橋梁使用壽命與設計使用年限差異淺析

秦永松 王志民

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司,陜西西安 710075)

橋梁使用壽命與設計使用年限差異淺析

秦永松 王志民

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司,陜西西安 710075)

橋梁在使用過程中受自然環境和交通荷載的長期作用,其結構各部分發生損傷和病害,使用功能下降,實際使用壽命往往達不到設計壽命。本文分析了我國橋梁使用壽命與設計使用年限存在差異的原因,針對使用壽命低的原因提出了提高橋梁使用壽命的對策和建議,以期能夠為相關的實踐提供一些參考。

橋梁 使用壽命 設計使用年限 橋梁安全

橋梁是道路的關鍵和控制部位，橋梁正常使用是確保交通線路暢通的關鍵。橋梁在使用過程中受自然環境和交通荷載的長期作用，其結構各部分發生損傷和病害，使用功能下降，實際使用壽命往往達不到設計壽命。為了保證橋梁安全可靠的運營，必須找到實際壽命小于設計使用年限的原因，并且要采取措施延長橋梁的使用壽命，確保橋梁運營期的正常使用和安全。

1 橋梁使用壽命

橋梁的使用壽命是是根據現行規范標準和橋梁建造質量確定的，橋梁使用壽命是指橋梁從竣工到出現不安全狀況的時間。我國橋梁的設計使用年限一般為100年，實際工程中大多數橋梁并不是達到設計使用年限才終止使用，橋梁實際壽命小于設計使用年限。

英國的SomerVille將使用壽命分成以下3類：

(1)技術性使用壽命：以橋梁的某些技術指標(如承載力)不合格時為終止使用期限；

(2)功能性使用壽命：以橋梁結構不再滿足功能實用要求(如通行能力不滿足現在交通量)時為終止期限；

(3)經濟性使用壽命：以橋梁結構養護維修不經濟(與拆換更新相比)時為終止期限。

目前人們所說的橋梁使用壽命基本上是指技術性使用壽命。

2 橋梁使用壽命小于設計使用年限原因分析

港珠澳大橋技術專家組會議提出了“建設百年大橋”的建設目標，既所有的設計、施工、設備和原材料都按照“建設百年大橋”的目標來要求，達不到要求的不能進場，可見橋梁使用壽命是衡量橋梁工程質量的重要標準之一。“百年大橋”目標對新時期公路橋梁建設具有重要的指導和借鑒意義。

但是要實現“百年大橋”的建設目標，必須要保證橋梁的實際使用壽命，實際工程中大多數橋梁的使用年限小于設計使用年限，造成這一現象的原因是多方面的，主要有以下幾個方面：

2.1 設計規范的局限性

設計規范是在以往的經驗、技術、科技水平等基礎上建立起來的，一般工程類設計規范每十年左右(甚至更短的時間)修訂一次，對于設計使用年限為100年的橋梁，隨著橋梁使用時間的增加，橋梁越來越不能滿足時代的要求，特別是長壽命的老橋梁顯得標準較低。即設計規范是靜態的，不可能充分考慮到橋梁使用過程中的動態變化，從而導致橋梁實際壽命和設計使用年限的差異性，引起差異的原因主要表現為以下兩個方面：

(1)設計荷載標準偏低。在役老橋設計時按照早期的設計荷載，相對于現階段的交通量要求，設計標準普遍偏低。例如2006年陜西316國道冷水河大橋垮塌，引起社會各界廣泛關注。冷水河大橋是1983年開始施工，1985年建成通車，之所以選擇修建這種橋，主要是這種拱橋的投資少。大橋設計是按照當時的國家標準進行的，按現在的新標準看，大橋卻有“豆腐渣”的嫌疑，但當時符合標準，修建大橋并沒有偷工減料。可見，隨著交通量以及荷載等級的增加，許多老橋梁設計標準偏低，已基本無法滿足現在的交通需求。

(2)通行能力不足。早期設計的橋梁橋上、橋下通行凈空尺寸太低，越來越不能滿足現代化通車、通航的要求，以致巨輪沖撞橋梁的事故時有發生。

2.2 輕視正常使用極限狀態設計

橋梁結構應該按照承載能力極限狀態和按正常使用極限狀態進行設計，前者指結構達到最大承載力或達到不適于繼續承載的變形時的極限狀態；后者指結構達到正常使用的某項規定限值。

荷載達到橋梁的極限承載力時橋梁會發生破壞，但是沒有達到承載能力極限狀態時，由于某些病害橋梁也不能正常使用甚至發生破壞。實際沒計中設計者主要考慮是荷載作用下橋梁的破壞，對橋梁的耐久性、適用性(正常使用情況)不夠重視，沒有意識到正常使用極限狀態驗算的重要性，使得橋梁的使用性、耐久性較差，從而導致橋梁的實際使用壽命小于設計使用壽命。

另一方面，承載力極限狀態的有承載力和無承載力之間的分界線是清晰的，而正常使用極限狀態的能正常使用與不能正常使用之間的分界線是模糊的，在很大程度上依靠工程經驗確定。所以科學合理的確定正常使用極限狀態也是有繼續研究的問題。

2.3 橋梁施工質量不達標

施工質量是影響橋梁使用壽命的重要因素之一。我國的橋梁建筑工程行業不斷發展成熟，但是部分建筑商為了追求高額利潤，施工中偷工減料、不按照設計規范、圖紙設計施工，嚴重影響了橋梁結構的質量和安全。如2012年6月，遼寧省撫順市月牙島西側跨河大橋施工時發生坍塌，事故直接原因是施工人員嚴重違反施工流程，過早拆除支架，導致該橋第三聯箱第10孔坍塌。

2.4 超負荷使用

隨著車輛的不斷增多，交通越來越繁忙，我國大部分橋梁幾乎都在超負荷運行，尤其是超載的大卡車明顯增多，而橋梁的設計交通量是按以往水平設定，對后期的發展考慮不足，使得實際通行量超過其設計承載能力。橋梁長期超負荷運營，其使用壽命不可能達到設計使用年限的要求。惠州市惠城區的西枝江橋新橋，是惠州市區交通最繁忙的橋梁之一。該橋修建于1991年8月，1992年10月竣工交付使用。2007年該橋直接綜合交通量為69273輛／晝夜，從建橋初期每晝夜2000多車次發展到現在的近70000車次，15年時間，該橋的交通量增加了36倍。長期超負荷運行，令西枝江橋不堪重負，結構出現開裂、變形現象，于2008年封閉通車進行改造。

2.5 橋梁運營期養護不當

橋梁運營期進行定期養護維修，可以提高橋梁的耐久性，延長橋梁的使用壽命。若橋梁投入運營后養護維修不恰當，橋梁的使用壽命將大大降低，甚至遠遠沒有達到設計使用年限就發生破壞。

3 延長橋梁使用壽命的對策隨著科學技術的不斷發展，橋梁的建造材料、建造技術也不斷進步，要縮短橋梁使用壽命和設計使用年限的差距，必須從影響橋梁實際使用壽命的原因入手，可從以下幾個方面采取一定的對策。

(1)重視設計階段。橋梁設計階段應嚴格按照設計規范、設計標準進行設計，重視正常使用狀態設計，保證承載力滿足的同時，對橋梁的耐久性、適用性、安全性提出計算和構造設計的要求。在設計階段科學合理預測橋梁建成后的運營條件變化和交通量增長，綜合考慮各種因素，考慮一定的安全系數進行設計，使橋梁建成后在設計年限內能夠正常運營。對以往橋梁設計規范中不適合的地方要及時地修訂、更改，并且針對橋梁實際壽命低于設計年限的事實，綜合考慮技術、功能、經濟等因素研究合理的設計使用年限。

(2)施工階段。施工階段是橋梁工程的關鍵，在建設施工時把好質量關，按設計要求和建筑規范建造橋梁，是保證橋梁質量，延長使用壽命的重要措施之一。

大多數橋梁的施工材料以混凝土為主，所以混凝土的質量問題決定著橋梁的使用壽命。橋梁施工階段應該嚴格按照設計要求采購材料，進行嚴格的檢查，杜絕因材料問題導致橋梁質量問題的出現。

施工工藝會影響橋梁工程質量，進而影響橋梁的使用壽命。比如施工工藝的差異會帶來不同程度的沉降問題，尤其道橋過渡段的施工；施工工序也會影響橋梁的質量問題。所以施工單位應嚴格按照標準施工，保證橋梁工程的施工質量。

(3)養護運營階段。科學合理的進行橋梁養護維修，可以保證橋梁運營期間的正常使用，是延長橋梁使用壽命的一種方法。科學合理的養護計劃是建立在準確的評估橋梁技術狀況基礎上的，積極采用新檢測手段和設備，大力提高檢測技術水平，建立橋梁信息管理系統，在經濟上進行預算從而制定出可行性的修復和維護計劃，延長橋梁的使用壽命。

4 結語

理論上橋梁使用壽命應該等于設計使用年限，但是由于每座橋梁都處于一個復雜的動態環境中，橋梁結構的安全性、適用性和耐久性是各種因素、各個環節綜合作用的效果，兩者存在差異是不可避免的，但差異太大也是問題所在。本文分析了橋梁使用壽命低于設計使用年限的原因，并提出了一些延長橋梁使用壽命的措施。只有做好了設計、施工、維護這幾方面的工作， 橋梁的使用壽命才能確保達到設計標準。

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秦永松,男,漢族,生于1981.06.09,本科,2004年畢業于重慶交通大學,橋梁及結構工程專業。

王志民:男,漢族,生于1981.11.23,本科,2004年畢業于重慶交通大學,橋梁及結構工程專業。