公路橋梁的安全性和耐久性設計研究

張 路

重慶市市政設計研究院有限公司，重慶 400020

隨著公路橋梁使用年限的增加，部分橋梁結構出現了一些破損，其安全性和耐久性也受到了很大的影響。為了提高公路橋梁的質量，延長橋梁的使用壽命，在具體設計環節，設計人員要格外注重橋梁的安全性和耐久性，不斷提高橋梁的抗破損能力，為人們的出行安全保駕護航。

1 影響橋梁安全性和耐久性的因素

1.1 設計方面的因素

在公路橋梁設計中，設計理念和結構體系的構建是十分重要的。在具體設計過程中，部分設計人員不能真正從基礎理論上對橋梁所受的力進行完整性的分析計算，只是沿用以往的經驗進行粗略的計算，易導致橋梁結構產生變形。還有部分設計人員更多的是關注結構的強度，而忽略了結構的完整性及使用材料的合理性，這種人為因素也會在很大程度上影響橋梁的安全性和耐久性。

1.2 施工方面的因素

工程質量的好壞直接影響橋梁的使用，而在現階段公路橋梁的施工中存在很多的問題。一些小型的施工單位，由于技術水平比較低，在施工過程中經常忽視現行的標準和規范，僅僅依據經驗施工，有時通過降低規范標準進行橋梁建設，導致橋梁質量得不到保障，其安全性和耐久性也受到了不同程度的影響。很多公路橋梁使用才幾年，就出現了各種各樣的問題，例如鋼筋銹蝕、鋼筋外露、鉸縫脫落等，這些都是橋梁安全性和耐久性方面存在的問題。一些施工單位為了獲取較高的經濟利益，以次充好，使用不合格的建筑材料；還有一些施工單位技術人員學歷較低，技術水平不到位，在施工時操作不規范。另外，很多施工單位在施工管理方面做得不到位，未采取安全措施，沒有對施工人員進行專業的橋梁安全和質量等方面的培訓，進而導致了安全事故的發生，也嚴重影響了橋梁的施工質量。

1.3 后期養護管理方面的因素

我國公路橋梁的建設一般都比較注重前期的設計和中期的施工，很少關注橋梁在運營過程中的養護管理，這在一定程度上影響了橋梁的安全性和耐久性。例如遇到雨雪天氣時，如果積雪和積冰處理不及時，就會化成水滲透到橋梁的面層和結構層，進而使得橋梁鋼筋被銹蝕，混凝土出現開裂。橋梁的伸縮縫經常被垃圾填堵，如果不及時清理，就會影響橋梁結構在受力時的正常伸縮變形，使得部分構件被破壞，進而影響橋梁的整體穩定性。橋梁結構中的一些附屬構件的使用年限較短，在發生破損或移位時，養護人員應該及時更換，以保證橋梁的正常使用，確保通行者的安全。這些后期維修養護中出現的問題都直接影響了橋梁的安全性和耐久性，同時也在一定程度上縮短了橋梁的使用年限。

2 提高橋梁安全性和耐久性的措施

2.1 轉變設計理念，優化設計方案

在早期的橋梁設計中，往往更注重橋梁本身的結構強度和結構穩定性，很少關注橋梁的耐久性，這就易導致橋梁使用壽命不足。設計人員應該轉變設計理念，在關注橋梁強度、穩定性的同時，也關注橋梁的安全性和耐久性設計。結合國內外的知名案例，不斷研究創新，優化設計方案，提高結構的承載能力，增強其安全性和耐久性。在進行橋梁設計時，設計人員對設計規范的理解程度也會影響橋梁的設計，因此施工單位應該加強設計人員的學習和培訓，不斷提高設計人員的專業素質和業務水平。在選擇設計方案時，也要考慮橋梁的安全性和耐久性，結合橋梁的環境特點、地質特點及功能要求，不斷優化設計方案，也可以學習和借鑒其他項目及其他設計單位的設計方案，提高橋梁的安全性及耐久性，延長橋梁的使用年限。

2.2 增加結構的保護層厚度

公路橋梁主體結構大部分都為預制混凝土構件，在以往的設計中，混凝土和預應力鋼筋邊緣之間會有一個保護層的厚度，防止鋼筋暴露在空氣中被銹蝕。大量的試驗表明，鋼筋的碳化直接受混凝土保護層厚度的影響，在一定的保護層厚度范圍內，保護層厚度越大，鋼筋碳化速度越慢。因此，在具體的橋梁設計過程中，設計人員可以適當增加混凝土保護層厚度，減緩因鋼筋銹蝕和碳化帶給橋梁結構的危害，進而提高橋梁結構的安全性和耐久性。

2.3 注重材料的選用

工程材料的選擇是決定工程質量的關鍵，在橋梁的設計中，也應該注重材料的選擇和使用。對于公路橋梁而言，最重要的材料就是混凝土和鋼筋。在選擇混凝土時，要根據結構的強度及結構的受力來選擇混凝土的等級，嚴格根據規范要求對其強度進行測算，并確定其最大水灰比、最小混凝土保護層厚度、最小強度等，保證混凝土的安全性能。另外，對于鋼筋的選擇，要根據結構的受力鋼筋強度來綜合確定鋼筋的等級和直徑，并通過驗算來最終確定，避免橋梁在使用過程中因為鋼筋強度不足而引發安全事故。

2.4 重視結構的疲勞計算和耐久性設計

公路橋梁建成后，在后期的運行中將承受各種車輛荷載及外力自然因素的荷載影響，在這些荷載的不斷作用下，橋梁結構的一些構件極易發生疲勞損壞。在這種疲勞破壞的長期作用下，橋梁逐漸呈現出結構的大范圍裂縫和變形，進而影響到橋梁的整體結構穩定性及安全性。在公路橋梁的結構設計中，必須重視橋梁的疲勞計算，減少結構在使用過程中的開裂。另外，橋梁結構的疲勞計算不僅僅是針對橋梁的整體結構，對于橋梁中極易發生疲勞破壞的構件都應該進行相應的計算，只有所有構件的抗疲勞能力得到提高，才能促進橋梁整體結構的耐久性和安全性。

在橋梁設計中，設計人員應該注重橋梁耐久性的設計，延長橋梁結構的使用壽命。橋梁的耐久性設計主要分為兩個方面，即材料的選擇和結構體系的構建。在選擇工程材料時，要對結構材料進行多方面的試驗，如抗壓試驗、抗侵蝕試驗等，選擇最合適的混凝土材料配比，并對混凝土進行有效的保養維護，使混凝土在使用中能最大限度地發揮承載作用和抗壓能力，進而保證結構的耐久性。在進行結構體系的選擇和設計時，要綜合對比各種方案，從經濟方面、受力分析方面、抗疲勞能力方面等來進行具體的分析計算，嚴格遵照最新的橋梁設計規范進行設計，避免橋梁結構出現變形破壞。

3 工程案例

該工程為某公路連接線，路線在K23+672處跨越河道。橋址處斷面為復式斷面，該河河口寬53m，主河槽寬41m，河底寬30m。

3.1 設計方案

該橋梁擬建為4～16m先張法預應力混凝土空心板橋，交角為90°，橋梁長64m，為雙幅橋。橋面鋪裝為10cm瀝青混凝土+防水層+15cm整體化混凝土。橋梁下部采用柱式墩臺、鉆孔灌注樁基礎。橋臺處GQFC-40伸縮縫，臺后設置6m搭板。

3.2 耐久性設計

（1）材料選擇。保證混凝土質量、控制裂縫和提高耐久性，施工中所用的混凝土材料必須符合有關規范的要求，設計提出以下要求：鋼筋混凝土結構最大水灰比值為0.50，最小水泥用量為300kg/m3，最低混凝土等級為C30；預應力混凝土結構最大水灰比值為0.50，最小水泥用量為350kg/m3，最低混凝土等級為C40；最大氯離子含量為0.06%，最大堿含量不大于1.8kg/m3。

（2）結構構造。混凝土保護層厚度嚴格按照規范執行。伸縮裝置兩端與主梁連接部分的混凝土，受力比較復雜，除按照最優配合比設計外，還應使用膨脹劑并摻入鋼纖維或聚丙烯纖維等增韌材料。為提高預應力鋼筋的耐久性，孔道壓漿采用真空輔助壓漿技術。

4 結束語

公路橋梁的安全性和耐久性直接關系到橋梁結構整體的穩定性，也直接影響著人們的出行安全，因此設計人員在進行橋梁設計時應該秉承科學嚴謹的態度，嚴格遵循設計規范，重視安全性和耐久性設計，提高結構的承載能力，延長橋梁結構的使用壽命。