公路橋梁設(shè)計的安全性和耐久性分析

張俊生

（中南勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北武漢430000）

0 引言

就公路橋梁設(shè)計來說，需要滿足經(jīng)濟、安全、適用、美觀等要求，必須始終確保公路橋梁具有良好的耐久性與安全性。在實際的公路橋梁設(shè)計工作中，主要是按照正常使用和承載能力這兩種極限狀態(tài)來開展。以承載能力的設(shè)計為例，需要確保公路橋梁在服務(wù)功能喪失臨界值時的承載能力，在設(shè)計時要確保荷載效應(yīng)小于或者等于結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計值。在確定結(jié)構(gòu)總體的安全水平時，設(shè)計人員需要考慮較多的因素，如荷載安全系數(shù)、工作條件系數(shù)、材料安全系數(shù)。在整個公路橋梁的設(shè)計中，安全性與耐久性設(shè)計是始終需要重點考慮的問題。但當前階段，這方面的設(shè)計還存在著一定的問題，如設(shè)計理論與結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不盡完善、后續(xù)的施工管理水平較低等。基于公路橋梁設(shè)計的安全性和耐久性所存在的問題，本文展開了具體的分析探討，現(xiàn)作如下的論述。

1 公路橋梁設(shè)計的安全性與耐久性問題產(chǎn)生的原因

從當前公路橋梁的安全性與耐久性設(shè)計來看，存在一種較為不利的傾向，即很多的設(shè)計人員在設(shè)計過程中過多地考慮強度，但是考慮耐久性不足，重視強度極限狀態(tài)，而忽視或輕視了使用極限狀態(tài)，這就導致公路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計存在較多的問題?？梢哉f，在當前的公路橋梁設(shè)計中，耐久性設(shè)計多是被作為一種概念，未能夠得到充分的重視。一方面沒有明確提出使用年限的相關(guān)要求，另一方面沒有進行專門的耐久性設(shè)計，這就導致公路橋梁的結(jié)構(gòu)措施與設(shè)計程序均易出現(xiàn)問題，從而引發(fā)工程事故，縮短公路橋梁工程的使用壽命[1]。結(jié)合當前公路橋梁的安全性與耐久性所存在的問題，主要的原因可以歸結(jié)為兩點：一是當前的設(shè)計理論與結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系尚不完善，二是施工與管理水平較低。

從設(shè)計層面上來說，結(jié)構(gòu)設(shè)計工作最為重要的便是選擇最為科學與有效的結(jié)構(gòu)方案，而后進行結(jié)構(gòu)分析，完成構(gòu)件與連接的相關(guān)設(shè)計。在實際的設(shè)計過程中，有較多的設(shè)計人員只是單純進行結(jié)構(gòu)強度方面的安全設(shè)計，并未全方位地從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護、結(jié)構(gòu)耐久性這些方面來考慮。因此，導致公路橋梁的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較多的問題：比如結(jié)構(gòu)的延展性與整體性不足，存在冗余性小的缺陷；再比如受力路線不明確，存在局部受力過大的問題。這些問題的存在均會大大削弱公路橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，使公路橋梁的安全性與耐久性受到較大的影響。

再從施工管理的層面上來說，有很多的公路橋梁在設(shè)計階段，因為存在問題無法達到規(guī)范標準，導致后續(xù)的施工質(zhì)量也受到影響，出現(xiàn)材料強度不足和施工工藝不合格的問題。更為不利的是，一些公路橋梁項目還存在偷工減料和以次充好的問題，嚴重影響了公路橋梁的安全。在公路橋梁工程的施工管理過程中，若是在水泥選用、混凝土配合比確定、混凝土振搗處理、混凝土養(yǎng)護這些方面存在問題，雖然短期內(nèi)不會影響公路橋梁的正常使用，但結(jié)構(gòu)的長期耐久性會受到較大的影響，繼而對整個公路橋梁的使用造成危害。

2 提升公路橋梁設(shè)計的安全性和耐久性的策略

2.1 做好設(shè)計中的勘察工作

在開展公路橋梁的安全性與耐久性前，設(shè)計人員需要先做好實地勘察工作，從而獲取全面詳細的勘察資料，以此為后續(xù)的設(shè)計工作提供支持。在實際開展勘察工作時，設(shè)計人員需要把握好三個方面的要點：一是要收集公路橋梁具體形態(tài)的信息，并做好重要信息數(shù)據(jù)的分析，以此來選擇和評估施工材料，制定出詳實有效的施工養(yǎng)護方案；二是要結(jié)合公路橋梁所處的位置來確定施工線路，在規(guī)定的施工成本范圍內(nèi)，最大限度提升公路橋梁的安全性與耐久性；三是在正式開展公路橋梁的安全性與耐久性設(shè)計時，要充分明確荷載，制定出應(yīng)對突發(fā)事件的預案，確保荷載始終在可控狀態(tài)。

2.2 做好疲勞損傷的設(shè)計工作

對于公路橋梁來說，所出現(xiàn)的各種荷載均會呈現(xiàn)為一定循環(huán)變化的應(yīng)力，容易導致整個公路橋梁的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)振動，最終誘發(fā)疲勞損傷問題。當疲勞損傷不斷累加后，公路橋梁容易出現(xiàn)裂縫，導致公路橋梁的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂或坍塌，而且早期的疲勞損傷無法及時有效地發(fā)現(xiàn)，對公路橋梁質(zhì)量會造成很大的影響。因此，在整個公路橋梁的早期設(shè)計中，必須將疲勞損傷的設(shè)計作為重點來對待，始終給予高度的關(guān)注，有效提升公路橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。從當前公路橋梁的疲勞損傷設(shè)計研究來看，重點是考慮混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的特性，避免某一個構(gòu)件和部位出現(xiàn)疲勞損傷，以此來保證公路橋梁整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

2.3 認真考慮超載問題

在公路橋梁的運行狀態(tài)下，出現(xiàn)超載問題是較為常見的，會造成較大的危害。超載現(xiàn)象也可以表現(xiàn)在多個方面，總的來說，公路橋梁的超載問題集中表現(xiàn)在以下三個方面：

2.3.1 公路橋梁在實際運行的過程中，實際荷載能力遠超過預期荷載能力，導致公路橋梁存在超負荷運行的情況。之所以出現(xiàn)這一問題，主要是在公路橋梁的設(shè)計與施工環(huán)節(jié)，荷載能力未能滿足預期的荷載要求，并未能對這一問題做到及時感知。

2.3.2 車輛超載的問題較為常見。通常情況下，當車輛荷載低于公路橋梁的實際荷載量時，便不會對橋梁的質(zhì)量與使用壽命造成太大的影響，但若是車流量相對密集且存在超載情況時，則公路橋梁的質(zhì)量與使用壽命會受到較大的影響。以大貨車的超載為例，會對公路橋梁的承載能力帶來較大的影響，容易誘發(fā)大面積塌陷的問題。

2.3.3 在公路橋梁的長時間使用過程中，超荷載的問題使公路橋梁的整體荷載能力下降，安全性與耐久性隨之受到影響。

針對公路橋梁所出現(xiàn)的超載現(xiàn)象，必須在設(shè)計階段認真對待，嚴格遵守國家和行業(yè)的相關(guān)規(guī)范標準，有效提升公路橋梁的整體荷載能力。具體來說，在設(shè)計過程中要充分考慮公路橋梁的實際運行特點與需求，確保預期的設(shè)計要求可以完全達到，始終確保公路橋梁處于荷載范圍內(nèi)。另外，在公路橋梁的設(shè)計與后續(xù)管理中，要做好相應(yīng)的教育宣傳與管理工作，比如加大超載現(xiàn)象危害性的教育宣傳力度，最大限度減少車輛超載問題的出現(xiàn)。

2.4 做好施工的相關(guān)控制工作

在公路橋梁的施工過程中，為保證和提升安全性與耐久性，需要重點做好保護層厚度控制、鋼筋配置控制這兩個方面的工作。

從保護層厚度控制這一方面來說，在公路橋梁安裝階段需要認真檢查鋼筋的質(zhì)量，確保鋼筋的合格率在設(shè)計要求內(nèi)，可以參照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50204—2015），其中明確規(guī)定抽樣結(jié)果中無法滿足規(guī)定的最大極限范圍，必須加以改正，結(jié)合鋼筋厚度來確定出偏差數(shù)值[2]。對于公路橋梁的梁板與拱橋的偏差數(shù)值來說，需要控制在±7mm，墩臺偏差數(shù)值需要控制在±8mm，固定樁的標準偏差范圍需要控制在±10mm。

從鋼筋配置控制這一方面來說，所出現(xiàn)的鋼筋銹蝕問題會直接影響鋼筋的結(jié)構(gòu)性能，尤其是會降低鋼筋材料的抗壓能力。當公路橋梁的受力面積減少時，承受應(yīng)力的極限值會減弱，在實際應(yīng)用過程中會有較大的安全隱患?？梢哉f，鋼筋銹蝕問題所造成的影響是較大的，整個公路橋梁的耐久性會隨之受到影響。對此，設(shè)計人員需要認真考慮鋼筋保護層厚度，同時在施工過程中使用混凝土技術(shù)，以此來全面改善公路橋梁的安全性與耐久性。對于沿海地區(qū)的公路橋梁設(shè)計，要非常注重結(jié)構(gòu)設(shè)計，并搭配高性能的混凝土，從而有效提升公路橋梁的抗壓能力與抗沖刷能力。就當前所使用的高性能混凝土來說，屬于一種新型的復合材料，操作技術(shù)較為煩瑣，對施工人員的專業(yè)能力也有較高的要求，若是施工人員采用傳統(tǒng)的施工方式，或者施工技術(shù)未能滿足公路橋梁項目的要求，則很容易影響高性能混凝土的穩(wěn)定性能與密實度。為此，在高性能混凝土使用過程中，要始終注重施工技術(shù)的科學性，以此來保證和提升公路橋梁的安全性與耐久性[3]。

2.5 做好后期的維護工作

在公路橋梁的運行過程中要做好定期監(jiān)測與維護工作，對于所發(fā)現(xiàn)的問題要及時解決，以此來避免安全隱患。具體來說，在公路橋梁的運行過程中，必須組織專業(yè)人員做好維護保養(yǎng)工作，尤其是要對公路橋梁所出現(xiàn)的裂縫做好修復，防止出現(xiàn)崩塌問題。從當前公路橋梁的維護工作來看，在維護制度建設(shè)和專業(yè)人員配備方面所取得的成效均是值得肯定的，可以較好地解決公路橋梁運行過程中所存在的安全隱患，有效避免了較多的問題。除此之外，在后期的維護工作中，要多使用信息技術(shù)來開展監(jiān)測工作，無論隱患大小均要及時上報處理。通過開展一系列的專業(yè)診斷工作，確定公路橋梁運行過程中所存在的問題，發(fā)揮好信息技術(shù)的優(yōu)勢。

3 結(jié)語

基于公路橋梁安全與耐久的重要性，必須在設(shè)計和施工過程中給予高度的重視。為保證和提升公路橋梁的安全性與耐久性，需要重點從設(shè)計勘察、疲勞損傷設(shè)計、超載問題優(yōu)化、施工控制這些方面著手，以此有效解決公路橋梁設(shè)計中的安全隱患。