市政道路橋梁安全性與耐久性設(shè)計(jì)

胡群輝 胡建兒

摘要：道路橋梁設(shè)計(jì)不僅僅關(guān)系著城市交通的暢通性，還關(guān)系著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在設(shè)計(jì)過程中，要注重其安全與耐久，全面提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，確保其可靠發(fā)展。針對(duì)此，開展道路橋梁設(shè)計(jì)安全性、耐久性的研討，通過對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，結(jié)合工程，旨在為市政道路橋梁的穩(wěn)定發(fā)展提供可靠意見。

關(guān)鍵詞：市政道路橋梁;安全性設(shè)計(jì);耐久性設(shè)計(jì)

一、影響橋梁安全性和耐久性的因素

1.設(shè)計(jì)方面的因素

在道路橋梁設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)建是十分重要的。在具體設(shè)計(jì)過程中，部分設(shè)計(jì)人員不能真正從基礎(chǔ)理論上對(duì)橋梁所受的力進(jìn)行完整性的分析計(jì)算，只是沿用以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行粗略的計(jì)算，易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。還有部分設(shè)計(jì)人員更多的是關(guān)注結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，而忽略了結(jié)構(gòu)的完整性及使用材料的合理性，這種人為因素也會(huì)在很大程度上影響橋梁的安全性和耐久性。

2.施工方面的因素

工程質(zhì)量的好壞直接影響橋梁的使用，而在現(xiàn)階段道路橋梁的施工中存在很多的問題。一些小型的施工單位，由于技術(shù)水平比較低，在施工過程中經(jīng)常忽視現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，僅僅依據(jù)經(jīng)驗(yàn)施工，有時(shí)通過降低規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行橋梁建設(shè)，導(dǎo)致橋梁質(zhì)量得不到保障，其安全性和耐久性也受到了不同程度的影響。很多道路橋梁使用才幾年，就出現(xiàn)了各種各樣的問題，例如鋼筋銹蝕、鋼筋外露、鉸縫脫落等，這些都是橋梁安全性和耐久性方面存在的問題。一些施工單位為了獲取較高的經(jīng)濟(jì)利益，以次充好，使用不合格的建筑材料;還有一些施工單位技術(shù)人員學(xué)歷較低，技術(shù)水平不到位，在施工時(shí)操作不規(guī)范。另外，很多施工單位在施工管理方面做得不到位，未采取安全措施，沒有對(duì)施工人員進(jìn)行專業(yè)的橋梁安全和質(zhì)量等方面的培訓(xùn)，進(jìn)而導(dǎo)致了安全事故的發(fā)生，也嚴(yán)重影響了橋梁的施工質(zhì)量。

3.后期養(yǎng)護(hù)管理方面的因素

我國(guó)道路橋梁的建設(shè)一般都比較注重前期的設(shè)計(jì)和中期的施工，很少關(guān)注橋梁在運(yùn)營(yíng)過程中的養(yǎng)護(hù)管理，這在一定程度上影響了橋梁的安全性和耐久性。例如遇到雨雪天氣時(shí)，如果積雪和積冰處理不及時(shí)，就會(huì)化成水滲透到橋梁的面層和結(jié)構(gòu)層，進(jìn)而使得橋梁鋼筋被銹蝕，混凝土出現(xiàn)開裂。橋梁的伸縮縫經(jīng)常被垃圾填堵，如果不及時(shí)清理，就會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)在受力時(shí)的正常伸縮變形，使得部分構(gòu)件被破壞，進(jìn)而影響橋梁的整體穩(wěn)定性。橋梁結(jié)構(gòu)中的一些附屬構(gòu)件的使用年限較短，在發(fā)生破損或移位時(shí)，養(yǎng)護(hù)人員應(yīng)該及時(shí)更換，以保證橋梁的正常使用，確保通行者的安全。這些后期維修養(yǎng)護(hù)中出現(xiàn)的問題都直接影響了橋梁的安全性和耐久性，同時(shí)也在一定程度上縮短了橋梁的使用年限。

二、提高橋梁安全性和耐久性設(shè)計(jì)的措施

1.構(gòu)造安全性與耐久性設(shè)計(jì)方法

（1）一般構(gòu)造

1）相關(guān)研究結(jié)果表明，在所有影響橋梁安全性和耐久性的非人為因素中，鋼筋腐蝕是最為關(guān)鍵的一個(gè)因素。由于橋梁結(jié)構(gòu)中的鋼筋基本上全部被混凝土包裹在內(nèi)，從而使得鋼筋的腐蝕速度與混凝土的厚度存在著密切的關(guān)聯(lián)性。但混凝土的厚度過大會(huì)導(dǎo)致材料浪費(fèi)，而且會(huì)增大表面裂縫的發(fā)生概率。因此，要對(duì)混凝土的厚度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)?；炷撂蓟卿摻钿P蝕的前提，一般情況下，只有保護(hù)層混凝土碳化，鋼筋表層鈍化膜破壞，鋼筋才有可能銹蝕。

2）橋梁工程中的鋼筋在不同環(huán)境中，對(duì)混凝土保護(hù)層厚度的要求有所差別，但必須使保護(hù)層的設(shè)計(jì)厚度大于鋼筋的直徑，預(yù)應(yīng)力鋼筋的保護(hù)層厚度應(yīng)大于等于孔道直徑的1/2，如果是采用先張法的構(gòu)件，則保護(hù)層的厚度應(yīng)與普通鋼筋的保護(hù)層厚度相同，也可在原本的基礎(chǔ)上增加10mm。當(dāng)設(shè)計(jì)中選用的鋼筋為直徑16mm的熱軋鋼筋時(shí)，可適當(dāng)降低保護(hù)層的厚度，降幅最多不得超過5.0mm。

（2）防排水構(gòu)造

1）在橋梁設(shè)計(jì)過程中，要確保水能夠及時(shí)、快速地從橋面上排出，避免出現(xiàn)積水下滲的情況?？蓪蛎嬖O(shè)計(jì)成較大的坡度，以便于排水。橋面排水應(yīng)通過專門設(shè)置的管道排出，不得將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土表面直接作為排水通道。排水管道的出口不得緊貼混凝土構(gòu)件表面，應(yīng)離開混凝土墩柱或其他構(gòu)件表面一定距離。

2）橋梁設(shè)計(jì)施工中，在沒有特殊要求的情況下，不要將排水管置于混凝土內(nèi)部，以免管道失效后，影響更換?？梢圆捎脩覓斓姆绞綄⑴潘艿踉跇蛎嫦拢部芍糜谥髁嚎障吨?，或是布設(shè)在邊緣的管溝內(nèi)。橋梁中設(shè)置的排水系統(tǒng)除了要堅(jiān)固之外，還應(yīng)耐用，要時(shí)刻保持暢通，選擇的材料應(yīng)具有良好的抗腐蝕性;在橋梁結(jié)構(gòu)排水容易出現(xiàn)滲漏的部位，應(yīng)設(shè)置替代出口，以免造成積水。

3）在橋梁防水構(gòu)造設(shè)計(jì)中要遵循防排結(jié)合的原則，防水設(shè)計(jì)可采用以下措施：選擇具有強(qiáng)抗?jié)B性、耐高溫性、黏結(jié)性的防水層，并精心鋪設(shè);橋面防水設(shè)計(jì)中，柔性防水和剛性防水相結(jié)合;加強(qiáng)梁端封頭混凝土及鉸縫施工質(zhì)量控制，避免梁頭和鉸縫滲水。

2.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

（1）結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化

在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以將梁體與橋面鋪裝層有機(jī)結(jié)合起來，以此來增強(qiáng)橋梁整體抗疲勞損傷的能力，從而避免雨水下滲造成鋼筋腐蝕，影響結(jié)構(gòu)耐久性。橋面可采用高性能混凝土進(jìn)行鋪筑，并在鋪裝層內(nèi)設(shè)置鋼筋網(wǎng)（伸縮縫和連續(xù)墩墩頂設(shè)置加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)），避免混凝土開裂。在對(duì)主梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可在梁體中設(shè)置排氣孔，從而達(dá)到內(nèi)部降溫的效果。

（2）疲勞損傷設(shè)計(jì)

1）在材料的選擇上，應(yīng)采用高性能混凝土，以具有耐腐蝕性能的混凝土作為首選。應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境類別和環(huán)境作用等級(jí)，按照相關(guān)規(guī)范選用耐久性所需的混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)、最大水膠比和混凝土膠凝材料等。

2）將安全性與耐久性設(shè)計(jì)作為依據(jù)，最大限度地降低結(jié)構(gòu)疲勞損傷出現(xiàn)的幾率。混凝土樁基、墩柱結(jié)構(gòu)面臨的腐蝕是地下水和地表水中硫酸根離子、鎂離子、氯離子的化學(xué)侵蝕，主要通過提高混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、增加保護(hù)層厚度、提高混凝土的密實(shí)性等措施來預(yù)防。在對(duì)混凝土進(jìn)行制備時(shí)，應(yīng)對(duì)水泥的用量進(jìn)行控制，摻入適量的外加劑，減少水泥用量。

3）由于橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞損傷基本上都是荷載所引起，故此應(yīng)加強(qiáng)抗荷載設(shè)計(jì)，從而使橋梁能夠承受更大的荷載。如設(shè)置橡膠支座，并對(duì)支座的位置進(jìn)行合理布設(shè)，從而發(fā)揮出支座的作用，避免其受到撞擊?？稍跇蛄荷显O(shè)置監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)橋梁進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)進(jìn)行處理，增加其耐久性。

（3）抗震設(shè)計(jì)

在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為達(dá)到抗震規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)對(duì)橋梁進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。下部結(jié)構(gòu)配筋應(yīng)考慮抗震設(shè)計(jì)，橋墩墩柱設(shè)計(jì)成延性保護(hù)構(gòu)件，保證抗震需求。

震害調(diào)查顯示，在強(qiáng)烈的震動(dòng)作用下，按規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)很多情況下并不具備抵抗強(qiáng)震的足夠強(qiáng)度，但有些結(jié)構(gòu)卻沒有倒塌，甚至沒有發(fā)生嚴(yán)重破壞。這些結(jié)構(gòu)能夠在地震中幸存，是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的初始強(qiáng)度能夠基本維持，沒有因非彈性變形的加劇而過度下降，也具有較好的延性。

延性抗震理論不同于強(qiáng)度理論的是，其是通過結(jié)構(gòu)選定部位的塑性變形（形成塑性鉸）來抵抗地震作用的。利用選定部位的塑性變形，不僅能消耗地震能量，還能延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期，從而減小地震反應(yīng)。地震之所以造成結(jié)構(gòu)損壞甚至倒塌，原因是其激起的地震慣性力超過了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。如果純粹依靠強(qiáng)度來抵抗地震作用，無疑會(huì)造成材料的巨大浪費(fèi)。因此，在抗震設(shè)計(jì)中，利用塑性鉸減小地震力并耗散能量是行之有效的辦法。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為全面提升道路橋梁建設(shè)質(zhì)量，保障安全與耐用，需要始終堅(jiān)持安全、耐藥的設(shè)計(jì)主線，結(jié)合地域差異，分析當(dāng)?shù)氐牡乩硪蛩?、自然環(huán)境及氣候變化，分析內(nèi)外因素對(duì)工程的影響，將結(jié)果應(yīng)用在具體設(shè)計(jì)中，全面確保道路橋梁安全、耐用。

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