公路橋梁安全性和耐久性設計中的問題及對策

李東

（深圳市特區建工集團有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

設計是工程建設的核心，是保證工程安全與耐久性的根本，因此，在公路橋梁的設計中，科學合理的設計是必不可少的。設計人員在進行公路橋梁的設計時，應從多個角度進行深入分析，以達到合理設計目的，協助后續工程的建設。在進行公路橋梁的安全與耐久性設計時，設計人員應充分認識各種影響因素，在設計過程中加以注意，從而降低事故的發生。

1 公路橋梁安全性和耐久性設計概述

隨著社會經濟的不斷發展，我國的公路橋梁建設規模越來越大，對設計和施工要求也越來越高。作為衡量橋梁質量的重要標志，橋梁的安全性和耐久性應該從橋梁的結構設計開始就受到重視。在相關領域中，公路橋梁的安全性和耐久性設計是建立在施工技術基礎上，以確保工程結構穩定耐用，并根據施工現場的環境特點，對其結構、造型和工藝進行設計。特別是對公路橋梁的安全和耐用性的研究，不僅要從結構力學和工程技術的角度保證其穩定可靠，而且要考慮到耐用性和施工工藝的合理性，從而提高其在不同環境下的適應能力，延長使用年限。具體來說，公路橋梁是一種從總體到局部的復雜結構，應該根據安全可靠和經濟耐用的基本原理，進行力學分析、科學計算，以避免影響橋梁的施工質量，提高對環境的適應能力。

2 影響公路橋梁設計安全性和耐久性的設計因素

2.1 結構合理性

由于很多公路橋梁需要跨越山谷和河流，因此如何在既能保證自重荷載和行車荷載的前提下，又能有效地降低成本，還能最大程度地減小對周圍環境造成的不利影響，是目前我國公路橋梁設計的主要課題。公路橋梁的結構合理性直接關系其承載能力、穩定性，從而影響安全性、使用壽命。

在現代常用的橋梁結構有梁式橋和拱式橋。梁式橋可以具體地分成簡支梁、連續梁、懸臂梁等多種結構，適合于不同的場合和不同的施工規模。在實際工程中，如果橋梁結構不夠科學，不僅會對其承載力、穩定性產生影響，還會對其使用壽命和安全性產生一定的不利影響[1]。

2.2 材料及工藝設計合理性

在公路橋梁設計中，應根據橋梁的構造形態和體量來確定其施工技術和所使用的施工材料。若選用不合理的材料、不科學的工藝，將會對橋梁的安全與耐久產生不利影響。比如，公路橋梁的抗裂性非常重要，如果預應力鋼筋混凝土受彎構件抗拉強度不足，容易造成構件開裂。有些預應力可以用正截面拉應力來實現，但這需要對應力值進行精確調節。如果公路橋梁跨度過大，必須按照全應力構件進行合理的設計，這樣才能更好地保障其安全性和耐久性。

2.3 環境因素

公路橋梁工程的施工，必須要考慮現場施工情況，了解地質結構和氣候條件，根據需求做好橋梁設計，選擇合適的施工工藝。其中，地質結構很容易影響公路橋梁的結構，還會影響橋墩工藝，環境溫度等變化，會影響橋梁結構、焊接工藝以及材料性能。因此，設計人員進行公路橋梁安全性和耐久性設計過程中，必須要考慮各方面因素的影響[2]。

3 公路橋梁安全性、耐久性不足的原因

3.1 設計方案不夠科學合理

公路橋梁設計必須要符合可持續發展理念，選擇科學合理的方案，滿足經濟性要求以及科學性要求。但是，在設計過程中，經常會出現設計不合理的情況。主要是由于很多設計人員過于注重結構強度，忽略了雨水、風沙等自然環境所造成的影響，導致耐久性下降，出現鋼筋腐蝕、混凝土脫落等情況，影響使用壽命。除此之外，公路橋梁設計對于設計水平要求較高，設計人員在進行設計過程中，必須要認真勘察施工現場，對結構強度進行精確計算。但是有些設計人員比較粗心大意，導致設計過程中出現偏差，設計方案在落地過程中與實際情況不符，嚴重影響公路橋梁的穩定性。橋梁鋪裝層設計對于安全性和耐久性非常重要，是荷載的承受層，在大規模橋梁施工中，要進行鋪裝設計。部分設計人員不重視鋪裝設計，造成橋梁鋪裝層容易出現斷裂情況，影響耐久性[3]。

3.2 施工管理水平不高

導致橋梁出現安全事故的主要原因是施工質量不到位，所應用的施工工藝流程不正確、不科學，施工管理不足，主要表現有：第一，個別施工隊伍的門檻較低，施工人員水平參差不齊，缺乏責任心，安全意識不到位，施工作業不規范，造成施工中出現安全問題和質量問題。第二，有些施工企業存在偷工減料行為，為了提高經濟效益，采用質量不合格的材料，在施工中為了追趕施工進度，壓縮工期，管理人員管理水平不高等，這些問題都嚴重影響了施工質量。第三，很多施工企業不重視質量和安全檢查，很多檢查過程流于形式，責任落實不到位，不能充分發揮作用。

4 提升公路橋梁耐久性和安全性的設計方法

4.1 上部結構設計

公路橋梁結構設計中，設計人員要實地考察，根據實際需求設計結構的受力，選擇合適的施工工藝，對各影響因素進行優化。對于比較平緩的區域在進行中小型公路橋梁施工中，可以選擇簡支空心板結構，該結構的跨度比較小，方便施工，既能夠確保橋梁功能，又能降低施工成本。但是簡支空心板結構不適合跨度比較大的施工區域，也不適合比較復雜的施工環境。對于施工跨度比較大的場所，可以應用T 梁結構，在設計中增加跨徑，充分體現T 梁結構的優勢，對工程結構進行優化，節約施工成本[4]。除此之外，T 梁屬于曲線梁，結構受力平衡性和抗扭能力有限，會影響下部結構穩定性。因此，小彎矩曲線橋工程適合應用直梁結構，在合理范圍內對翼緣板寬度進行調整，優化曲面橋平面線形，改善T 梁橋彎矩不足的問題。

4.2 下部結構設計

對于公路橋梁工程而言，下部結構設計非常重要，能夠對整個建筑起到支撐的作用，因此要做好橋墩選型設計，根據施工場所地址條件和上部結構特點進行設計。在橋梁工程中，雙薄壁墩和柱式墩較為常見，柱式墩操作比較簡單，同時外觀良好，具有一定的美觀性。在設計過程中，為了保證橋墩穩定性，可以增加橫截面，對鋼管外包、碳纖維結構進行加固。鋼管外包的加固可以應用橢圓形鋼管，碳纖維材料的加固要根據實際情況選擇合適材料[5]。除此之外，還可以通過增加墩地接觸面積的方式進行加固，全面提升橋墩支撐力，避免橋梁結構變形。

4.3 加強工程隔震設計

對于工程的降震設計，要將降震結構設置在結構之間，提升結構阻尼，降低能量輸出，全面提升結構整體穩定性。公路橋梁受到車輛荷載以及地質環境影響，會影響結構穩定性，所以必須要降震設計，要根據公式對剛度進行計算，選擇恰當的隔震裝置。與此同時，設計人員必須要充分重視橋梁附屬結構的設計，橋梁附屬結構有很多種類，要考慮限位裝置、伸縮縫等，可以應用時程分析法進行分析。影響結構性能的主要因素有細部構造，所以在設計時要加大對細部結構性能的研究，切實提升設計有效性[6]。

4.4 合理選擇和配置施工材料

很多公路橋梁建設工程規模比較大，會應用到大量混凝土，混凝土材料質量直接影響工程整體建設質量，因此，要選擇合適的混凝土配合比，采用高質量材料，控制水泥、添加劑以及水等材料用量。在正式施工之前，要做好工藝性試驗，認真分析設計和實際施工之間的差異，根據實際情況調整方案，選擇合適的配合比。為了提升混凝土耐久性，要對鋼筋進行保護，防止鋼筋與氧氣接觸的部位出現銹蝕，要認真做好混凝土養護以及支模工作，能夠有效避免混凝土表面受損或者產生裂縫（如圖1所示）。此外，為了提高設計質量，還要健全路橋設計體系。設計人員要不斷學習先進設計理念，并且應用到設計過程中，積累豐富的經驗，根據實際施工情況，形成具有特色的設計體系，保證路橋工程耐久性和安全性。

圖1 橋梁裂縫

4.5 重視結構耐久性設計

公路橋梁的施工容易受到人為因素和自然環境因素的影響，會造成材料或者構件被損壞，影響耐久性。設計人員進行設計過程中，如果不重視耐久性，會導致設計存在較大缺陷，造成經濟損失。例如：車輛超重或者超載都會影響橋梁結構耐久性，會增加橋梁疲勞應力，久而久之就會破壞橋梁結構，從而引發交通事故。所以，設計人員要考慮疲勞損傷規律，應用恰當的設計方法，選擇符合要求的材料，合理設計，防止橋梁出現疲勞損傷。

4.6 更新設計理念，優化設計方案

以往在很多橋梁結構部分設計過程中，設計人員大多較為重視結構穩固性，對強度和承載力要求比較高，忽視視耐久性設計，這樣會縮短橋梁使用壽命。現階段，橋梁的分為大跨度橋梁和標準跨度橋梁。大跨度橋梁施工難度比較大，施工成本高，較少應用。標準跨度橋梁施工比較簡便，成本比較低，可以應用預制拼裝結構，所以應用較為廣泛。設計人員要研究國內外橋梁設計方案，分析優缺點，總結經驗，取長補短，提升橋梁耐久性和安全性[7]。

設計人員的設計理念對于安全性和耐久性有很大影響，必須要有責任感，有耐心，全面了解影響因素，規范設計，提高自身專業知識和素養，在施工中也要做好監督和審計工作，要防止因為設計人員的失誤導致出現問題，影響安全性和耐久性。對于橋型的選擇，要充分考慮施工場所的地址條件、交通量等綜合因素，例如：拱橋主要采用圓拱形，延性比較好。車輛行駛過程中所產生的向心力能夠讓車輛和橋面緊密接觸，當出現自然災害時，拱橋所具有的韌性和延性能夠防止橋梁倒塌或者斷裂，提升安全性。

4.7 提升設計人員設計水平

為了提升公路橋梁設計安全性和耐久性，必須要提高路橋設計人員的專業素質，要加強對設計人員進行專業教育培訓，提高設計人員的設計水平，讓設計人員可以學習和了解先進設計理念，防止因為設計人員業務水平不高，影響路橋設計耐久性和安全性。作為設計人員，必須要充分認識到設計的重要性，對耐久性和安全性設計進行研究，要提高專項研究能力，在設計過程中，不僅要考慮路橋工程的使用年限，還要重視荷載強度及各方面因素影響。

目前，我國有一些關于公路橋梁設計使用年限的規定，但是在實際設計中，仍存在部分路橋工程的使用壽命無法達到規定標準。

首先，設計人員要了解相關標準，注重路橋設計中的耐久性和安全性設計，從設計上提升路橋設計水平，延長路橋使用壽命。

其次，要重視對路橋設計人員的專項培訓，路橋設計較為冷門，從事人員較少，很多高校也沒有相關課程，直接影響了設計人員專業素質的提升，所以，高校要重視對設計人員的培訓，高校可以和設計機構合作，進行協同辦學，高校向設計企業輸送高質量設計專業學生，讓學生能夠在實踐中積累設計經驗，將理論知識進行應用。通過協同辦學，可以為設計企業儲備高端人才，還能夠為高校路橋設計專業學生提供實踐機會，切實提升設計人員專業素質。

再次，作為公路橋梁設計企業要為設計人員提供更多學習機會，可以與相關部門進行聯合辦學，讓設計人員能夠利用業余時間進行學習。

最后，設計企業要對新入職的設計人員進行崗位培訓，避免讓新入職人員獨立進行設計，保證設計的有效性。

5 結語

綜上所述，公路橋梁設計中，設計人員要充分考慮各方面要素，不斷學習先進設計理念，積累豐富經驗，全面了解施工情況，不斷優化設計，保證公路橋梁設計安全性和耐久性，為后續工程建設質量提供支持和保障。