市政橋梁設(shè)計(jì)的安全性和耐久性分析

余勇繼

（中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司貴州分公司，貴州 貴陽(yáng)550000）

0 引言

目前，雖然我國(guó)各城市基礎(chǔ)設(shè)施中橋梁所占的空間較小，但承擔(dān)了比例較大的城市交通流量，在城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、文化建設(shè)、魅力提升中發(fā)揮著重要的作用。在城市化進(jìn)程不斷推動(dòng)的形勢(shì)下，市政橋梁因重施工輕養(yǎng)護(hù)、重外觀輕結(jié)構(gòu)，未充分考慮結(jié)構(gòu)的耐久性、使用年限等原因，使得諸多橋梁在未達(dá)到使用年限時(shí)，就出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)使用性差、需維修和加固的工程量增多等不良后果。因此，在新形勢(shì)下，如何提高市政橋梁設(shè)計(jì)的安全性和耐久性已成為眾多橋梁設(shè)計(jì)人員的工作重點(diǎn)，需予以充分的重視。

1 市政橋梁設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

為了適應(yīng)社會(huì)市場(chǎng)的需求，將安全性、審美性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性等設(shè)計(jì)理念應(yīng)用到市政橋梁設(shè)計(jì)中，已成為市政橋梁的主要發(fā)展趨勢(shì)。從大量的市政橋梁設(shè)計(jì)實(shí)際來(lái)看，在設(shè)計(jì)中考慮的實(shí)際強(qiáng)度較多而耐久性卻相對(duì)偏少，造成橋梁設(shè)計(jì)過(guò)于重視承載能力極限狀態(tài)，而忽略了正常使用極限狀態(tài)，而這一點(diǎn)又直接決定了橋梁設(shè)計(jì)的使用壽命和使用性能。在工程具體設(shè)計(jì)中，僅將耐久性作為一個(gè)系統(tǒng)性的概念，但未能從材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝等方面確保結(jié)構(gòu)措施的耐久性，同時(shí)對(duì)市政橋梁的使用目標(biāo)、使用年限和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)并未作出明確規(guī)定，進(jìn)而增加了橋梁安全事故的發(fā)生率。

2 影響市政橋梁設(shè)計(jì)安全性和耐久性的因素

2.1 設(shè)計(jì)方面的原因

在橋梁設(shè)計(jì)中，為了確保設(shè)計(jì)人員能夠切實(shí)考慮到影響結(jié)構(gòu)完整性的因素，有必要開(kāi)展一個(gè)全面的關(guān)于安全性和耐久性的技術(shù)試驗(yàn)。但在實(shí)際工作中，由于設(shè)計(jì)人員專(zhuān)業(yè)技能水平和工作經(jīng)驗(yàn)有限，未全面掌握和理解橋梁設(shè)計(jì)中所涉及的理論和計(jì)算工作，導(dǎo)致其在對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的強(qiáng)度上要求較低或局部受力大，進(jìn)而造成橋梁的耐久性、安全性較差。橋梁施工和設(shè)計(jì)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，故針對(duì)設(shè)計(jì)工作中遇到的技術(shù)問(wèn)題，要求設(shè)計(jì)人員做到具體問(wèn)題具體分析，但在具體的設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員和技術(shù)人員習(xí)慣采用常規(guī)思維來(lái)考慮問(wèn)題，導(dǎo)致橋梁的設(shè)計(jì)施工與實(shí)際需求不一致，缺乏系統(tǒng)的整體性能。

2.2 施工管理方面的原因

（1）在市政橋梁實(shí)際施工中，未安排安全監(jiān)管工程師對(duì)項(xiàng)目建設(shè)安全情況進(jìn)行監(jiān)督，且安全生產(chǎn)責(zé)任人也未明確。（2）設(shè)計(jì)人員和施工人員的安全施工意識(shí)薄弱。（3）由于設(shè)計(jì)工作中缺乏相應(yīng)的信息管理平臺(tái)支撐，導(dǎo)致項(xiàng)目中所涉及的資源整合和優(yōu)化問(wèn)題無(wú)法跟進(jìn)。（4）技術(shù)質(zhì)量管理中的錯(cuò)位、越位和缺位現(xiàn)象較嚴(yán)重。（5）設(shè)計(jì)人員和技術(shù)人員的交底工作未到位。（6）總承包單位、分包及供應(yīng)商等的合同定位和職責(zé)等尚未明確。

2.3 維檢方面的原因

車(chē)輛超載主要分為三種情況：一是老橋在超年限的狀態(tài)下運(yùn)行，這是因設(shè)計(jì)負(fù)荷變化引起的；二是橋梁實(shí)際交通流量超出原設(shè)計(jì)量，是由交通量增加造成的；三是車(chē)輛非法超載，這種情況是由駕駛員非法超載行為引起的。橋梁的日常維檢工作不到位，一方面會(huì)擴(kuò)大橋梁的疲勞應(yīng)力范圍，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)性損壞事故；另一方面易造成橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂，進(jìn)而對(duì)橋梁的安全性、耐久性等構(gòu)成威脅。

3 優(yōu)化橋梁設(shè)計(jì)安全性和耐久性的措施

3.1 加強(qiáng)市政橋梁的安全性設(shè)計(jì)

（1）重視橋梁的疲勞損傷問(wèn)題。在規(guī)劃與設(shè)計(jì)橋梁的過(guò)程中，首先應(yīng)做好地質(zhì)地貌、水文特征等條件的勘察工作，以便設(shè)計(jì)人員能在初期工作中辨別可能導(dǎo)致疲勞損傷的因素，并采取有效措施控制這些不良因素對(duì)橋梁的影響，進(jìn)而確保橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性。（2）提高橋梁所能承受的最大荷載能力。利用現(xiàn)代化的施工設(shè)備、施工技術(shù)和施工工藝對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行全面分析和研究，以盡可能地減少疲勞損傷對(duì)橋梁造成的影響。（3）加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)施工的管理。一方面應(yīng)強(qiáng)化新型的建筑材料、施工技術(shù)等在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；另一方面設(shè)計(jì)人員也應(yīng)緊跟時(shí)代發(fā)展步伐，不斷學(xué)習(xí)新的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而逐步提升自身的設(shè)計(jì)質(zhì)量和能力，確保設(shè)計(jì)方案能與實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相適應(yīng)。

3.2 加強(qiáng)市政橋梁的耐久性設(shè)計(jì)

（1）水泥是構(gòu)成混凝土的重要材料，其質(zhì)量直接影響到混凝土最終承受的強(qiáng)度及投入使用后的穩(wěn)定性。比如粉煤灰水泥與硅酸鹽水泥因化學(xué)成分存在差異，這就使得這兩者的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也存在不同，故將其投入項(xiàng)目建設(shè)使用中后對(duì)橋梁施工質(zhì)量造成的影響也會(huì)有所區(qū)別。因此，應(yīng)結(jié)合橋梁施工區(qū)域所處的環(huán)境、溫度及水文特征等條件選擇水泥。（2）在攪拌水泥的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況添加外加劑，以減慢混凝土碳化的速度。（3）控制水灰比的科學(xué)性。針對(duì)高強(qiáng)度混凝土，其所需使用的水灰比指標(biāo)較小，若混凝土的水灰比過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度達(dá)不到要求，使得外部環(huán)境中一些具有腐蝕性作用的氣體進(jìn)入橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，進(jìn)而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量等造成不利影響，故需嚴(yán)格控制水灰比，按照要求確?；炷翉?qiáng)度和穩(wěn)定性。表1為混凝土含氣量。

表1 混凝土含氣量一覽表 %

3.3 加強(qiáng)市政橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞損傷研究

市政橋梁結(jié)構(gòu)在車(chē)輛荷載、風(fēng)荷載、地震、人為因素等作用下，一方面會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的疲勞性應(yīng)力不斷積聚，進(jìn)而引起疲勞損傷破壞；另一方面由于橋梁施工的非連續(xù)性和不均勻性，再加上上述荷載的反復(fù)作用，易引起橋梁路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)宏觀裂紋（宏觀裂紋擴(kuò)展情況如圖1所示），進(jìn)而造成結(jié)構(gòu)脆性破壞。針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞損傷問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員大多將解決這一問(wèn)題的重點(diǎn)放在混凝土結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性、疲勞緩解等方面，并將橋梁設(shè)計(jì)的安全性、耐久性作為主要工作內(nèi)容，以盡可能從設(shè)計(jì)層面減少疲勞問(wèn)題的出現(xiàn)。

圖1 宏觀裂紋擴(kuò)展情況示意圖

（注：裂紋在滑移帶形成后，其第一階段的擴(kuò)展應(yīng)是在最大剪力方向上，階段一的裂紋擴(kuò)展具有明顯的結(jié)晶性質(zhì)，這一特性會(huì)在階段二部分消失；第二階段的裂紋擴(kuò)展，從宏觀上看是沿垂直于最大正應(yīng)力變的方向上拓展，微觀上則是持續(xù)變化的。）

3.4 關(guān)注市政橋梁在使用過(guò)程中的超載情況

在市政道路橋梁發(fā)展過(guò)程中，若橋梁長(zhǎng)時(shí)間處在超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，則會(huì)對(duì)橋梁整體造成不可逆的損壞，且這些損傷是無(wú)法通過(guò)維修等手段恢復(fù)的，這就對(duì)橋梁的安全性和耐久性構(gòu)成了威脅。因此，在市政橋梁設(shè)計(jì)中，需關(guān)注市政橋梁使用過(guò)程中出現(xiàn)的超載情況，在施工中嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求確保施工質(zhì)量，以確保市政橋梁在使用過(guò)程中的安全、穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，市政橋梁設(shè)計(jì)的耐久性和安全性已成為設(shè)計(jì)人員必須正視和解決的一個(gè)問(wèn)題。這不僅要求設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中，積極借鑒國(guó)內(nèi)外大量的橋梁建設(shè)實(shí)例所總結(jié)的施工經(jīng)驗(yàn)，還應(yīng)結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，以及市政橋梁的環(huán)境問(wèn)題，加強(qiáng)對(duì)市政橋梁的安全性和耐久性分析，以促進(jìn)市政橋梁建設(shè)的科學(xué)化、合理化，最終將我國(guó)市政橋梁設(shè)計(jì)提升至一個(gè)新水平、新高度。