影響橋梁使用壽命因素分析與應用對策研究

吳宇倫 萬嘉俊 楊璐遙 張紫潼 唐瑋瑋

（長沙雅禮中學高三11330066班，湖南 長沙 41100002211）

近三十年來，隨著國家經濟建設和城鎮化的發展，我國進行了大規模的基礎設施建設，特別在交通建設方面修建了大量的高速公路、高速鐵路和城市道路，橋梁建設工程是交通建設過程的重要組成部分［1-3］。據不完全統計，近三十年來我國建成的橋梁已達50萬座以上，并且可以預見在未來相當長的時期內我國仍將處于橋梁建設的高峰時期［4，5］。目前國內外的橋梁工程的設計使用年限一般都為100年左右，而在實際生產生活中，大多數橋工程項目的橋梁使用壽命小于設計壽命年限的要求。據國內相關資料統計，中國只有40%的橋梁使用壽命為25年以上；美國的相關統計，設計平均壽命為75年的橋梁實際使用壽命平均為40年左右；德國對部分砼橋梁的統計也表明，使用年限25年以上的橋梁46%都存在一定的損傷［6］。

橋梁的使用壽命對人們的生產生活和生命安全有非常大的影響，不僅人民群眾高度關心重視，政府和有關部門也高度重視。所以對影響橋梁使用壽命因素展開研究具有重要的理論和實際應用價值。本文將系統深入分析影響橋梁使用壽命的各種因素，提出相應對策，從根本上提高橋梁的使用壽命。希望最終能為橋梁管理部門提供相關理論支持。

1 影響橋梁使用壽命因素分析

大量文獻顯示影響橋梁使用壽命的主要包括：設計因素、材料因素、施工因素、維修和養護因素、車輛通行量和其他因素。

1.1 設計因素

橋梁壽命在設計時就已經有大體的設定，設計者在開始就要大致估計橋梁的使用壽命，還有設計者在設計時考慮的因素是否全面將會直接影響日后橋梁在面對各種因素的能力。并且近年來，世界各國普遍認識到，橋梁使用性能差、耐久性低、服務壽命短、全壽命經濟性指標差等問題（與人們最初的設計和規劃預期有很大差異）已經嚴重影響了其正常服務功能的發揮，并且給養護、維修等后期運營管理工作帶來難以承受的巨大經濟和社會負擔，也使橋梁的建設管理面臨著極大的系統風險。經過長期的探索，人們認識到除了設計合理、施工得當、維護及時外，要從根本上解決以上問題還需要改變橋梁建設管理的一些理念和習慣做法。實際上，我國當前橋梁建設中的某些慣例和辦法在很大程度上導致或加劇了橋梁使用壽命短、耐久性差的問題。相關的典型問題包括：①在橋梁規劃和設計階段，對多個方案進行比選時，只注重建設初期（包括設計與施工）的成本，而忽視橋梁從規劃、建設到運營、破壞整個壽命周期的總成本。而合理的經濟性應當體現為使橋梁的建造與在整個使用期內檢查、養護及維修費用之和達到最低。各國橋梁使用實踐證明，如果片面追求較低的建造費用而忽視了對結構耐久性的改善，不僅影響結構的安全、減少結構使用壽命，同時投入的養護維修費用將十分可觀，甚至遠遠超過建造中節省的費用。②國內橋梁工程招投標中經常是報價越低，得分越高，中標的希望越大。由于公路橋梁建設市場的競爭非常激烈，導致一些工程報價被壓得過低，施工企業的合理利潤得不到保證。這在客觀上助長了橋梁建設中層層分包這種不良運作方式的存在。工程的實際建設者往往是資質差、技術力量薄弱、管理松散的隊伍，這將對橋梁的建設質量十分不利。③還有一些工程（如一些政績工程、獻禮工程），因為種種原因過分縮短建設周期，一味追求施工速度，難免出現違背科學規律的做法，也在一定程度上增加了橋梁的病害，減少了橋梁的壽命。

1.2 材料因素

材料作為一個橋梁的直接組成者，能從根本上決定橋梁的質量與壽命，所以材料本身質量的好壞與材料的搭配就顯得格外的重要，但是現在的材料市場良莠不齊，材料以次充好的現象時有發生，這就導致的許多橋梁坍塌的悲劇發生，所以材料因素就成為人們最關心也是最熟知的因素。

1.3 施工因素

橋梁建設是按圖紙設計建造的一個過程，施工是橋梁建造中最為重要的一環，橋梁工程的施工工藝的不同也會給工程的質量帶來不同的影響。在有了合格甚至是優質的材料后也一定能修建起一座牢固而耐久的橋梁，其中，很大的原因就是正要提到的施工因素。我們都知道施工是一個比較復雜又漫長的過程，期間發生的任何一個小小的失誤就會影響到橋梁的壽命，千里之堤毀于蟻穴。橋梁的建設施工出現人為和非人為的原因影響橋梁工程的質量。人為的情況是在施工中存在施工人員偷工減料以及不按照規范設計圖樣進行設計施工、不按規范建設、施工等；在非人為因素中是指在遇到地震、火山爆發、泥石流、暴雨雪天氣等非人為情況下，很難避免但可以做到有效防止。

1.4 維修和養護因素

我們都知道用預應力混凝土材料修建的各類橋梁在我國現役的橋梁中占絕大多數。但是由于各種原因，預應力混凝土材料修建的橋梁在使用多年后，或多或少都會出現一些病害，特別是近幾年，地區交通流量增大以及車輛超重等現象的增多導致橋梁出現較多的病害，這大大縮短了橋梁的壽命。因此，對產生病害的橋梁進行必要的維修將對延長橋梁壽命起到非常重要的作用。

1.5 車輛通行量

據統計，一座橋梁在其服役期內由車輛產生的疲勞荷載次數大約超過1億次。若構件內力影響線短，則1個軸重就會是1次加載，在制定規范時，按照效應相等原則，可以將復雜應力循環轉換為單個循環的等代數來表達。

隨著橋梁車輛通行量的增加，相同的時間下橋梁疲勞荷載次數會越來越大。另一方面，車輛的增加可能會使橋梁產生擁堵的情況，而橋梁的擁堵也會降低橋梁的使用壽命。高速發展帶來便利的時候同時對橋梁的壽命也會產生影響，如果橋梁的使用壽命在下降而橋梁的設計使用年限保持不變或是增大，那么兩者的差距會越來越大。橋梁設計時的日通行量往往是按以往的水平設定的，對后期的發展考慮不足，所以當橋梁長期在超重荷載下運營時袁其使用壽命也將隨之減小，致使橋梁的使用壽命不能達到設計使用年限的要求。

1.6 其他因素

正常運營時段中，橋梁因自身因素和所處環境對橋梁使用壽命也會產生影響。例如，周邊溫度的冷熱原因會使橋梁本身表層混凝土出現裂縫，橋梁在承受自重以及橋面荷載的作用力會發生不均勻的沉降，橋梁水下的氯離子對鋼筋有銹蝕作用，在橋梁下橋墩因可能發生堿集料反應從而使橋墩的體積增大等原因，都會對橋梁的使用壽命產生影響。

2 延長橋梁使用壽命的應用對策與措施

2.1 針對設計因素方面的對策與措施

我國正處于橋梁建設的高峰時期，大量的在役與待建橋梁都面臨著如何保證其全壽命期間的安全、耐久及維護管理的經濟性問題。在橋梁設計的時候要綜合考慮橋梁成本、設計壽命和使用壽命的關系，建議在橋梁設計過程中采用全壽命經濟分析（Total Life Cycle Cost Analyze，LCCA）等分析模型進行分析。要及時修訂和更新橋梁各種設計，特別是隨著我國綜合實力的增長，對以往橋梁設計規范中不適合的地方要及時地修訂、更新，而按早期橋梁設計規范建造好的橋梁，維修時應重新評估橋梁的剩余使用壽命。同時在橋梁設計時應滿足技術先進，安全可靠，持久耐用，經濟合理的要求，也就是應遵守安全，適用，經濟和美觀的基本要求。

2.2 針對材料因素方面的對策與措施

材料方面的問題需要材料供應商誠信經營，按標準生產材料，材料的檢測公司或者檢測機構進行嚴格的檢測，有關政府部門加強對不合格材料的打擊力度，建設方自己也要對材料進行相關實驗，嚴格檢測，嚴格把關，在材料上不能先讓橋梁就已經埋下事故的種子。另外，在設計橋梁需要使用的材料時，工程師必須清醒承認橋梁整體結構的壽命和各部件的壽命是不等的，對那些自身壽命期低于橋梁設計壽命期的部件在構造上保證可查、可修、可換、可加強，對橋梁在外因劇變情況下，橋梁的變形要在構造上“可控”，才能夠在運營階段對橋梁進行維修、加固等措施，從而保證橋梁的耐久性。

2.3 針對施工因素方面的對策與措施

首先施工前應進行招標，找到一個有資質的建筑公司，然后建筑公司應對設計圖進行分析，檢查，與設計師進行交流，充分理解設計師的意思，然后再開工。開工期間應該首先考慮天氣因素，怎樣排除惡劣天氣對工程質量的干擾，選擇較為適宜的天氣進行施工，并且對施工工地實施相應的保護措施。在橋梁最開始的步驟中，要耐心打牢橋梁的地基，并且建造牢固的橋墩，使其能承受較大的壓力。在混凝土的凝固過程中觀察是否出現空洞，不能讓其留下縫隙，這樣會大大降低橋梁的安全性。在施工過程中承包公司也不能因為要使利益最大化而簡化用材，如少放置鋼架等，也要注意留出較為寬敞的維修通道，以方便日常的橋梁護理，保養，對橋梁的情況的檢測及日后可能的維修。第三方也要嚴格監督施工的進程與步驟，防止重大的疏漏或者事故的出現。

2.4 針對維修和養護因素方面的對策與措施

我們都知道用預應力混凝土材料修建的各類橋梁在我國現役的橋梁中占絕大多數。但是由于各種原因，預應力混凝土材料修建的橋梁在使用多年后，或多或少都會出現一些病害，特別是近幾年，地區交通流量增大以及車輛超重等現象的增多導致橋梁出現較多的病害，這大大縮短了橋梁的壽命。因此，對產生病害的橋梁進行必要的維修將對延長橋梁壽命起到非常重要的作用。根據某一大橋的病害情況，對大橋的主要病害情況及成因進行分析，然后根據病害的情況制定了詳細的維修方案。

2.5 針對車輛通行因素方面的對策與措施

首對對橋梁實際承受的荷載、交通流量、橫橋向多車道車流分布情況、該橋橫向分布系數、過橋車型（軸型）等因素的進行研究分析，建立橋梁車輛荷載分布模型，模擬各種情況下橋梁荷載極限，再根據不同情況制定橋梁相應的交通分流或管制措施。

3 結語

橋梁作為國家的一種基礎設施，分析和研究影響橋梁未能達到設計使用年限的原因，具有重要實際應用價值。本文系統分析影響橋梁壽命的因素，因素具體可以歸納為：設計因素、材料因素、施工因素、維護和養護因素、車輛通行因素和其他因素等，并針對各種因素提出了具體的應用對策和措施。希望本文研究能為今后我國橋梁建設具有一定的指導作用。

［1］熊世金.橋梁使用壽命的探討［J］.廣東科技，2006（12）：94-95.

［2］金小川，周宗紅，黃毅，等.橋梁使用壽命與設計使用年限差異的原因分析和對策［J］. 世界橋梁，2012（4）：73-75.

［3］岑代鮮.橋梁使用壽命預測研究［J］.公路交通技術，2010，4：80-84.

［4］周祖干，陳雷.碳化對混凝土橋梁使用壽命的影響［J］.世界橋梁，2009（1）：68-71.

［5］王星.橋梁工程中施工質量對橋梁使用壽命的影響［J］. 黑龍江交通科技，2013（11）：60.

［6］金小川，等.中國橋梁設計使用年限的研究［J］.公路與汽運，2012（2）：162-165.