山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計的安全性及耐久性問題探討

王宏

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，蘭州730030）

1 山區(qū)高速公路橋梁耐久性與安全性現(xiàn)狀

近年來，隨著我國公路橋梁工程的增加，相關(guān)部門越來越重視公路橋梁耐久性與安全性問題。當前我國高速公路橋梁在縱向的橋梁強度設(shè)計方面技術(shù)較為全面，但對于橫向時間線上的使用考慮不足，一定程度影響公路橋梁使用壽命，進而增加安全事故發(fā)生率。尤其是山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計，由于水文、地質(zhì)、地貌、地形等條件，山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)差別于平原地區(qū)，設(shè)計過程中存在考慮不周等問題，增加了山區(qū)高速公路橋梁事故發(fā)生率，因此，需要重點考慮以上因素可能造成的某些特定影響【1】。

2 山區(qū)高速公路橋梁設(shè)計存在的問題

2.1 安全性問題

1）施工管理與施工水平有限，根據(jù)綜合分析國內(nèi)多個高速公路橋梁事件，施工管理疏忽與建設(shè)中的不合規(guī)性是造成不良事故的主要因素。在公路橋梁建設(shè)中，沒有嚴格依照設(shè)計、規(guī)范等相關(guān)要求進行管理與施工，導致公路橋梁存在安全隱患，主要問題體現(xiàn)在材料以次充好、偷工減料等方面【2】。

2）缺乏完善的山區(qū)道路橋梁構(gòu)造體系與設(shè)計理念，在進行高速公路橋梁設(shè)計時，選擇合理的結(jié)構(gòu)方案是首要任務(wù)，需要對構(gòu)件與連接、結(jié)構(gòu)等進行分析；但在實際山區(qū)高速公路橋梁建設(shè)中，存在諸多問題，如設(shè)計人員考慮不夠充分，過度依賴計算機軟件系統(tǒng)，并未充分考慮結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)體系等因素，另外，整個項目從設(shè)計到施工，容易受到人為因素的影響，例如，混凝土等級不夠、設(shè)計圖紙表達不明確、不能充分認識山區(qū)高速公路橋梁整體結(jié)構(gòu)，進而導致項目安全性問題受到影響。

2.2 耐久性問題

1）目前，我國公路橋梁設(shè)計中，在施工技術(shù)、施工人員、材料等施工監(jiān)督與安全存在較多問題，如偷工減料，造成公路橋梁耐久性問題，導致設(shè)計工程無法達標。另外，施工人員技術(shù)水平有限，施工時無法達到技術(shù)標準要求，導致公路橋梁存在質(zhì)量問題。

2）超載問題嚴重，一般情況而言，可將公路橋梁超載分為3 種情況：一是司機的違法行為，對橋梁結(jié)構(gòu)造成損壞，導致橋梁使用壽命縮短；二是公路橋梁荷載與流量出現(xiàn)變化，導致公路橋梁超負荷工作，損害橋梁耐久性；三是公路橋梁使用超過年限，一般這種情況較為少見。

3 應(yīng)對措施

3.1 耐久性問題應(yīng)對措施

3.1.1 進一步完善橋梁設(shè)計構(gòu)造

適當加大混凝土保護層厚度，一定程度使混凝土保護層碳化概率降低，預防鋼筋鈍化膜受損。一般而言，混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂是造成混凝土結(jié)構(gòu)破壞與損傷的開始，然后逐步惡化發(fā)展。同時，這種裂隙會加劇混凝土結(jié)構(gòu)的損害，加劇雨水對混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕，進一步破壞混凝土結(jié)構(gòu)，形成惡性循環(huán)。通過提高混凝土結(jié)構(gòu)，保證橋梁結(jié)構(gòu)的正常性能，有助于延長橋梁的耐久性。此外，需要加強混凝土結(jié)構(gòu)裂隙的控制，從構(gòu)造方面入手消除隱患。加強運營管理部門管理，定期對公路橋梁進行檢測、維修、養(yǎng)護等，并詳細記錄公路橋梁使用情況。在運營過程中，需要高度重視公路橋梁支座耐久性，滿足結(jié)構(gòu)使用規(guī)格與要求，有助于提高公路橋梁耐久性，延長使用壽命。

3.1.2 設(shè)計方案創(chuàng)新

近年來，社會各界對山區(qū)高速公路橋梁耐久性性問題關(guān)注度越來越高，在當前建設(shè)工作中，橋梁設(shè)計單位、監(jiān)理單位、施工單位等相互之間溝通越發(fā)頻繁，這在一定程度上可以提高建設(shè)工作的合理化與科學化。因此，為進一步提高山區(qū)公路橋梁耐久性，還需提高施工人員專業(yè)水平，定期對其進行培訓，做到在加快施工進度的同時，保證施工質(zhì)量。

3.1.3 設(shè)計理念創(chuàng)新

在長期的發(fā)展歷史中，公路橋梁設(shè)計都在發(fā)展、應(yīng)用、研究、借鑒等過程中得到進步。因此，要進一步提高對橋梁結(jié)構(gòu)的重視度，總結(jié)設(shè)計經(jīng)驗與以往成功案例，對其深入剖析，進一步完善自身公路橋梁設(shè)計理念與知識范疇，促使設(shè)計理念不斷更新，逐步發(fā)揮創(chuàng)造出適合時代需求的理念與體系，從根本上提高山區(qū)公路橋梁耐久性。

3.2 安全性問題應(yīng)對措施

3.2.1 提高公路橋梁抗震性

一是從構(gòu)造細節(jié)方面提高抗震性，結(jié)合相應(yīng)的措施，保證結(jié)構(gòu)的安全性；二是從總體方面設(shè)計，即從計算分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)選型上考慮，盡可能采用連續(xù)結(jié)構(gòu)，以3～4 孔為最佳橋梁聯(lián)長，設(shè)置多個制動墩，提高公路橋梁抗震性，分散地震力，強化制動墩基礎(chǔ)，多做中小跨徑、控制大跨徑，保證山區(qū)公路橋梁“大震不倒、中震可修、小震不壞”。在具體布孔與選擇下部結(jié)構(gòu)形式時，避免出現(xiàn)同一聯(lián)橋跨中縱向墩高過大差異及同一橋墩橫向墩高過大差異，保證抗震安全性。

3.2.2 泥石流溝

由于山區(qū)特殊的地形與地貌，一般橋梁需要橫跨溝谷，且大部分溝谷均存在泥石流風險，尤其是針對大、中型泥石流溝，在進行公路橋梁設(shè)計時，需要將這些因素特別考慮在內(nèi)。針對這些情況，可通過適當改溝、增加橋墩防護、避免橋墩落在泥石流溝附近與溝底、極大跨徑等措施，來加強其安全性。

3.2.3 重視公路橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷

山區(qū)高速公路橋梁所應(yīng)對的環(huán)境復雜，所承受的風荷載、車輛荷載都會對公路橋梁使用安全性造成影響，都屬于動荷載，可對公路橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力呈循環(huán)變化，在對公路橋梁結(jié)構(gòu)造成震動影響時，對結(jié)構(gòu)造成持續(xù)性疲勞損傷。在實際工程建設(shè)中，公路橋梁所使用的材料存在許多微小缺陷，并非是連續(xù)的、均勻的，因此在循環(huán)動荷載因素影響下，公路橋梁逐步形成損傷，隨著使用年限的增加，公路橋梁內(nèi)部材料逐步形成宏觀裂紋，可誘發(fā)結(jié)構(gòu)、材料發(fā)生催醒斷裂，造成嚴重安全隱患。

由于導致公路橋梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷的因素眾多，早期難以被察覺，往往造成不可逆轉(zhuǎn)的嚴重后果。因此，在剛橋設(shè)計中，疲勞損傷問題一直備受關(guān)注。近年來，由于疲勞損傷引起的重大垮塌事故頻發(fā)，社會各界及專家學者對其關(guān)注度不斷提高，關(guān)于疲勞損傷的研究不斷增多，即便目前已進入混凝土結(jié)構(gòu)，仍還需進一步重視提高對于使用期受腐蝕的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞性能、動態(tài)性能方面研究，深入了解公路橋梁材料疲勞損傷，做好防護工作，提高公路橋梁安全性與使用年限。

4 結(jié)語

山區(qū)公路橋梁建設(shè)工程，由于其微丘、山嶺等特殊性地貌，以及運輸條件限制、沿線地質(zhì)復雜等特性，導致公路橋梁建設(shè)工程難度大，導致工程項目安全隱患多、使用壽命較低等。因此，在不同跨徑橋梁需要采取針對性的措施，如跨徑40～50m 公路橋梁需要使用預應(yīng)力混凝土T 梁，對于20～30m 跨徑公路橋梁需要使用預應(yīng)力混凝土小箱梁。此外，還需加強施工動態(tài)設(shè)計與地質(zhì)勘探，在明確地質(zhì)環(huán)境等綜合條件下，合理設(shè)計公路橋梁，提高其使用安全性與耐久性。