高速公路橋梁設計中安全耐久性問題探析

【摘 要】隨著國內(nèi)高速公路的大量建設，橋梁施工建造也得到了迅猛發(fā)展，當前橋梁結(jié)構(gòu)設計過程中，存在著這樣的問題，設計中考慮強度多而考慮耐久性少；重視強度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài)，而結(jié)構(gòu)在整個生命周期中最重要的卻恰恰是使用時的性能表現(xiàn)；重視結(jié)構(gòu)的建造而不重視結(jié)構(gòu)的維護。針對橋梁設計中存在的安全耐久性問題，分析了產(chǎn)生問題的原因，然后針對問題提出了相應的改進和應對措施。

【關鍵詞】高速公路；安全性；耐久性；橋梁設計；探析

1 引言

人類跨入21世紀后，我國的大型橋梁工程如雨后春筍般大量興建。特別是隨著國際性的金融危機，我國制定了一系列的政策進行應對，其中主要的一項便是加大基礎建設的投資力度，拉動內(nèi)需。有的省市每年在這方面的投資數(shù)百億人民幣。但在大量新建的同時，也已經(jīng)出現(xiàn)了許多因安全性不夠、耐久性不良等而過早報廢的橋梁，遠沒有達到服務年限就被拆。甚至有的在使用中出現(xiàn)坍塌造成嚴重交通事故和惡劣社會影響。造成橋梁安全性、耐久性不夠等原因。本文從橋梁設計方面入手進行分析，提出了相應的改進應對措施。

2 安全性、耐久性不足對橋梁的危害

2.1 經(jīng)濟損失方面

大量的實踐證明，橋梁設計中如果沒有考慮好安全與耐久性問題，將會在以后的運營維護中付出慘重的代價。如北京西直門環(huán)形立交橋，為緩解日益嚴重的交通阻塞，在上世紀末拆除重建。在拆除過程中，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)大量的凍融病害，橡膠支座老化結(jié)硬，致使支座承臺破裂，估計橋上的橡膠支座的使用壽命未滿10a。假定該橋的原設計壽命期為50a，那么其間的支座就需要更換4—5次。

2.2 環(huán)境社會影響惡劣

很多時候，我們在不斷立項新建、改建橋梁的同時，由于各種原因也在不斷地加固維修甚至拆除不到使用年限的橋。為加速路橋等公共工程建設，國家現(xiàn)在鼓勵投資公司出資并給以一定期限如30 a的經(jīng)營收人作為補償。如果沒有實施提高橋梁耐久性措施，對于設計工作壽命為100 a的橋梁，很可能30 a到期后國家接收的已是一個破舊待拆的工程。

2.3 工程事故增加

據(jù)統(tǒng)計，橋梁工程事故的80％ 以上是由人為錯誤造成的，這些人為錯誤主要反映在結(jié)構(gòu)的安全、質(zhì)量和管理的每個環(huán)節(jié)上。如果對發(fā)生病變的橋梁不及時加固維修或拆除，將造成嚴重的工程或交通事故，甚至有的在使用中因意外原因?qū)е驴逅?/p>

3 橋梁設計中存在的問題

橋梁安全性、耐久性不足，既有內(nèi)因也有外因，或是內(nèi)、外因交叉影響。主要有以下幾個方面。

3.1 規(guī)范存在的不足

橋梁建設應嚴格遵循質(zhì)量保證體系，其中最首要的即是“行為”的規(guī)范、規(guī)程、指南或標準。總之，要建成一項大型工程，一切工作都要有管理條例，各項工作都必須按規(guī)定執(zhí)行，不能隨心所欲修改或變更，也即在過程中，一切修改和變更都要有文件規(guī)定。一般地，設計人員是根據(jù)規(guī)范、按規(guī)范給定的級配曲線進行集料的搭配，這是毫無疑問的。但問題是，有的規(guī)范并不正確，我國以前的規(guī)范都使用圓孔篩，而國際上一些先進國家，如美國、日本、英國、歐盟等的骨料試驗均采用方孔篩。為繼續(xù)沿用原來的研究成果，我國采用方孔篩對應圓孔篩。而在《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTJ 058—2000)，竟然發(fā)生了方孔13．2 mm 對應圓孔16．0 mm，16 mm對應19 mm的錯誤，明顯的是排版錯誤，依據(jù)這個規(guī)范，怎能配出連續(xù)級配。雖然此規(guī)范已經(jīng)廢止，但由于一些規(guī)范性的文件都以此為參考引用，導致謬種流傳，很多不明就里的技術人員不知所措，一頭霧水，影響了正常的工作。

3.2 更新設計知識不夠

現(xiàn)階段國內(nèi)建設大多工期緊，任務重，突擊建設。這導致設計人員整天忙于完成設計任務，無暇認真研究新規(guī)范，學習新技術、新材料，往往是工程設計圖基本照搬以前的設計，略作修改，而設計規(guī)范不斷更新，結(jié)果要么就是設計與現(xiàn)行規(guī)范不一致，要么就是從規(guī)范上照搬幾條，而不考慮結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、氣候、技術水平現(xiàn)狀，讓后邊的施工、監(jiān)理無所適從，從設計之初留下隱患。比如《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62—2004)第一次明確提出100 a設計基準期的要求，2006年《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術規(guī)范》(JTG／TB07-01—2006)頒布實施可以理解為腫D62—2004規(guī)范的細化要求，從規(guī)范上可以看出，不管在內(nèi)陸還是沿海、南方還是北方，盡管劣化模式不同，都必須考慮腐蝕因素。而一些設計單位，只簡單理解為沿海地區(qū)需要防腐，其余地區(qū)不考慮，設計圖紙上根本就不體現(xiàn)耐久性的要求。

4 改進方法

4.1 完善規(guī)范

要減少橋梁使用期間的工程事故，提高橋梁盼安全和耐久性，首先要有不斷完善和健全的規(guī)范、規(guī)程、指南、標準等管理體系的保證，它是避免人為錯誤的重要保證，特別是職責與權(quán)限方面規(guī)范的制定。

4.2 增強理念意識

目前在公路橋梁設計過程中，有這樣的傾向：設計中考慮強度多而考慮耐久性少；重視強度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài)，而結(jié)構(gòu)在整個生命周期中最重要的卻恰恰是使用性能表現(xiàn)；重視結(jié)構(gòu)的建造而不重視結(jié)構(gòu)的維護。在設計和建造階段，應該特別注意到所有與耐久性有關的問題，比如材料的選擇、施工的方便與否、使用和維護、功能過時、壽命期費用等，確定設計方案(荷載、結(jié)構(gòu)等)，指定或選擇材料、構(gòu)件、組件和施工方案，設計和施工方法選取的依據(jù)基點不能離開投資成本的經(jīng)濟效益問題。然而，工程師能使結(jié)構(gòu)物適應各種變化，采取各種措施使結(jié)構(gòu)獲得更強大的“體能”為交通服務。為解決這一問題，在設計和建造階段就要挑戰(zhàn)傳統(tǒng)設計理念：對設計工程師要求結(jié)構(gòu)設計時應使結(jié)構(gòu)具有6大特性，即可檢性、可修性、可換性、可強性、可控性及可持續(xù)性。因為如果建成的結(jié)構(gòu)物，各個部件不可檢查，不可更換，無法修復，不能控制，不加強，不可持續(xù)，那么結(jié)構(gòu)在內(nèi)、外因復合作用下，就會一天天衰退，破損，倒塌而“生命夭折”。必須對自身壽命期低于結(jié)構(gòu)設計壽命期的部件必須要在構(gòu)造上保證可查、可修、可換、可加強，對結(jié)構(gòu)在外因變化劇變情況下，結(jié)構(gòu)的變形要在構(gòu)造上“可控”，才能夠在運營階段對橋梁進行維修、加固等措施，從而保證結(jié)構(gòu)的耐久性。

4.3 更新設計方法

鑒于問題的嚴重性，工程各方對耐久性都很關注。近年來一些施工方、監(jiān)理方也經(jīng)常和設計單位進行技術交流，宣貫耐久性技術。如嘗試與設計方一起在設計文件中對材料和防腐提出要求，把設計與研究很好地結(jié)合起來，而且針對具體工程根據(jù)其特定的環(huán)境與技術要求編制專用技術指南，這種方法反映效果很好。還有，在接手工程的技術支持工作之初，先給業(yè)主、監(jiān)理、施工各方的技術人員進行培訓，對混凝土性能等基本且關鍵的技術知識深入學習，這樣事前培訓加現(xiàn)場指導的方式解決實際問題。

5 結(jié)論

橋梁的安全性、耐久性是一個系統(tǒng)工程，試驗室內(nèi)的研究成果只是基礎，最終要通過設計、施工、養(yǎng)護等環(huán)節(jié)形成結(jié)構(gòu)本身并工作于實際環(huán)境，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差都會影響結(jié)構(gòu)的性能，而現(xiàn)場的問題千差萬別，本文提到的也只是冰山一角。橋梁安全性和耐久性已成為迫切需要解決的問題，我們應該積極借鑒國外成功的經(jīng)驗和做法，除了加強施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設計理念和結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設計，同時也需要研究疲勞和超載等因素對于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響。

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