公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性及橋梁耐久性的分析探討

李鑫 馮小童

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，公路橋梁作為基礎(chǔ)交通設(shè)施的重要組成部分，其發(fā)展勢(shì)頭也非常迅猛。因此，公路橋梁的設(shè)計(jì)、建造和施工一直以來都是該領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。其中公路橋梁設(shè)計(jì)的安全性和橋梁的耐久性更是檢測(cè)公路橋梁建設(shè)好壞的重要指標(biāo)。但是很多因素的影響導(dǎo)致安全性和耐久性的問題大部分仍然停留在表面理論性的研究，這使得我國公路橋梁在安全性和長(zhǎng)久使用的耐損性方面仍然存在不足。本研究基于公路橋梁設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的安全性和耐久性問題進(jìn)行分析，并探討了相對(duì)應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;安全性;耐久性

引言：

20世紀(jì)以來，我國公路橋梁建設(shè)工程進(jìn)入快速發(fā)展階段，各類型的公路橋梁工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。但是隨著建設(shè)工程的不斷開展，我國公路橋梁建設(shè)中的問題也逐漸暴露。特別是一些公路橋梁工程不斷出現(xiàn)改建、加固和維修的狀況，進(jìn)一步說明了我國公路橋梁設(shè)計(jì)在安全性和耐久性方面存在問題。這些問題影響著人們的日常出行和生命安全。為了提高我國公路橋梁設(shè)計(jì)的整體水平，減少橋梁安全問題和耐久性問題，需要在設(shè)計(jì)過程中加以重視，采取有效的措施解決可能會(huì)出現(xiàn)的問題，從而保障我國公路橋梁工程的質(zhì)量。

一、公路橋梁設(shè)計(jì)的安全性和耐久性問題分析

（一）設(shè)計(jì)問題

目前的橋梁設(shè)計(jì)現(xiàn)狀為重視理論，忽略實(shí)際。一些公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)劃人員在設(shè)計(jì)圖紙時(shí)過度注重橋梁靜態(tài)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，各種設(shè)計(jì)理論體系都是圍繞如何設(shè)計(jì)出更為經(jīng)濟(jì)合理的橋梁結(jié)構(gòu)。缺乏對(duì)公路橋梁的結(jié)構(gòu)配件、工程材料、橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)等方面的全面分析和設(shè)計(jì)。

另一方面，我國橋梁工程處于快速發(fā)展階段，橋梁設(shè)計(jì)流程、技術(shù)工藝都在不斷進(jìn)步，但是受到傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的影響，我國橋梁設(shè)計(jì)師對(duì)于各類新型的設(shè)計(jì)思路的接受程度不高，在橋梁安全性和耐久性方面的理解和重視程度仍不足，造成了橋梁建設(shè)工程存在缺陷。例如，有的橋梁在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，有的設(shè)計(jì)師雖然考慮到安全性問題，但是僅是一味地將安全系數(shù)調(diào)整到最大值，并沒有思考結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)體系和施工過程可能出現(xiàn)的未知因素是否能夠承受安全系數(shù)最大層級(jí)的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致一些橋梁遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到其設(shè)計(jì)使用壽命。

（二）施工管理存在漏洞

工程施工階段的管理缺失是我國許多工程建設(shè)行業(yè)都遇到的普遍性問題，在公路橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域也不例外。近年來，公路橋梁出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象的新聞層出不窮，調(diào)查發(fā)現(xiàn)這些問題背后都與施工工程的管理和監(jiān)督不力有很大關(guān)系。主要存在以下幾方面的漏洞：第一，監(jiān)督管理制度不嚴(yán)格。在一些工程中存在施工單位管理人員和采買人員存在腐敗現(xiàn)象，過于看重眼前利益，采買建筑材料以次充好，施工過程偷工減料，導(dǎo)致工程質(zhì)量難以達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)。第二，施工人員的專業(yè)素質(zhì)參差不齊。公路橋梁工程施工量大、工期長(zhǎng)，參與施工的工人數(shù)量多，其技術(shù)能力和專業(yè)素養(yǎng)普遍偏低，一些工人甚至出現(xiàn)暴力施工、未按照施工流程施工等情況，嚴(yán)重影響橋梁的安全性。最后，施工單位整體技術(shù)水平與設(shè)計(jì)水平不匹配。一些施工單位在承包工程時(shí)根本沒有考慮自身實(shí)際技術(shù)水平是否可以達(dá)到設(shè)計(jì)所要呈現(xiàn)的效果，導(dǎo)致實(shí)際的施工情況與設(shè)計(jì)預(yù)期出現(xiàn)差異。

（三）橋梁后期維護(hù)和跟進(jìn)不及時(shí)

忽略橋梁完工后的定期維護(hù)和跟進(jìn)也是造成橋梁耐久性較差的原因之一。例如，遇到暴雨、雨雪等惡劣天氣，橋面可能會(huì)積水和結(jié)冰情況，如不及時(shí)進(jìn)行清理，橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的鋼筋和混凝土等材料會(huì)受到長(zhǎng)期的侵蝕，出現(xiàn)不同程度的裂縫，橋梁的使用壽命會(huì)因此縮短。值得注意的是，公路橋梁的基礎(chǔ)是承重構(gòu)件，因此需要進(jìn)行定期維護(hù)和跟進(jìn)，一旦發(fā)現(xiàn)構(gòu)件出現(xiàn)破損和裂痕，卻不及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和加固，橋梁的壽命同樣會(huì)受到影響[1]。

二、公路橋梁設(shè)計(jì)安全性和耐久性問題的完善

（一）前期準(zhǔn)備階段提高重視程度

做足前期準(zhǔn)備工作為設(shè)計(jì)施工的基礎(chǔ)。首先要選擇具有專業(yè)資質(zhì)的技術(shù)人員對(duì)施工地進(jìn)行實(shí)地地質(zhì)勘查和氣候觀測(cè)，充分了解施工地的地貌特質(zhì)和水文環(huán)境，將實(shí)地勘察的數(shù)據(jù)和收集的資料進(jìn)行整理，為橋梁設(shè)計(jì)提供真實(shí)有效的理論數(shù)據(jù)。橋梁設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)前期數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出一條有科學(xué)性、安全系數(shù)高、建設(shè)成本相對(duì)低的工程路線。同時(shí)也要考慮到橋梁的后期維護(hù)和保養(yǎng)可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)問題，進(jìn)行詳細(xì)的預(yù)測(cè)和分析，提前準(zhǔn)備好應(yīng)急方案，最大限度的規(guī)避橋梁完工后可能出現(xiàn)的問題，提高橋梁的結(jié)構(gòu)安全性和橋梁的使用壽命。

（二）提高設(shè)計(jì)體系建設(shè)

橋梁的設(shè)計(jì)體系包括樁基設(shè)計(jì)、耐損設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)和預(yù)防超載設(shè)計(jì)。以一座主跨三跨跨徑分別為40m、65m和40m，邊跨的設(shè)計(jì)采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁的橋梁為例。該大橋的橋面縱坡雙向可以達(dá)到3%，橋面橫坡雙向可以達(dá)到2.3%。箱梁共設(shè)4道橫隔板，其中每個(gè)墩頂均設(shè)計(jì)一道為3.5m的橫隔板，梁端各設(shè)一道為1.8m的橫隔板。樁基設(shè)計(jì)的合理性直接影響著公路橋梁的施工工期和橋梁質(zhì)量。這就要求設(shè)計(jì)人員充分考慮到橋梁各結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，保證橋梁樁基的承重穩(wěn)定性。公路橋梁的承載量比較大，因此在仔細(xì)對(duì)比施工地的地質(zhì)特點(diǎn)外，還要關(guān)注單樁和每個(gè)隔板的承載力，根據(jù)實(shí)際承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。

由于近年來由于疲勞損傷造成的的鋼結(jié)構(gòu)開裂和橋梁坍塌事故較多，公路橋梁的耐損設(shè)計(jì)主要圍繞混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開。不僅是整體橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞損傷研究，局部或者當(dāng)個(gè)結(jié)構(gòu)的損傷會(huì)使這部分結(jié)構(gòu)失去其原有作用，從而對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。抗震設(shè)計(jì)是公路橋梁設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》也對(duì)橋梁的抗震設(shè)計(jì)提出了明確的要求。特別是地震多發(fā)地區(qū)的公路橋梁設(shè)計(jì)，必須要確保樁基能夠穿過液化的土層，埋得更加結(jié)實(shí)和穩(wěn)定。汽車數(shù)量的不斷提高，對(duì)公路橋梁的承載量也提出了更高的要求。公路橋梁持續(xù)的超載使用會(huì)造成橋梁出現(xiàn)疲勞和強(qiáng)烈的磨損，這對(duì)橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成的影響是無法恢復(fù)的，結(jié)構(gòu)一旦開裂就會(huì)降低橋梁的彎矩，進(jìn)一步加大橋梁的疲勞[2]。

（三）借鑒優(yōu)秀橋梁工程經(jīng)驗(yàn)

目前公路橋梁設(shè)計(jì)存在的主要問題是結(jié)構(gòu)使用性能與設(shè)計(jì)預(yù)期相比，使用壽命和使用效果較差。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該正視我國橋梁設(shè)計(jì)中存在的問題，在充分考慮現(xiàn)階段我國建筑材料和設(shè)計(jì)工藝水平的前提下，學(xué)習(xí)國內(nèi)外優(yōu)秀的橋梁設(shè)計(jì)方案，采用符合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)特點(diǎn)的、具有適當(dāng)安全度和耐久性的橋梁。

港珠澳大橋工程在前期設(shè)計(jì)中預(yù)期使用年限是120年，為了達(dá)到這一目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員充分考慮了地質(zhì)和材料問題，對(duì)混凝土材料和耐久性問題進(jìn)行了廣泛而深入的研究。利用定量方法和定性設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法對(duì)耐久性極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定特定環(huán)境和指定年限下的建筑材料及結(jié)構(gòu)。港珠澳大橋所處環(huán)境經(jīng)過耐久性檢測(cè)分為四類環(huán)境，混凝土表層碳化引起的鋼筋銹蝕（I類環(huán)境），海洋氯離子引起的鋼筋銹蝕（III類環(huán)境），海水鹽類對(duì)混凝土的腐蝕作用（V類環(huán)境），以及混凝土內(nèi)部可能出現(xiàn)的延遲鈣礬石生成反應(yīng)[3]。正是做足了港珠澳大橋施工地的詳細(xì)地址勘測(cè)，工程施工得以順利、保質(zhì)的完成。

總結(jié)：

公路橋梁為改善我國交通擁堵，提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮巨大作用。但是近幾年，公路橋梁事故仍頻頻發(fā)生，引發(fā)了越來越多的群眾關(guān)注。解決公路橋梁設(shè)計(jì)的安全性和耐久性問題需要我們從設(shè)計(jì)理念、施工管理、建筑材料等多方面進(jìn)行改善，同時(shí)，作為設(shè)計(jì)人員需要不斷學(xué)習(xí)優(yōu)秀的橋梁設(shè)計(jì)案例，吸取優(yōu)秀的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和方案，因地制宜的設(shè)計(jì)出更具安全性的橋梁工程。重視橋梁完工后的維護(hù)和加固工作，有效提高橋梁的耐久性。多方面的、有針對(duì)性的改進(jìn)，助力我國公路橋梁工程水平更上一層樓。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾新.公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性及橋梁耐久性的分析[J].交通世界，2017，000（011）：80-81.

[2]韓百成. 議城市橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)[J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向，2016，14（006）：247-248.