我國橋梁耐久性設(shè)計(jì)中存在的問題及對策研究

牛自禮

摘 要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路交通建設(shè)規(guī)模不斷發(fā)展壯大，推動(dòng)著我國道路橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)水平不斷提高。其中，橋梁設(shè)計(jì)的耐久性直接影響橋梁壽命、橋梁質(zhì)量及安全。本文首先分析我國橋梁耐久性設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，然后探討橋梁耐久性不足引起的危害，最后提出改進(jìn)橋梁耐久性設(shè)計(jì)的對策，希望為提高我國橋梁耐久性設(shè)計(jì)水平提供可行的方式方法。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì);耐久性;危害

中圖分類號：U442.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）28-0111-03

Research on the Problems and Countermeasures of

Bridge Durability Design in China

NIU Zili

（Pingdingshan Road Traffic Survey and Design Institute，Pingdingshan Henan 467000）

Abstract： With the rapid development of China's social economy， the scale of road traffic construction continues to grow， which promotes the improvement of road and bridge design technology. Among them， the durability of bridge design directly affects the bridge life， bridge quality and safety. This paper first analyzed the current situation of bridge durability design in China， then discussed the harm caused by insufficient bridge durability， and finally put forward countermeasures to improve bridge durability design， hoping to provide feasible methods for improving the level of bridge durability design in China.

Keywords： bridge design;durability;harm

因我國地域遼闊，山川河流眾多，道路橋梁成為人們?nèi)粘Ｍㄐ兄胁豢扇鄙俚幕A(chǔ)交通設(shè)施。橋梁作為我國道路的重要組成部分，特別是大、中橋梁對當(dāng)?shù)氐恼巍⒔?jīng)濟(jì)、國防等都具有重要意義，對推動(dòng)地區(qū)之間、民族之間溝通交流、友好交往、維護(hù)社會穩(wěn)定、民族穩(wěn)定都發(fā)揮著不可替代的重要作用。橋梁的形式特色因各地區(qū)地理氣候、文化習(xí)俗以及社會生產(chǎn)力發(fā)展水平及實(shí)際需要而各具特點(diǎn)。為了使橋梁建設(shè)質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足人們出行需求，實(shí)現(xiàn)橋梁建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)人員就必須重視橋梁耐久性設(shè)計(jì)問題，提高橋梁通行質(zhì)量，延長使用壽命。

1 我國橋梁耐久性設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

道路交通對我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重要作用。橋梁設(shè)計(jì)不僅對橋梁外觀、質(zhì)量安全、使用壽命等有重要影響，而且關(guān)乎著道路交通安全、人民群眾生命安全。在分析橋梁設(shè)計(jì)存在的問題時(shí)發(fā)現(xiàn)，有的設(shè)計(jì)方案沒有明確結(jié)構(gòu)的計(jì)算圖式與受力路線，使橋梁局部受力過大;有的則對混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋的直徑與橋梁受力不匹配，這些都是降低橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素。很多橋梁在設(shè)計(jì)建設(shè)中雖然滿足了強(qiáng)度要求，但是在投入使用幾年后就會出現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)安全的問題，耐久性不足已成為當(dāng)前橋梁設(shè)計(jì)中亟待解決的問題。我國橋梁耐久性設(shè)計(jì)中主要存在以下幾方面問題。

1.1 橋梁耐久性設(shè)計(jì)沒有得到足夠的重視

目前我國橋梁設(shè)計(jì)中著重分析橋梁承受的強(qiáng)度，對橋梁耐久性的設(shè)計(jì)考慮欠佳，表現(xiàn)在能充分把握橋梁強(qiáng)度極限狀態(tài)，而對使用極限狀態(tài)的條件及后果缺少有效設(shè)計(jì)。

橋梁在使用過程中的狀態(tài)及長期使用后的變化在橋梁的壽命周期中占據(jù)主要地位。設(shè)計(jì)人員在橋梁設(shè)計(jì)過程中，大多只是把耐久性作為概念簡單提及，并沒有對所設(shè)計(jì)橋梁的使用年限提出明確的規(guī)定，對提高耐久性的設(shè)計(jì)措施沒有進(jìn)行深入研究，包括使用什么樣的材料、采取怎樣的結(jié)構(gòu)措施等以實(shí)現(xiàn)橋梁耐久性[1]。此外，在橋梁設(shè)計(jì)中耐久性還包括定期養(yǎng)護(hù)措施的設(shè)計(jì)，但目前，并未對橋梁在不同使用階段需要采取的養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行規(guī)定，致使橋梁后期養(yǎng)護(hù)管理缺乏階段性、目的性，影響橋梁使用壽命。

1.2 橋梁耐久性設(shè)計(jì)方法不合理

在橋梁設(shè)計(jì)過程中，需要有科學(xué)完善的理論作為基礎(chǔ)，在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)理論基礎(chǔ)上，編制合理、可行、經(jīng)濟(jì)、適用的設(shè)計(jì)方案，以此保證橋梁設(shè)計(jì)的可行性和實(shí)效性。但目前，橋梁設(shè)計(jì)大多借鑒以往經(jīng)驗(yàn)，未能根據(jù)地區(qū)差異及實(shí)際交通需要選擇設(shè)計(jì)方法，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方法不合理，從而直接影響后期施工質(zhì)量。

1.3 對橋梁設(shè)計(jì)管理缺乏監(jiān)督

當(dāng)前，在橋梁設(shè)計(jì)過程中，未配置監(jiān)督員對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行全程監(jiān)督，導(dǎo)致設(shè)計(jì)質(zhì)量不高。在橋梁投入使用后，因公路橋梁質(zhì)量問題引發(fā)的交通事故處罰對象多為施工單位，對其嚴(yán)肅追責(zé)。部分橋梁發(fā)生交通事故除了確實(shí)是因施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、偷工減料造成的外，還可能是因設(shè)計(jì)方案不合理引發(fā)的。但在實(shí)際處罰中，往往對橋梁設(shè)計(jì)方缺乏處罰約束。因此，我國應(yīng)完善設(shè)計(jì)過程監(jiān)督管理制度，規(guī)范設(shè)計(jì)方法，有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量[2]。

2 橋梁耐久性不足引起的危害

橋梁工程具有投資大、受環(huán)境影響大、技術(shù)復(fù)雜、維護(hù)成本高、修復(fù)難度大等特點(diǎn)，一旦出現(xiàn)問題，造成的影響是多方面的。

2.1 造成經(jīng)濟(jì)損失

我國橋梁基本上是由國家出資投建的，對于每一項(xiàng)橋梁工程，都要根據(jù)其規(guī)模投入不同程度的人力、物力、財(cái)力。如果橋梁缺乏耐久性，在未達(dá)到使用年限前經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量問題，不僅會直接影響橋梁安全，而且需要投入巨大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)進(jìn)行維護(hù)與修復(fù)，嚴(yán)重的甚至需要拆除修建，在維護(hù)、修建中對當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)會造成不利影響;同時(shí)，在多次修復(fù)中又需要投入人力、物力、財(cái)力，造成經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 容易引發(fā)重大事故

從以往橋梁交通事故來看，絕大多數(shù)都是因?yàn)槿藶橐蛩卦斐傻模藶橐蛩刂饕憩F(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量及管理各個(gè)方面。如果在設(shè)計(jì)過程中不能及時(shí)糾錯(cuò)，尤其是對耐久性設(shè)計(jì)因素考慮不全，加上施工過程中出現(xiàn)不當(dāng)管理，在后期投入使用中就會出現(xiàn)各種問題，從而引發(fā)嚴(yán)重交通事故。

2.3 造成不良的社會影響

如果橋梁在施工完成后未滿足當(dāng)?shù)貙?shí)際需要就重新進(jìn)行修護(hù)、拆除重建，容易造成老百姓口中常說的“拆了建、建了拆”，在社會造成不良影響。若橋梁發(fā)生嚴(yán)重的工程事故，不僅會造成人們的心理恐慌，不利于社會穩(wěn)定，而且會影響政府與人民群眾間的親密關(guān)系，不利于黨對人民群眾的領(lǐng)導(dǎo)[3]。

因此，設(shè)計(jì)施工單位必須重視橋梁耐久性設(shè)計(jì)，做到提前預(yù)防、加強(qiáng)管理，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，維護(hù)人民群眾的根本利益。

3 改進(jìn)橋梁耐久性設(shè)計(jì)的對策

重視橋梁耐久性設(shè)計(jì)，合理提高橋梁的使用壽命，是設(shè)計(jì)每一階段、每一環(huán)節(jié)都不容忽視的重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)時(shí)要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性。筆者結(jié)合自身多年工作經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)橋梁耐久性設(shè)計(jì)的建議。

3.1 橋梁耐久性設(shè)計(jì)要加強(qiáng)整體性、系統(tǒng)性

橋梁設(shè)計(jì)工作開展前，設(shè)計(jì)人員要進(jìn)行實(shí)地勘查，掌握水文地質(zhì)及其他可能對施工帶來影響的因素，并查閱相關(guān)資料，系統(tǒng)、全面地聯(lián)系理論進(jìn)行研究分析。整體性、系統(tǒng)性地優(yōu)化橋梁耐久性設(shè)計(jì)，包括橋梁使用壽命設(shè)計(jì)、使用性能設(shè)計(jì)、建設(shè)成本設(shè)計(jì)、可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)[4]。

對于橋梁使用壽命的設(shè)計(jì)，需要依據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)需求、交通運(yùn)輸量及地質(zhì)環(huán)境等數(shù)據(jù)進(jìn)行研究確定。對于橋梁性能的設(shè)計(jì)，應(yīng)該充分結(jié)合所在區(qū)域需求、歷史文化條件、風(fēng)俗習(xí)慣、自然條件等確定橋梁橋型及等級，突出當(dāng)?shù)氐牡赜蛱厣?，如在地方旅游?jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，可優(yōu)先選用拱橋，拱橋造型圓潤、優(yōu)美，成本低，可增加地區(qū)文化氣息。若在跨度較大的地區(qū)，可選用斜拉橋結(jié)構(gòu)，斜拉橋結(jié)構(gòu)是由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合而成的，斜拉橋的拉索體系能減小梁體內(nèi)彎矩，減輕結(jié)構(gòu)的重量，因此在大跨度橋梁建設(shè)中較多應(yīng)用斜拉橋形式。對于橋梁成本進(jìn)行控制時(shí)，應(yīng)在實(shí)現(xiàn)橋梁性能需求的基礎(chǔ)上，節(jié)約橋梁建設(shè)成本，堅(jiān)持合理、科學(xué)、規(guī)范設(shè)計(jì)的原則，最大限度地發(fā)揮橋梁的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在設(shè)計(jì)過程中，要堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展原則，要求設(shè)計(jì)人員掌握當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境特點(diǎn)，減少工程對周圍環(huán)境及農(nóng)作物的影響，堅(jiān)持資源消耗最小化[5]。

3.2 設(shè)計(jì)中明確橋梁通車荷載量

在橋梁運(yùn)行階段，車輛超載引發(fā)的問題在前期不易被發(fā)現(xiàn)，到一定階段后，橋梁材料出現(xiàn)損耗、結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，會使橋梁出現(xiàn)安全問題。因此，在計(jì)算荷載時(shí)，首先需要分析當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)行狀況，統(tǒng)計(jì)當(dāng)?shù)剀囕v通行量，并分析經(jīng)過該橋梁可能達(dá)到的行車數(shù)量及重載貨車比例，將這些數(shù)據(jù)作為計(jì)算荷載的參數(shù)。其次，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載模型時(shí)，以工程實(shí)際情況為基礎(chǔ)，計(jì)算出橋梁均布荷載參數(shù)，以準(zhǔn)確反映橋梁在重載車輛達(dá)到峰值時(shí)所受到的影響，進(jìn)而明確橋梁結(jié)構(gòu)的荷載分布狀態(tài)。在計(jì)算橋梁車輛荷載值時(shí)，要先確定基礎(chǔ)使用年限，利用公式[FTx]=[Fx]×（使用時(shí)間年限）進(jìn)行計(jì)算，此公式可以準(zhǔn)確計(jì)算出相應(yīng)的技術(shù)值，進(jìn)而確定橋梁最大車輛荷載值，最終明確設(shè)計(jì)中的主要技術(shù)參數(shù)，以滿足橋梁耐久性的使用需要[6]。

3.3 加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員理論知識學(xué)習(xí)

設(shè)計(jì)人員要重視橋梁耐久性設(shè)計(jì)的重要作用，無論是在橋型選擇上還是在橋梁構(gòu)造細(xì)節(jié)上，都要慎重考慮橋梁的耐久性。例如，在設(shè)計(jì)一座中小跨徑的混凝土連續(xù)橋梁時(shí)，是采用體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束還是體外預(yù)應(yīng)力束？大多數(shù)橋梁設(shè)計(jì)師偏向選擇體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束，這主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員對體外預(yù)應(yīng)力束了解不夠深入，而國內(nèi)的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束已有成熟的經(jīng)驗(yàn)和理論。設(shè)計(jì)人員未更新自身的知識體系，加之國內(nèi)本身對體外預(yù)應(yīng)力束的研究就少，造成可借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多，因此對體外預(yù)應(yīng)力束的應(yīng)用存在一定的誤解，認(rèn)為因體外束鋼筋需暴露在空氣中，會對耐久性造成一定影響。但事實(shí)上，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束是在混凝土內(nèi)部，若內(nèi)部結(jié)構(gòu)腐蝕則不易被檢測到，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而造成橋梁結(jié)構(gòu)被破壞;但體外預(yù)應(yīng)力束暴露在混凝土外，其銹蝕狀況更容易被檢測和發(fā)現(xiàn)，便于及時(shí)更換鋼束。因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮施工的可行性，施工過程中及后期運(yùn)行中病害的可檢查性等，提高思想認(rèn)識，學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)施工理論知識，堅(jiān)持理念創(chuàng)新[7]。

3.4 提高對橋梁耐久性設(shè)計(jì)的監(jiān)督力度

解決橋梁耐久性設(shè)計(jì)中存在的問題，除了要提升設(shè)計(jì)水平外，還要加強(qiáng)橋梁耐久性設(shè)計(jì)的科學(xué)管理，使設(shè)計(jì)項(xiàng)目在進(jìn)行中得到有效監(jiān)督，進(jìn)而使得橋梁耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范化、制度化。第一，要加強(qiáng)對設(shè)計(jì)人員的職業(yè)道德教育，提升設(shè)計(jì)人員的職業(yè)素質(zhì);第二，實(shí)施獎(jiǎng)罰明確的體制機(jī)制，加大獎(jiǎng)懲力度，在獎(jiǎng)懲機(jī)制的激勵(lì)作用下，增強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的責(zé)任意識、擔(dān)當(dāng)意識和創(chuàng)新意識;第三，專門設(shè)置監(jiān)管部門，對橋梁設(shè)計(jì)工作嚴(yán)格把關(guān)，明確分工及責(zé)任人;第四，建設(shè)單位也要跟進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)度，確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，依據(jù)自身施工經(jīng)驗(yàn)與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行有效溝通，降低橋梁耐久性設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題的概率;第五，政府部門也要做好監(jiān)督和檢查工作，本著對人民負(fù)責(zé)的原則，加大對橋梁耐久性設(shè)計(jì)相關(guān)工作的監(jiān)管力度，保障交通基礎(chǔ)設(shè)施的經(jīng)濟(jì)效益得到最大化。

4 結(jié)語

隨著我國運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路橋梁建設(shè)速度逐漸加快，為了保障橋梁使用的安全性和穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)階段必須確定最佳的設(shè)計(jì)方案。橋梁設(shè)計(jì)工作的復(fù)雜性較高，涉及的影響因素較多，所以，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前要深入工程現(xiàn)場進(jìn)行勘查，掌握當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境對工程的影響因素，并結(jié)合當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算確定橋梁荷載參數(shù)，以保障橋梁滿足實(shí)際交通運(yùn)行的需要。為了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高橋梁耐久性，設(shè)計(jì)人員要不斷更新擴(kuò)展自身理論知識，掌握施工新技術(shù)、施工新材料，使施工人員依據(jù)施工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，提高施工質(zhì)量。此外，設(shè)計(jì)人員要時(shí)刻與施工單位保持溝通，結(jié)合施工詳情，對出現(xiàn)的施工問題制定相應(yīng)的解決方案，并依據(jù)規(guī)章制度上報(bào)管理部門。只有提高橋梁耐久性設(shè)計(jì)質(zhì)量，才能有效延長橋梁使用壽命，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展提供有力的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫麗麗，趙巧慧.道路橋梁設(shè)計(jì)中的隱患及解決措施分析[J].江西建材，2015（7）：120-121.

[2]楊霄.淺談橋梁設(shè)計(jì)的耐久性[J].青?？萍迹?011（2）：114-115.

[3]劉東明.淺析造成橋梁設(shè)計(jì)耐久性較差的原因[J].中國科技財(cái)富，2011（3）：80.

[4]李曉光.橋梁工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)實(shí)踐探微[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（30）：95-96.

[5]王曉宇道路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性與耐久性設(shè)計(jì)[J].綠色環(huán)保建材，2018（9）：116-117.

[6]康二剛.基于橋梁耐久性和安全性的設(shè)計(jì)思路分析[J].交通世界，2018（20）：123-124.

[7]盧建慶，宋亞洲.大跨徑公路橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵問題探究[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2017（20）：169-170.