公路橋梁設(shè)計中的安全性及橋梁耐久性的分析探討

李鑫 馮小童

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，公路橋梁作為基礎(chǔ)交通設(shè)施的重要組成部分，其發(fā)展勢頭也非常迅猛。因此，公路橋梁的設(shè)計、建造和施工一直以來都是該領(lǐng)域關(guān)注的重點。其中公路橋梁設(shè)計的安全性和橋梁的耐久性更是檢測公路橋梁建設(shè)好壞的重要指標(biāo)。但是很多因素的影響導(dǎo)致安全性和耐久性的問題大部分仍然停留在表面理論性的研究，這使得我國公路橋梁在安全性和長久使用的耐損性方面仍然存在不足。本研究基于公路橋梁設(shè)計中出現(xiàn)的安全性和耐久性問題進(jìn)行分析，并探討了相對應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;安全性;耐久性

引言：

20世紀(jì)以來，我國公路橋梁建設(shè)工程進(jìn)入快速發(fā)展階段，各類型的公路橋梁工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。但是隨著建設(shè)工程的不斷開展，我國公路橋梁建設(shè)中的問題也逐漸暴露。特別是一些公路橋梁工程不斷出現(xiàn)改建、加固和維修的狀況，進(jìn)一步說明了我國公路橋梁設(shè)計在安全性和耐久性方面存在問題。這些問題影響著人們的日常出行和生命安全。為了提高我國公路橋梁設(shè)計的整體水平，減少橋梁安全問題和耐久性問題，需要在設(shè)計過程中加以重視，采取有效的措施解決可能會出現(xiàn)的問題，從而保障我國公路橋梁工程的質(zhì)量。

一、公路橋梁設(shè)計的安全性和耐久性問題分析

（一）設(shè)計問題

目前的橋梁設(shè)計現(xiàn)狀為重視理論，忽略實際。一些公路橋梁設(shè)計規(guī)劃人員在設(shè)計圖紙時過度注重橋梁靜態(tài)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，各種設(shè)計理論體系都是圍繞如何設(shè)計出更為經(jīng)濟(jì)合理的橋梁結(jié)構(gòu)。缺乏對公路橋梁的結(jié)構(gòu)配件、工程材料、橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點等方面的全面分析和設(shè)計。

另一方面，我國橋梁工程處于快速發(fā)展階段，橋梁設(shè)計流程、技術(shù)工藝都在不斷進(jìn)步，但是受到傳統(tǒng)設(shè)計理念的影響，我國橋梁設(shè)計師對于各類新型的設(shè)計思路的接受程度不高，在橋梁安全性和耐久性方面的理解和重視程度仍不足，造成了橋梁建設(shè)工程存在缺陷。例如，有的橋梁在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，有的設(shè)計師雖然考慮到安全性問題，但是僅是一味地將安全系數(shù)調(diào)整到最大值，并沒有思考結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)體系和施工過程可能出現(xiàn)的未知因素是否能夠承受安全系數(shù)最大層級的設(shè)計，導(dǎo)致一些橋梁遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到其設(shè)計使用壽命。

（二）施工管理存在漏洞

工程施工階段的管理缺失是我國許多工程建設(shè)行業(yè)都遇到的普遍性問題，在公路橋梁設(shè)計領(lǐng)域也不例外。近年來，公路橋梁出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象的新聞層出不窮，調(diào)查發(fā)現(xiàn)這些問題背后都與施工工程的管理和監(jiān)督不力有很大關(guān)系。主要存在以下幾方面的漏洞：第一，監(jiān)督管理制度不嚴(yán)格。在一些工程中存在施工單位管理人員和采買人員存在腐敗現(xiàn)象，過于看重眼前利益，采買建筑材料以次充好，施工過程偷工減料，導(dǎo)致工程質(zhì)量難以達(dá)到預(yù)期設(shè)計。第二，施工人員的專業(yè)素質(zhì)參差不齊。公路橋梁工程施工量大、工期長，參與施工的工人數(shù)量多，其技術(shù)能力和專業(yè)素養(yǎng)普遍偏低，一些工人甚至出現(xiàn)暴力施工、未按照施工流程施工等情況，嚴(yán)重影響橋梁的安全性。最后，施工單位整體技術(shù)水平與設(shè)計水平不匹配。一些施工單位在承包工程時根本沒有考慮自身實際技術(shù)水平是否可以達(dá)到設(shè)計所要呈現(xiàn)的效果，導(dǎo)致實際的施工情況與設(shè)計預(yù)期出現(xiàn)差異。

（三）橋梁后期維護(hù)和跟進(jìn)不及時

忽略橋梁完工后的定期維護(hù)和跟進(jìn)也是造成橋梁耐久性較差的原因之一。例如，遇到暴雨、雨雪等惡劣天氣，橋面可能會積水和結(jié)冰情況，如不及時進(jìn)行清理，橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的鋼筋和混凝土等材料會受到長期的侵蝕，出現(xiàn)不同程度的裂縫，橋梁的使用壽命會因此縮短。值得注意的是，公路橋梁的基礎(chǔ)是承重構(gòu)件，因此需要進(jìn)行定期維護(hù)和跟進(jìn)，一旦發(fā)現(xiàn)構(gòu)件出現(xiàn)破損和裂痕，卻不及時進(jìn)行維護(hù)和加固，橋梁的壽命同樣會受到影響[1]。

二、公路橋梁設(shè)計安全性和耐久性問題的完善

（一）前期準(zhǔn)備階段提高重視程度

做足前期準(zhǔn)備工作為設(shè)計施工的基礎(chǔ)。首先要選擇具有專業(yè)資質(zhì)的技術(shù)人員對施工地進(jìn)行實地地質(zhì)勘查和氣候觀測，充分了解施工地的地貌特質(zhì)和水文環(huán)境，將實地勘察的數(shù)據(jù)和收集的資料進(jìn)行整理，為橋梁設(shè)計提供真實有效的理論數(shù)據(jù)。橋梁設(shè)計人員可以根據(jù)前期數(shù)據(jù)設(shè)計出一條有科學(xué)性、安全系數(shù)高、建設(shè)成本相對低的工程路線。同時也要考慮到橋梁的后期維護(hù)和保養(yǎng)可能出現(xiàn)的風(fēng)險問題，進(jìn)行詳細(xì)的預(yù)測和分析，提前準(zhǔn)備好應(yīng)急方案，最大限度的規(guī)避橋梁完工后可能出現(xiàn)的問題，提高橋梁的結(jié)構(gòu)安全性和橋梁的使用壽命。

（二）提高設(shè)計體系建設(shè)

橋梁的設(shè)計體系包括樁基設(shè)計、耐損設(shè)計、抗震設(shè)計和預(yù)防超載設(shè)計。以一座主跨三跨跨徑分別為40m、65m和40m，邊跨的設(shè)計采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁的橋梁為例。該大橋的橋面縱坡雙向可以達(dá)到3%，橋面橫坡雙向可以達(dá)到2.3%。箱梁共設(shè)4道橫隔板，其中每個墩頂均設(shè)計一道為3.5m的橫隔板，梁端各設(shè)一道為1.8m的橫隔板。樁基設(shè)計的合理性直接影響著公路橋梁的施工工期和橋梁質(zhì)量。這就要求設(shè)計人員充分考慮到橋梁各結(jié)構(gòu)的設(shè)計細(xì)節(jié)，保證橋梁樁基的承重穩(wěn)定性。公路橋梁的承載量比較大，因此在仔細(xì)對比施工地的地質(zhì)特點外，還要關(guān)注單樁和每個隔板的承載力，根據(jù)實際承載力進(jìn)行設(shè)計施工。

由于近年來由于疲勞損傷造成的的鋼結(jié)構(gòu)開裂和橋梁坍塌事故較多，公路橋梁的耐損設(shè)計主要圍繞混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計展開。不僅是整體橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞損傷研究，局部或者當(dāng)個結(jié)構(gòu)的損傷會使這部分結(jié)構(gòu)失去其原有作用，從而對橋梁整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響?？拐鹪O(shè)計是公路橋梁設(shè)計的主要內(nèi)容，《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》也對橋梁的抗震設(shè)計提出了明確的要求。特別是地震多發(fā)地區(qū)的公路橋梁設(shè)計，必須要確保樁基能夠穿過液化的土層，埋得更加結(jié)實和穩(wěn)定。汽車數(shù)量的不斷提高，對公路橋梁的承載量也提出了更高的要求。公路橋梁持續(xù)的超載使用會造成橋梁出現(xiàn)疲勞和強(qiáng)烈的磨損，這對橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成的影響是無法恢復(fù)的，結(jié)構(gòu)一旦開裂就會降低橋梁的彎矩，進(jìn)一步加大橋梁的疲勞[2]。

（三）借鑒優(yōu)秀橋梁工程經(jīng)驗

目前公路橋梁設(shè)計存在的主要問題是結(jié)構(gòu)使用性能與設(shè)計預(yù)期相比，使用壽命和使用效果較差。設(shè)計人員應(yīng)該正視我國橋梁設(shè)計中存在的問題，在充分考慮現(xiàn)階段我國建筑材料和設(shè)計工藝水平的前提下，學(xué)習(xí)國內(nèi)外優(yōu)秀的橋梁設(shè)計方案，采用符合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)特點的、具有適當(dāng)安全度和耐久性的橋梁。

港珠澳大橋工程在前期設(shè)計中預(yù)期使用年限是120年，為了達(dá)到這一目標(biāo)，設(shè)計人員充分考慮了地質(zhì)和材料問題，對混凝土材料和耐久性問題進(jìn)行了廣泛而深入的研究。利用定量方法和定性設(shè)計相結(jié)合的方法對耐久性極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計，確定特定環(huán)境和指定年限下的建筑材料及結(jié)構(gòu)。港珠澳大橋所處環(huán)境經(jīng)過耐久性檢測分為四類環(huán)境，混凝土表層碳化引起的鋼筋銹蝕（I類環(huán)境），海洋氯離子引起的鋼筋銹蝕（III類環(huán)境），海水鹽類對混凝土的腐蝕作用（V類環(huán)境），以及混凝土內(nèi)部可能出現(xiàn)的延遲鈣礬石生成反應(yīng)[3]。正是做足了港珠澳大橋施工地的詳細(xì)地址勘測，工程施工得以順利、保質(zhì)的完成。

總結(jié)：

公路橋梁為改善我國交通擁堵，提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮巨大作用。但是近幾年，公路橋梁事故仍頻頻發(fā)生，引發(fā)了越來越多的群眾關(guān)注。解決公路橋梁設(shè)計的安全性和耐久性問題需要我們從設(shè)計理念、施工管理、建筑材料等多方面進(jìn)行改善，同時，作為設(shè)計人員需要不斷學(xué)習(xí)優(yōu)秀的橋梁設(shè)計案例，吸取優(yōu)秀的設(shè)計經(jīng)驗和方案，因地制宜的設(shè)計出更具安全性的橋梁工程。重視橋梁完工后的維護(hù)和加固工作，有效提高橋梁的耐久性。多方面的、有針對性的改進(jìn)，助力我國公路橋梁工程水平更上一層樓。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾新.公路橋梁設(shè)計中的安全性及橋梁耐久性的分析[J].交通世界，2017，000（011）：80-81.

[2]韓百成. 議城市橋梁與公路橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)[J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向，2016，14（006）：247-248.