tǒng)計(jì)分析[3,4]。

從圖2中可以看出，設(shè)計(jì)、施工、碰撞、水害、超載形成了誘發(fā)事故的主體，而且誘發(fā)橋梁事故的原因往往是多種不利因素的共同作用。

國(guó)內(nèi)外橋梁事故原因基本相同，施工、碰撞、超載和水害所占比例最大。國(guó)內(nèi)因施工、超載以及水害導(dǎo)致的橋梁事故比例均高于國(guó)外，說(shuō)明我國(guó)橋梁事故治理的壓力更大。

圖3所示為1900年以來(lái)國(guó)外橋梁事故的次數(shù)統(tǒng)計(jì)。從圖3中可以看出，隨著第二次世界大戰(zhàn)后交通基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，橋梁事故次數(shù)有明顯增加。

圖4為1900年以來(lái)國(guó)內(nèi)橋梁事故的次數(shù)統(tǒng)計(jì)。從圖4可以看出， 20世紀(jì)60年代以前的事故數(shù)量極少，隨著國(guó)家交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，橋梁事故開始增多。尤其是在2000―2010年，橋梁事故次數(shù)急劇增加，遠(yuǎn)高于同時(shí)期國(guó)外的橋梁事故。因此，我國(guó)的橋梁安全形勢(shì)異常嚴(yán)峻。

國(guó)內(nèi)外不同類型的橋梁（梁橋、拱橋、斜拉橋）事故統(tǒng)計(jì)分析如圖5所示。

國(guó)內(nèi)外常規(guī)橋梁（跨度較小者）的事故次數(shù)最多，超過50%，國(guó)內(nèi)拱橋事故數(shù)量明顯高于國(guó)外，而國(guó)外懸索橋事故數(shù)量遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)。同時(shí)，國(guó)外未知結(jié)構(gòu)類型的橋梁事故數(shù)量高于國(guó)內(nèi)。造成拱橋事故數(shù)量差異的主要原因是我國(guó)拱橋的數(shù)量明顯高于國(guó)外；而造成懸索橋橋梁事故數(shù)量差異的主要原因是國(guó)外懸索橋的發(fā)展早于我國(guó)，在發(fā)展初期由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)不足，以及運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)、經(jīng)歷橋梁事故風(fēng)險(xiǎn)較多等原因，導(dǎo)致國(guó)外懸索橋出現(xiàn)較多事故。

選擇有明確開通年份和事故年份的國(guó)內(nèi)橋梁172座，國(guó)外橋梁147座，繪制出事故橋梁的服役時(shí)間圖，如圖6所示。

從圖 6 可以看出，國(guó)內(nèi)橋梁破壞時(shí)服役時(shí)間超過 50 年的約占5.8%，服役時(shí)間超過 100 年的只占0.6%，遠(yuǎn)低于國(guó)外橋梁。同時(shí)這些橋梁的平均服役時(shí)間僅為 23.8年，遠(yuǎn)不及國(guó)外事故橋梁的平均服役時(shí)間（ 40 年），還不到設(shè)計(jì)壽命（按 100 年計(jì)）的1/4。

由于拉索構(gòu)件長(zhǎng)期裸露于自然環(huán)境中，加上設(shè)計(jì)、施工周期短而考慮不足、后期管理養(yǎng)護(hù)不力等，極易造成拉索承載力發(fā)生退化，最終導(dǎo)致拉索不能繼續(xù)承載而必須將其早于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期更換。表1為既有斜拉橋換索情況統(tǒng)計(jì)，可以看出所有已換索斜拉橋拉索平均壽命約為13年，最短為6年，遠(yuǎn)小于現(xiàn)有斜拉橋的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（100年）。

三、我國(guó)現(xiàn)有橋梁技術(shù)狀況與宏觀發(fā)展預(yù)測(cè)

為進(jìn)一步摸清我國(guó)服役橋梁的技術(shù)等級(jí)狀況，并深入分析我國(guó)橋梁面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)，本文以公路橋梁為例，統(tǒng)計(jì)了全國(guó)公路橋梁的技術(shù)等級(jí)狀況，如表2所示。表2中數(shù)據(jù)為不同建設(shè)年份、不同技術(shù)狀況等級(jí)的橋梁數(shù)量，即在某一年代建設(shè)的橋梁，通過限制的技術(shù)狀況調(diào)查得到的等級(jí)情況。

圖2 橋梁事故統(tǒng)計(jì)[3,4]

圖3 1900—2015年國(guó)外的橋梁事故次數(shù)統(tǒng)計(jì)[3,4]

圖4 1900—2015年國(guó)內(nèi)的橋梁事故次數(shù)統(tǒng)計(jì)[3,4]

圖5 國(guó)內(nèi)外不同類型的橋梁事故統(tǒng)計(jì)[3,4]

圖6 國(guó)內(nèi)外橋梁發(fā)生事故時(shí)的服役時(shí)間占比[3,4]

表1 我國(guó)斜拉橋換索時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

預(yù)測(cè)橋梁技術(shù)狀況退化的方法主要有：①基于橋梁結(jié)構(gòu)歷年技術(shù)狀況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用概率統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)方法預(yù)測(cè)橋梁退化狀況；②通過研究影響橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況因素與橋梁退化的時(shí)變關(guān)系，從而預(yù)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的退化情況。本文主要采用基于逆矩陣的方法對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣進(jìn)行計(jì)算，求解公式如下：

式（1）中，pij為狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，A和B都為5階概率矩陣。

《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11―2004）根據(jù)缺損狀況將橋梁構(gòu)件分為五個(gè)等級(jí)，根據(jù)構(gòu)件等級(jí)計(jì)算出橋梁的狀態(tài)評(píng)分。因此，在得到結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)并確定退化概率矩陣后即可計(jì)算任意時(shí)刻結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。

假設(shè)我國(guó)現(xiàn)有橋梁管理養(yǎng)護(hù)政策和措施保持不變，那么橋梁技術(shù)水平的弱化程度和趨勢(shì)應(yīng)該總體保持不變。根據(jù)上述分析，可以以目前橋梁的技術(shù)狀況為起點(diǎn)，預(yù)測(cè)若干年后我國(guó)橋梁的技術(shù)狀況等級(jí)，具體計(jì)算公式如下：

式（2）中，P(ti)為預(yù)測(cè)結(jié)果，P(t0)為目前的橋梁技術(shù)狀況，[π]為轉(zhuǎn)移矩陣。計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

從圖7中可以看出，如果保持現(xiàn)有的橋梁建設(shè)速度和技術(shù)手段，并且維持當(dāng)前的橋梁管理養(yǎng)護(hù)措施及投入，我國(guó)現(xiàn)役橋梁整體技術(shù)狀況隨著時(shí)間的推移，大量橋梁劣化效應(yīng)顯著，技術(shù)狀況等級(jí)會(huì)嚴(yán)重下降。30年后，一類橋所占比例將由當(dāng)前的52.0%下降至26.8%，減少了近1/2；一部分一類橋劣化成二類，而當(dāng)前二類橋又有一部分劣化成了三類，這樣“一增一減”使得總體上二類橋的變化幅度較小；而三類橋從3.0%迅速增加至13.3%；三、四、五類橋梁所占比例將超過全國(guó)國(guó)道橋梁總量的20%，說(shuō)明此時(shí)全國(guó)接近1/4的橋梁存在病害較多或承載能力不足的狀況，保障橋梁安全運(yùn)營(yíng)的形勢(shì)十分嚴(yán)峻。

表 2 全國(guó)公路橋梁技術(shù)狀況等級(jí)表 座

圖7 橋梁技術(shù)狀況預(yù)測(cè)

四、國(guó)內(nèi)在役橋梁現(xiàn)有安全保障體系

為保證橋梁在服役期的正常使用，我國(guó)在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、管理養(yǎng)護(hù)等各階段都出臺(tái)了相應(yīng)的規(guī)范和技術(shù)措施[3,4]。

（一）在役橋梁安全保障的相關(guān)政策、法規(guī)和措施

為加強(qiáng)公路橋梁的管理養(yǎng)護(hù)工作，保持橋梁處于正常的使用狀態(tài)，保證行車暢通、安全，我國(guó)在管理養(yǎng)護(hù)方面出臺(tái)了一系列橋梁安全保障制度和措施。

1. 安全保障的政策法規(guī)

我國(guó)按照“統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、分級(jí)管理”的原則建立公路管理體制，公路建設(shè)、養(yǎng)護(hù)和管理的事權(quán)均以地方為主。橋梁后期的管理養(yǎng)護(hù)制度是保證橋梁安全使用的基礎(chǔ)，根據(jù)《中華人民共和國(guó)公路法》以及各部委頒布的管理?xiàng)l例，我國(guó)橋梁管理體制主要由交通運(yùn)輸部，各省、自治區(qū)、直轄市交通廳，地市級(jí)交通局以及縣級(jí)公路段四部分構(gòu)成，如圖8所示。

我國(guó)從20世紀(jì)70年代開始了對(duì)舊橋加固改造技術(shù)的研究。《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》于2011年9月實(shí)施，對(duì)公路橋梁的養(yǎng)護(hù)、檢查、評(píng)定、加固技術(shù)都做了較全面的說(shuō)明。圖9為現(xiàn)有橋梁檢測(cè)、評(píng)定與加固規(guī)范（規(guī)程）體系。

橋梁養(yǎng)護(hù)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)是保障橋梁安全運(yùn)營(yíng)的重要措施。對(duì)橋梁定期檢測(cè)是保障橋梁安全運(yùn)營(yíng)的重要制度和措施。同時(shí)橋梁監(jiān)測(cè)已作為定期檢測(cè)的重要補(bǔ)充措施，得到了行業(yè)內(nèi)的廣泛應(yīng)用。

在應(yīng)急保障方面，依據(jù)《中華人民共和國(guó)公路法》《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》和國(guó)家交通運(yùn)輸部的《公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作制度》，為有效應(yīng)對(duì)公路橋梁可能出現(xiàn)的重大事故，及時(shí)采取應(yīng)急控制措施，保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，各地方政府和管理部門根據(jù)自身情況制定了相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案和配套措施。

圖9 現(xiàn)有橋梁檢測(cè)、評(píng)定與加固規(guī)范（規(guī)程）體系

2. 橋梁安全保障技術(shù)措施

橋梁結(jié)構(gòu)的安全保障方法主要包括橋梁檢查與技術(shù)狀況評(píng)定、橋梁養(yǎng)護(hù)管理、橋梁檢測(cè)與承載力評(píng)估、橋梁維修加固和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等。

（1）橋梁檢查與技術(shù)狀況評(píng)定

橋梁檢查與技術(shù)狀況評(píng)定是一項(xiàng)為了了解橋梁投入使用后橋梁技術(shù)狀況的工作。主要通過對(duì)橋梁缺陷和損傷進(jìn)行檢查，從而分析其產(chǎn)生的主要原因以及評(píng)價(jià)其對(duì)橋梁質(zhì)量和承載能力的影響。橋梁檢查主要分為經(jīng)常檢查、定期檢查和特殊檢查。

（2）橋梁檢測(cè)與承載力評(píng)估

橋梁檢測(cè)與承載力評(píng)估技術(shù)是判定橋梁安全性的重要手段和依據(jù)，也是橋梁評(píng)定的最核心內(nèi)容，主要涉及檢測(cè)、荷載試驗(yàn)、評(píng)定方法、檢測(cè)儀器設(shè)備及橋梁承載力評(píng)估等內(nèi)容。

（3）橋梁的維修與加固

近年來(lái)，隨著橋梁技術(shù)狀況評(píng)定、結(jié)構(gòu)檢測(cè)與承載力評(píng)估技術(shù)的逐步定量化、科學(xué)化，橋梁的維修與加固技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步，形成了較成熟的舊橋維修與加固計(jì)算方法和技術(shù)手段。

（4）橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

建立橋梁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，獲取橋梁結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境信息，實(shí)時(shí)了解包括環(huán)境溫度、風(fēng)荷載和車輛荷載的變化；獲取橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特征信息，實(shí)時(shí)掌握橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀況和健康狀況，是保證橋梁結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營(yíng)的有效方法。

橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外土木工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，我國(guó)橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)已得到了廣泛應(yīng)用，我國(guó)大部分已建和在建的大型跨江、跨海大橋均安裝了橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

(二) 現(xiàn)有橋梁安全保障措施存在的問題

總體來(lái)看，我國(guó)橋梁安全保障政策、法規(guī)和技術(shù)均發(fā)揮了良好的作用，但和發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距，如表3所示。具體體現(xiàn)在：①目前針對(duì)橋梁表觀缺陷做法多，但對(duì)于橋梁內(nèi)部缺陷的檢測(cè)和評(píng)估不夠；②橋梁的人工檢測(cè)、檢查居多，而系統(tǒng)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化保障不足；③針對(duì)個(gè)體橋梁檢測(cè)、檢查居多，而宏觀角度的區(qū)域橋梁整體安全性判別、壽命預(yù)測(cè)不足；④針對(duì)個(gè)體橋梁提出專門的加固方案與研究居多，但從國(guó)家戰(zhàn)略高度啟動(dòng)全面裝備化、快速提升橋梁承載力的計(jì)劃不足。同時(shí)，我國(guó)從事公路橋梁安全保障的技術(shù)人員不足，執(zhí)法力度不夠，也使得安全保障的相關(guān)規(guī)章制度和監(jiān)管難以順利推行。

五、國(guó)外橋梁安全保障計(jì)劃的啟示

本文對(duì)美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的安全保障措施進(jìn)行了調(diào)研，借鑒國(guó)外橋梁安全保障計(jì)劃的長(zhǎng)處，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況進(jìn)行分析。

（一）美國(guó)橋梁的安全保障計(jì)劃情況

2008年，聯(lián)邦公路局下屬的基礎(chǔ)設(shè)施研究與發(fā)展辦公室與美國(guó)各州的交通部門、其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)等發(fā)起了“橋梁長(zhǎng)期性能研究計(jì)劃”(LTBP)。計(jì)劃用20年時(shí)間建立詳細(xì)的橋梁健康數(shù)據(jù)庫(kù)，開展橋梁結(jié)構(gòu)性能基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)研究，從而提高美國(guó)公路運(yùn)輸資產(chǎn)的安全性、長(zhǎng)壽命和可靠性。2015年12月，奧巴馬簽署的《修復(fù)美國(guó)地面交通法》將為美國(guó)2016至2020財(cái)年的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供3 050億美元融資，法案中加大了對(duì)LTBP的支持力度[5]。

該計(jì)劃主要用于資助研究橋梁性能劣化機(jī)理，促進(jìn)橋梁劣化和預(yù)測(cè)模型的發(fā)展，促進(jìn)無(wú)損檢測(cè)和評(píng)估技術(shù)發(fā)展，量化橋梁的養(yǎng)護(hù)維修和加固效率，優(yōu)化橋梁養(yǎng)護(hù)作業(yè)，孕育下一代橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)，為政府制定相關(guān)政策提供依據(jù)等。

（二）日本橋梁的安全保障計(jì)劃情況

2013年11月，日本政府針對(duì)橋梁、堤壩、學(xué)校等公共設(shè)施的老化情況，制定保障基礎(chǔ)設(shè)施的“基礎(chǔ)設(shè)施長(zhǎng)壽命化基本計(jì)劃”。如圖10所示，該計(jì)劃要求日本各省廳及自治體于2016年之前制定整體的維持管理體制及中長(zhǎng)期行動(dòng)計(jì)劃，一方面通過檢查、修繕確保安全；另一方面因?yàn)槿丝跍p少等原因，對(duì)于確定不需要的基礎(chǔ)設(shè)施就應(yīng)立即廢止或拆除。該計(jì)劃特別指出了采用傳感器、機(jī)器人、非破壞性檢查技術(shù)等提高檢查和修補(bǔ)的水平，以保證在2030年時(shí)，由性能退化所導(dǎo)致的重要基礎(chǔ)設(shè)施的重大事故為零[6]。

（三）啟示

通過收集美國(guó)橋梁不同時(shí)間的病害情況，可以分析實(shí)施LTBP前后美國(guó)橋梁的技術(shù)狀況，如圖11所示。

從圖11可以看出，美國(guó)橋梁在20世紀(jì)90年代的狀況并不樂觀，存在結(jié)構(gòu)病害的橋梁平均占8%，存在功能缺陷的平均占20%，平均超過1/4的橋梁存在不同程度的病害。近年來(lái)，美國(guó)橋梁中存在結(jié)構(gòu)病害的比例逐漸降低，特別是實(shí)施LTBP后，納入國(guó)家高速公路系統(tǒng)（NHS）數(shù)據(jù)庫(kù)管理橋梁的結(jié)構(gòu)病害被控制在3%～4%，這說(shuō)明，只要對(duì)橋梁的安全保障足夠重視，并提出切實(shí)可行的解決方案，就能夠保障橋梁的安全。

可以看出，發(fā)達(dá)國(guó)家通過對(duì)橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的情況調(diào)查分析，針對(duì)自身的經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)和建設(shè)技術(shù)，重視橋梁安全保障、充分利用舊橋的承載潛力，積極采取先進(jìn)的技術(shù)和方法，盡量掌握目前橋梁安全狀況，分別提出了各自的橋梁安全保障和長(zhǎng)壽命計(jì)劃，從目前來(lái)看，實(shí)施效果良好。

我國(guó)在橋梁檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和加固等方面也積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，通過進(jìn)一步實(shí)施橋梁安全保障戰(zhàn)略，從制度、法規(guī)、規(guī)范、管理養(yǎng)護(hù)、檢查評(píng)估和人才儲(chǔ)備方面，加大國(guó)家投入，深入開展科學(xué)研究，保障我國(guó)服役和新建橋梁的安全。

表3 我國(guó)橋梁安全保障措施存在的問題

圖10 日本的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法

圖11 美國(guó)NHS數(shù)據(jù)庫(kù)管理橋梁結(jié)構(gòu)病害比例

六、我國(guó)橋梁安全保障面臨的挑戰(zhàn)

橋梁作為高速公路的咽喉是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要紐帶之一。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，交通量和大噸位車量也隨之增加，橋梁也擔(dān)負(fù)著日益沉重的荷載和交通量。因此，交通運(yùn)輸對(duì)橋梁安全通行能力的要求也越來(lái)越高。

（一）基礎(chǔ)設(shè)施“高齡化陷阱”

國(guó)外的統(tǒng)計(jì)資料表明，美國(guó)和歐洲的橋梁事故從20世紀(jì)60年代起開始增多，橋梁垮塌多出現(xiàn)在服役的50～100年，大量基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)逐步達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，老化、劣化現(xiàn)象逐步顯現(xiàn)。測(cè)算表明，按照現(xiàn)有維護(hù)管理理念和技術(shù)，由于費(fèi)用的急劇增長(zhǎng)，2020年后日本將沒有任何新建基礎(chǔ)設(shè)施的經(jīng)濟(jì)能力。美國(guó)的橋梁結(jié)構(gòu)劣化嚴(yán)重，維護(hù)、改修及更新費(fèi)用急劇膨脹，也面臨如何合理解決對(duì)一萬(wàn)億美元的公路橋梁資產(chǎn)進(jìn)行可持續(xù)維護(hù)管理的問題。

我國(guó)的交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模世界第一，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資占GDP比例遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家，面臨的“基礎(chǔ)設(shè)施陷阱”問題更加突出。根據(jù)《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》 ，至2020年，預(yù)計(jì)我國(guó)還將興建大、中、小橋梁約20萬(wàn)座，總長(zhǎng)度超過1×104km，其中大跨徑橋梁也將超過百座。由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的差異、橋齡老化和運(yùn)輸量快速增長(zhǎng)等原因，我國(guó)20世紀(jì)六七十年代修建的大量橋梁隨著結(jié)構(gòu)的老化，將面臨較大的垮塌風(fēng)險(xiǎn)。

（二）橋梁建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，建設(shè)質(zhì)量參差不齊

國(guó)外的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范相對(duì)較為統(tǒng)一。我國(guó)自20世紀(jì)50年代開始采用《公路工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》到2015年采用的《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015），一共使用了6版規(guī)范。特別是20世紀(jì)80年代前依據(jù)舊標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的在役橋梁，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低，重建輕養(yǎng)，技術(shù)改造資金不足，技術(shù)狀況普遍偏差。

新規(guī)范調(diào)整了荷載標(biāo)準(zhǔn)，提高了我國(guó)公路橋梁的安全水平，但部分橋梁設(shè)計(jì)荷載不能反映實(shí)際運(yùn)行車輛的荷載特征，在一定程度上給橋梁的養(yǎng)護(hù)管理帶來(lái)了不便，也給橋梁帶來(lái)一定的安全隱患。根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》，國(guó)道橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以超汽–20 和公路 I 級(jí)荷載為主，但低于汽–20 級(jí)的橋梁有 4 355 座，所占比例為3.8%；省道橋梁荷載等級(jí)分布比較均勻，但低于汽–20 級(jí)的橋梁有 9 629座，所占比例為10.8%；縣道橋梁基本以汽–20 和公路 II 級(jí)荷載等級(jí)為主，低于汽–15 級(jí)的橋梁有9 062 座，所占比例為 8.0%[7]。

另外，早期修建的橋梁（少筋混凝土結(jié)構(gòu)等），如殼體橋、少筋微彎板組合梁橋、二鉸板拱和雙曲拱橋等，均存在結(jié)構(gòu)上的先天不足，也帶來(lái)了一定的安全隱患。

（三）超載現(xiàn)象嚴(yán)重，地區(qū)差異大，劣化規(guī)律難以掌控

我國(guó)公路的超載現(xiàn)象普遍存在，超載會(huì)增加橋梁結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，帶來(lái)了一系列的疲勞與耐久性問題，容易造成橋梁結(jié)構(gòu)損傷、早期破壞，甚至壓垮橋梁。

我國(guó)地域遼闊，沿海地區(qū)存在鋼筋銹蝕、保護(hù)層層離或剝落等耐久性問題；西北、華北地區(qū)季節(jié)性河流多、溫差較大，存在橋梁下部結(jié)構(gòu)磨蝕等問題；東北等寒冷地區(qū)存在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的凍融損傷等問題；南方地區(qū)存在基礎(chǔ)沖刷和水毀問題。不同服役環(huán)境下橋梁的結(jié)構(gòu)劣化趨勢(shì)不同，很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，加大了我國(guó)橋梁安全保障的難度。

（四）信息化程度偏低、橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)資料不完善

雖然橋梁信息化建設(shè)取得了很多成就，但目前我國(guó)缺乏全國(guó)統(tǒng)一的橋梁信息化管理系統(tǒng)，缺乏公開的橋梁事故數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，缺乏統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)理論尚不完善。橋梁安全保障的基礎(chǔ)就是摸清現(xiàn)狀，我國(guó)信息化程度偏低，也給橋梁安全保障帶來(lái)一定的難度。

綜上可以看出，我國(guó)仍處于交通快速發(fā)展時(shí)期，新建的眾多交通基礎(chǔ)設(shè)施空間體系愈加復(fù)雜，而且隨著既有基礎(chǔ)設(shè)施服役期的不斷增長(zhǎng)，病害和人為破壞不斷增加，災(zāi)害破壞形式和致災(zāi)行為與后果更為多變，影響橋梁安全因素多，形勢(shì)嚴(yán)峻。因此，我國(guó)公路橋梁的長(zhǎng)壽命安全保障問題是亟待解決的重大問題。

七、關(guān)于我國(guó)橋梁長(zhǎng)壽命安全保障的2035戰(zhàn)略思考

根據(jù)本文的調(diào)研和分析結(jié)果，結(jié)合我國(guó)橋梁的實(shí)際情況，對(duì)我國(guó)公路橋梁長(zhǎng)壽命安全保障提出如下思考。

（一）總體目標(biāo)

到2035年，全面建成管理科學(xué)、應(yīng)急高效的智能化、信息化、立體化橋梁安全保障體系，全面提升重大橋梁結(jié)構(gòu)的綜合安全保障能力和抗風(fēng)險(xiǎn)能力。力爭(zhēng)通過“三步走”實(shí)現(xiàn)總體目標(biāo)。

第一步：摸清現(xiàn)狀階段（2018—2022年）。分區(qū)域、分橋型、分建造年代，以百年（重要橋梁120年）橋梁為目標(biāo)，摸清現(xiàn)有在役橋梁與百年橋梁之間的差距，明確提升性能和延長(zhǎng)壽命的需求。

第二步：性能提升階段（2023—2027年）。以百年橋梁為目標(biāo)，在第一階段的基礎(chǔ)上，全面實(shí)施橋梁性能提升計(jì)劃，在重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，橋梁安全保障整體水平明顯提高。

第三步：2028—2035年，全面建成智能化、立體化、信息化的橋梁安全保障體系，橋梁安全保障綜合實(shí)力進(jìn)入世界強(qiáng)國(guó)前列。

（二）具體措施

（1）推動(dòng)橋梁養(yǎng)護(hù)理念由注重建設(shè)向管理養(yǎng)護(hù)并重轉(zhuǎn)變

針對(duì)我國(guó)服役橋梁養(yǎng)護(hù)管理和橋梁資產(chǎn)保全增效的技術(shù)需求，轉(zhuǎn)變橋梁養(yǎng)護(hù)理念，發(fā)展橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，完善橋梁信息管理系統(tǒng)，推行養(yǎng)護(hù)工程師制度，提升橋梁機(jī)械化養(yǎng)護(hù)能力，構(gòu)建符合我國(guó)國(guó)情的橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)及裝備體系，以促進(jìn)我國(guó)橋梁技術(shù)向“建養(yǎng)并重”轉(zhuǎn)型。

（2）構(gòu)建信息化、立體化的橋梁檢（監(jiān)）測(cè)、評(píng)估、加固一體化的橋梁維護(hù)體系

針對(duì)我國(guó)橋梁的檢測(cè)需求，發(fā)展并構(gòu)建服役橋梁高精度化無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及裝備體系；針對(duì)我國(guó)橋梁長(zhǎng)期性能研究和長(zhǎng)大橋梁運(yùn)營(yíng)管理的技術(shù)需求，研發(fā)高性能智能傳感器，發(fā)展并構(gòu)建橋梁健康診斷以及性能和抗力衰變監(jiān)測(cè)技術(shù)體系與標(biāo)準(zhǔn)；針對(duì)服役橋梁養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策的技術(shù)需求，進(jìn)一步完善和發(fā)展橋梁技術(shù)狀況評(píng)定、承載能力和減災(zāi)防災(zāi)能力的鑒定方法，構(gòu)建橋梁安全可靠性評(píng)估和使用壽命預(yù)測(cè)等的理論體系及技術(shù)方法；針對(duì)服役橋梁病害處置和提高使用荷載等級(jí)的實(shí)際需求，要完善加固設(shè)計(jì)理論與方法，研發(fā)快速可靠的加固技術(shù)，發(fā)展模式化加固技術(shù)和整體替代技術(shù)，提高加固后橋梁的安全可靠性。

（3）提高我國(guó)橋梁的應(yīng)急保障能力及水平

加強(qiáng)對(duì)極端和偶然橋梁風(fēng)險(xiǎn)因素的預(yù)警，構(gòu)建橋梁在地震等極端條件下的智能化預(yù)警評(píng)估處置系統(tǒng)；針對(duì)災(zāi)后應(yīng)急搶通和保通的需求，提升橋梁應(yīng)急裝備跨越和承載能力，拓展橋梁應(yīng)急裝備的品種，增強(qiáng)橋梁應(yīng)急裝備的施工便捷性，以提高我國(guó)公路橋梁的應(yīng)急保障能力及水平。

（4）完善我國(guó)橋梁的管理制度

加大特大型橋梁的管養(yǎng)與監(jiān)測(cè)，確保重要橋梁的運(yùn)營(yíng)狀況實(shí)時(shí)可控；完善橋梁運(yùn)營(yíng)安全管理系統(tǒng)，健全橋梁管理制度、加大對(duì)超載等行為的執(zhí)法力度，最大限度杜絕人為因素的安全隱患；引入橋梁事故第三方評(píng)價(jià)機(jī)制；建立健全橋梁事故分析處理數(shù)據(jù)庫(kù)。

八、結(jié)語(yǔ)

本文通過分析我國(guó)橋梁的技術(shù)狀況和國(guó)內(nèi)外橋梁事故案例，指出我國(guó)橋梁安全保障領(lǐng)域所面臨的問題和挑戰(zhàn)，以及我國(guó)橋梁安全保障技術(shù)及措施存在的不足，并在此基礎(chǔ)上提出了我國(guó)橋梁安全保障戰(zhàn)略方面的思考。

隨著時(shí)間的推移，大批橋梁工程結(jié)構(gòu)物老化與性能退化的現(xiàn)象將日益突出，部分重大結(jié)構(gòu)將陸續(xù)達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命。因此，建議盡快在我國(guó)實(shí)施“橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全保障計(jì)劃”，構(gòu)建適合我國(guó)國(guó)情的橋梁安全保障技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)于確保我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)安全和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全具有十分重大的意義。

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