公路橋梁設計中的安全性與耐久性

覃佳

（聊城市公路勘測設計院，山東聊城252000）

0 引言

目前，我國公路橋梁的大量修建，對提高人民的生活品質和工程質量有很大的推動作用。與此同時，在公路橋梁設計中，要特別關注安全性與耐用性的需求，不斷提高公路橋梁工程質量的管理水平。

1 公路橋梁的耐久性與安全性

1.1 混凝土滲水

混凝土滲水破壞是目前普遍存在的一種類型，其主要表現為鋼筋混凝土的腐蝕和凍害。其主要原因是由于混凝土本身的多孔結構特點，導致其本身的抗滲性較低，如氯等有害物質滲透到混凝土中，使鋼筋受到腐蝕；混凝土抗滲性能的好壞，直接關系到鋼筋的抗腐蝕性能和抗凍性以及混凝土的使用壽命與安全。而強化混凝土的抗滲性主要是對其性能和結構搭配的研究[1]。

1.2 混凝土的碳化

混凝土碳化是一個物理及化學反應的過程。在一定時間內，大氣中的二氧化碳進入水泥與水泥中的堿性物質發生反應，會改變水泥的化學成分。混凝土的碳化損傷主要包括混凝土堿度的喪失、鋼筋表面鈍化膜的破壞、混凝土保護能力的下降、混凝土的收縮和加固、混凝土裂縫的增加等。混凝土的含碳量對其耐久性和安全性有重要影響。隨著工業的迅速發展，大氣中的二氧化碳含量急劇上升，將會使混凝土碳化的程度大大提高。所以，在公路橋梁設計中，必須重視混凝土的碳化問題[2]。

1.3 鋼筋的腐蝕

混凝土的腐蝕主要由水中的氯離子、硫酸鹽、酸性介質、二氧化碳等酸性物質組成。這些物質與鋼筋材料中的鐵發生反應，導致氧化，水將進一步溶解電樞中的金屬陽離子。鋼筋銹蝕后，鋼筋體積將隨著銹蝕量的增加而增加，導致混凝土裂縫，鋼筋與混凝土之間的附著力降低，混凝土層坍塌，鋼筋沿線混凝土裂縫，對橋梁的整體耐久性和安全性有重大影響。

1.4 堿骨集料的反應破壞

堿骨集料的反應破壞是以膨脹開裂破壞為主，使結構失去原有的特性，逐步引起多種協同破壞，進而對橋梁的耐久性和安全性產生不利影響。造成混凝土開裂的原因是混凝土的組成成分，水泥、混合材料中的氧化鉀、氧化鈉等堿性物質、外加劑、骨料中的活性物質，進行化學反應引起的混凝土的膨脹。結果表明，在混凝土中均勻分布的活性骨料和堿性骨料之間會產生大量的膨脹和破裂，這是一種致命的破壞，唯一的辦法就是將其拆除。因此，在設計高速公路的時候，就應該充分考慮到這些問題[3]。

2 安全性與耐用性的重要性

2.1 社會發展方面

如果設計方案不合理，公路橋梁工程的安全性和耐久性就無法得到保障，而在以后的運行過程中，不但會出現安全隱患，而且還會由此造成一定的經濟損失，也會對人民的生活、工作、學習造成不良的影響，對整個社會的穩定發展產生很大的影響。

2.2 安全方面

在確定公路橋梁的設計時，既要綜合考慮當地的實際情況，又要對交通運行的需求進行分析，而不能一味追求外觀上的美觀和經濟上的利益，否則會對橋梁的安全性和耐久性造成很大的影響，甚至引發行車安全事故。造成這種狀況的原因，是由于在設計、施工時，沒有對當地的實際情況進行全面的分析，使其設計方案有明顯的缺陷和問題，使其施工難度大，提高了事故的發生概率。另外，由于工程建設過程中未對工程進行有效的管理與控制，存在較大的安全風險，影響了工程的整體效益[4]。

2.3 重要性分析

公路橋梁是推動城市現代化、經濟和社會發展的重要力量，因此對高速公路橋梁的安全要求很高。安全性的改善，應從承載力、結構性能等方面著手，對橋梁進行質量評價與管理，并對各種安全指標進行全面的分析，以了解其在承載力上的需求，以保證各構件的設計符合合理的要求。耐用性是指在工程運行期間，能夠達到一定的壽命，這需要從工藝、材料、成分等方面進行分析和控制。高速公路橋梁工程建設中存在的問題若得不到有效的處理，將會造成重大的安全事故。比如發生塌陷、開裂等問題，都會造成安全隱患，因此要加強對橋梁的安全性和耐用性的管理[5]。

3 安全性與耐久性的影響因素

3.1 設計理論與理念尚有缺陷

近年來，我國高速公路橋梁建設水平有了很大提高，施工理論、施工工藝和施工技術也在逐步完善，然而，在設計理論和設計理念上仍然存在著一些缺陷。高速公路橋梁的理論體系仍然基于橋梁的靜態施工，并且在高速公路橋梁完工后，更多地考慮了運行性能參數。對路橋材料的微觀、結構和力學性能的研究還不夠。同時，公路道路設計理論體系更加注重公路橋梁的建設成本。在路橋運營過程中，養護維修成本仍然缺乏足夠的重視。設計人員在橋梁結構的整體控制、耐久性和安全性方案的優化、橋梁結構和受力系統的合理控制等方面還存在很大不足。

3.2 設計思路尚不夠嚴密

目前，設計人員在進行路橋施工設計時，通常先確定經濟、技術上可行的設計方案，然后根據規范選擇技術條件，以保證橋梁技術的安全系數。在橋梁的施工中，設計者往往只考慮強度來保證橋梁結構的安全性，忽視了對橋梁、橋梁結構材料、系統和結構耐久性的影響能力的綜合計算。特別是在公路橋梁施工的運營階段，沒有考慮到可能的人為因素、不可抗力和其他事故影響公路橋梁的耐久性和安全性。在橋梁施工期間，橋梁施工表面的混凝土厚度并沒有統一規定，因此導致在公路橋梁的運營階段，由于混凝土厚度的影響，車輛壓力過高，導致混凝土板斷裂，導致橋梁倒塌。

3.3 管理上的不協調

目前，我國公路橋梁工程的規模不斷擴大，但安全事故仍有發生，影響著社會的穩定和發展。造成這種現象的主要原因包括工程設計與施工中的不合理、施工組織不能正常進行、工程設計與現場的實際情況不符、施工觀念的執行有很大偏差等。施工過程中存在著偷工減料、不按設計技術規范組織施工、外部自然環境、地形條件等諸多原因，導致設計方案存在著明顯的缺陷，現場管理問題時有發生，使項目難以實施，嚴重影響了工程整體的質量。

3.4 后期養護問題

許多從事后期公路橋梁維護的員工缺乏全面的專業知識，這也是橋梁耐久性差的主要原因。下雨天，橋梁會被雨水浸泡，如果不及時進行人工清理，空氣和雨水中的雜質會腐蝕橋梁，損壞鋼筋混凝土，造成不同程度的裂縫。如果沉淀物長時間不能清理，將產生污垢。橋梁無法按照相關設計標準進行系統改造，部分構件將受損。在橋梁設計初期，如果不及時維護和管理承重核心構件，將影響橋梁結構的耐久性和安全性。如果不及時更換和維護承重核心構件，則會減少橋梁的使用壽命。

4 安全性和耐久性的具體關鍵環節

4.1 預置方案

在工程建設之前，為保證工程的使用壽命、質量符合要求，設計人員應深入工地進行實地勘察、分析，并組織有關人員對工程的實際情況進行全面的調查和分析，以確保工程的各項指標和數據符合要求，從而為工程的設計方案制定提供有利的依據，提高工程的整體水平，減少工程的安全風險和問題。對施工形式、施工材料等進行全面的分析，確保后期的維修、管理工作能夠井然有序地進行，尤其是施工工藝的選用，必須與施工現場的實際情況相適應，做好各種技術參數的管理與控制，對橋梁的承載力進行分析，并及時地解決隱患，防止出現質量問題。另外，要對某些不可控的因素進行全面的分析，并制訂相應的對策，靈活的施工，并根據不可抗力的影響作出相應的調整。

4.2 總體上的結構連續性

結構的整體性和連續性要不斷提高，結構的各個部位要達到平滑性的要求，防止在施工過程中造成損傷。在公路橋梁施工中，采用柱形結構的支承結構，會造成結構的非平順變化，因此在設計時應避免采用柱形結構，以確保結構的連續性，提高結構的強度、韌性和穩定性。在施工階段，采用冗余的設計方法，使結構更加安全，避免了局部變形，提高了抗震性能。

4.3 完善設計理論和結構系統

目前，我國高速公路橋梁的設計還沒有建立起完整的結構體系和理論支持，因此，在設計上也存在許多問題。所以，要使結構系統和設計理論得到進一步的改進，才能使其更加科學。主要包括：對系統進行必要的系統評價，及時發現系統的問題，明確安全系數、強度計算公式和失效應力的要求，并對各種技術參數進行全面的分析，使計算結果更加精確。

4.4 設計師職業素質

目前，在我國的高速公路橋梁工程施工中，施工人員的素質普遍偏低，設計水平整體偏低。因此，要提高公路橋梁的質量，設計師必須主動借鑒國外的經驗，提高自己的設計能力。各有關部門應定期組織有關人員參加培訓、進修，提高他們的認識。在項目前期，對公路橋梁的現狀進行全面的認識，對其各部位的狀態進行全面的了解，并對施工現場的具體情況進行合理的分析，有條不紊地組織施工，以確保工程的安全、耐用性符合要求，為提高公路橋梁的使用性能打下基礎。

4.5 后期維護強度

除以上原因外，超載還會對車輛的安全和使用壽命造成負面影響。在高架橋工程建設完成后，由于高架橋在正常運行中出現了嚴重的超負荷現象，導致橋體承受的荷載逐漸增加，從而導致橋梁逐漸惡化，從而影響橋梁的使用壽命和發生重大安全事故。

5 提升公路橋梁設計耐久性的有效對策

5.1 強化結構設計科學性

公路橋梁是最基本的交通工具，它的設計既要兼顧美觀，又要降低造價，還要注重橋梁的安全性和耐用性。在進行承載力設計時，不僅要嚴格控制承載力的范圍，還要注意在提高承載力后，能否延長其使用壽命，提高其使用品質。同時，相關人員也要改變自己的工作觀念，主動提升自己的設計水準，并且要注意每一個設計參數，從各個角度去理解設計的每一個細節，從而達到更高的設計水準。因此，必須綜合考慮各種因素，科學地設計公路橋梁的形式與結構，以保證其結構滿足不同的環境特點和使用要求。

5.2 完善相關規章制度

為了更好的滿足公路橋梁的設計需求，必須制定相應的法規體系，以促進高速公路橋梁的建設。國家有關部門要有能力制定出符合公路橋梁建設發展狀況的相關制度，保證其順利進行，并嚴格遵守有關法規和規章，從而有效地改善公路橋梁的建設和施工質量，降低交通事故。在公路橋梁的設計中，要對各個環節進行全面的管理，并嚴格按照設計的要求進行施工。

5.3 重視公路橋梁疲勞損傷的設計研究

公路橋梁工程在運營過程中可承受多種荷載。例如，車輛荷載和風荷載都會對橋梁產生很大的內力影響，受此內力的影響，會產生一定程度的振動響應，造成疲勞累積損傷，使公路橋梁出現裂縫，如果這些裂縫得不到有效控制，勢必造成橋梁損壞或直接倒塌。由于疲勞損傷引起的事故在鋼結構橋梁中很常見，因此疲勞損傷是鋼結構橋設計中需要考慮的一個因素。此外，疲勞損傷的研究不僅要從橋梁結構的角度出發，還要考慮公路橋梁的整體連接。在很多情況下，部分疲勞損傷會影響整個結構的性能，最終導致整個工程的疲勞損傷破壞，威脅到橋梁的行車安全。

5.4 強化后期維護

在設計師設計了公路橋梁之后，設計并沒有完全完成，為了提高公路橋梁的耐久性，有必要改進后期養護理念。在施工中，要及時對公路橋梁進行維修和保養，避免出現小問題，隨時掌握橋梁變化的動態，并制定相應的解決方案。在識別出潛在安全風險的情況下，相關人員必須及時預測潛在風險，并向主管部門報告。此外，有關部門還應對公路橋梁基礎設施設備的后期養護費用進行充分的預算審查，防止下屬施工養護單位因財務問題受到限制，養護工作無法順利進行。

6 結語

綜上所述，應充分重視公路橋梁的建設，確保其安全性和耐久性滿足人們的使用需求，發揮其應有的作用。目前，我國公路橋梁工程設計還存在著某些缺陷，影響著工程質量和安全。結合實際問題，梳理切實可行的對策，不斷總結經驗教訓，提高設計水平，對推動未來路橋事業發展，推動經濟社會穩定和發展將起到積極作用。