重載交通下橋梁的壽命周期成本分析

王培浪

（蘇州工業(yè)園區(qū)建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，江蘇 蘇州 215021）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，公路運(yùn)輸在國民經(jīng)濟(jì)中所占的地位越來越重要。我國的公路橋梁，特別是礦區(qū)的公路橋梁，其承載的幾乎所有的貨運(yùn)車輛都存在不同程度的重載、超載現(xiàn)象。超載車輛的荷載往往會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過公路和橋梁的設(shè)計(jì)承受荷載，致使路面損壞、橋面開裂，正常使用年限大大縮短，不得不提前大修，甚至可能造成垮橋事故，危及安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國公路每年因車輛超限超載造成的損失超過300億元，造成了巨額的財(cái)產(chǎn)損失。

如何解決這一問題，是公路橋梁界討論的焦點(diǎn)之一。筆者將結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)和研究成果，從橋梁工程壽命周期成本的角度談?wù)剬χ剌d交通下橋梁設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)看法。

1 壽命周期成本理論

工程壽命周期，從理論上說，是指工程產(chǎn)品從研究開發(fā)、設(shè)計(jì)、建造、使用直到報(bào)廢所經(jīng)歷的全部時(shí)間。工程壽命周期成本是指工程項(xiàng)目從項(xiàng)目構(gòu)思到項(xiàng)目建成投入使用直至工程壽命終結(jié)所發(fā)生的一切可直接體現(xiàn)為資金耗費(fèi)的投入總和，主要包括建設(shè)成本和使用成本。建設(shè)成本是指建筑產(chǎn)品從籌建到竣工驗(yàn)收為止所投入的全部成本費(fèi)用。使用成本則是指建筑產(chǎn)品在使用過程中發(fā)生的各種費(fèi)用，包括能耗成本、維護(hù)成本和管理成本等。

長期以來，人們總是把工程產(chǎn)品的建設(shè)成本和使用成本分別加以管理，特別是對于當(dāng)下某些重載超載的橋梁，其使用成本過高，建設(shè)成本顯得相對較低，導(dǎo)致壽命周期成本巨大，這就需要把建設(shè)成本和使用成本結(jié)合起來綜合管理，這種必要性現(xiàn)在變得愈來愈突出。對于工程建設(shè)項(xiàng)目而言，工程的建設(shè)費(fèi)用和使用費(fèi)用存在著內(nèi)在的對立統(tǒng)一關(guān)系，如圖1所示。

圖1 建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期功能—成本關(guān)系圖

全壽命周期成本分析的實(shí)質(zhì)是橋梁工程項(xiàng)目管理的一種指導(dǎo)思想和方法，核心是要求從橋梁工程項(xiàng)目全壽命出發(fā)去考慮造價(jià)和成本問題，關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目整個(gè)壽命周期的總成本最小化。從圖1可以看出，要實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期成本最小化，必須尋找項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用與使用費(fèi)用之間的平衡點(diǎn)，而這個(gè)平衡點(diǎn)依賴于項(xiàng)目的決策與設(shè)計(jì)，不同的設(shè)計(jì)會有不同的平衡點(diǎn)。即要系統(tǒng)地看待項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用與使用費(fèi)用之間的辯證關(guān)系，而且要將這種系統(tǒng)思想融進(jìn)項(xiàng)目決策和設(shè)計(jì)過程中，降低項(xiàng)目使用費(fèi)用曲線，抬高項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用曲線，使得項(xiàng)目的使用費(fèi)用和建設(shè)費(fèi)用在更低點(diǎn)上得到均衡，從而降低建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期成本。

2 從壽命周期成本角度分析重載交通下橋梁的設(shè)計(jì)

眾所周知，工程產(chǎn)品的功能在決策及設(shè)計(jì)階段就基本確定了，對其壽命周期成本影響最大的階段也在決策及設(shè)計(jì)階段。因此，決策及設(shè)計(jì)階段也就成為工程產(chǎn)品成本節(jié)約潛力最大的階段，是工程產(chǎn)品成本控制的重點(diǎn)階段。

橋梁工程的壽命周期成本，也是由其建設(shè)成本和使用成本（養(yǎng)護(hù)、維修成本）組成。重載交通下橋梁壽命周期成本的一個(gè)突出特點(diǎn)就是橋梁容易損壞，使用成本高。重車荷載作用下的一座新橋，建好不到幾年，橋面鋪裝、支座墩臺、梁板等就發(fā)生大面積的病害，正常使用年限大大縮短，養(yǎng)護(hù)、維修成本要遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)荷載橋梁，部分嚴(yán)重的甚至要拆除重建。

根據(jù)壽命周期成本理論，為了有效地節(jié)約成本，應(yīng)將橋梁的建設(shè)成本與使用成本綜合起來統(tǒng)籌考慮，對建設(shè)成本與使用成本的分配加以權(quán)衡，找出整個(gè)系統(tǒng)的最佳平衡點(diǎn)，使總成本達(dá)到最低?？紤]到重載交通地區(qū)橋梁的損壞率高及養(yǎng)護(hù)、維修成本高的特點(diǎn)，應(yīng)提高重載交通下橋梁的設(shè)計(jì)荷載等級，有針對性地改進(jìn)橋梁的構(gòu)造，提高橋梁的承載能力、安全性與耐久性，從而大幅度減少橋梁的養(yǎng)護(hù)、維修、改建甚至重建費(fèi)用，降低橋梁的壽命周期成本。

我國在“七五”、“八五”期間修建的眾多中小橋梁一般按汽—20設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)荷載偏低，重載、超載車輛荷載大大超過了設(shè)計(jì)荷載。新建的一些中小橋梁，由于對實(shí)際的交通流量缺乏系統(tǒng)的調(diào)查，因此在設(shè)計(jì)荷載的選取上，即使考慮了一定的安全系數(shù)，仍有一定的盲目性。這些橋梁在重、超載車輛的反復(fù)作用下，不可避免地會產(chǎn)生各種病害，造成巨大的損失。

長期以來，由于對壽命周期成本的忽視，設(shè)計(jì)與使用、建設(shè)與運(yùn)營被割裂，建設(shè)單位決策時(shí)并未對使用成本有足夠的認(rèn)識，片面強(qiáng)調(diào)降低建設(shè)成本，而設(shè)計(jì)人員也未對重載交通下橋梁荷載的特殊性進(jìn)行區(qū)別對待，依然按照標(biāo)準(zhǔn)荷載的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，由此導(dǎo)致了“邊建設(shè)、邊破壞，邊破壞、邊維修”的惡性循環(huán)，橋梁的使用性能大大降低，安全隱患無法解決，大量建設(shè)資金被浪費(fèi)。所以，在決策、設(shè)計(jì)過程中需要更加注重成本，推廣壽命周期成本的理念，糾正以往片面的認(rèn)識，這是在超載、重載交通下提高橋梁的安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)有效手段。

3 重載交通下提高橋梁安全性與經(jīng)濟(jì)性的措施

筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)和研究成果，對重載交通下如何提高橋梁的安全性與經(jīng)濟(jì)性提出以下幾點(diǎn)建議。

3.1 設(shè)計(jì)荷載方面

筆者曾對某礦區(qū)的交通情況進(jìn)行過實(shí)地考察，當(dāng)?shù)爻d情況非常嚴(yán)重，部分額定50t載重的大車，往往實(shí)際荷載可以達(dá)到100t，甚至150t。該地區(qū)橋梁損壞嚴(yán)重，特別是國道和省道，因?qū)Τd的查處不及高速公路嚴(yán)格，危橋比率高。圖2所示為該地區(qū)某省道的一座危橋。

圖2 某省道危橋

針對該情況，在超載現(xiàn)象未得到有效控制前，進(jìn)行新建橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先對當(dāng)?shù)氐慕煌窟M(jìn)行實(shí)地調(diào)查，按實(shí)際調(diào)查得出的準(zhǔn)確結(jié)果確定設(shè)計(jì)荷載，選取合適的設(shè)計(jì)荷載等級。

3.2 空心板鉸接縫的構(gòu)造措施

目前我國空心板橋梁多應(yīng)用企口式鉸縫，該類型鉸縫在重載交通下易首先破壞，導(dǎo)致橫向聯(lián)結(jié)失去對車輛荷載的分散作用，主梁間無法相互傳力，車輛荷載將完全作用在車輪下一條單獨(dú)梁上，形成了“單板受力”現(xiàn)象，降低了橋梁的整體性，加速了橋梁的損壞。針對該病害，可以通過在鉸縫上緣或下緣粘貼鋼板，在鉸縫中添加縱向鋼筋、門筋等構(gòu)造措施，有效地提高鉸縫的抗剪強(qiáng)度，加強(qiáng)橋梁的整體性，減少“單板受力”病害的發(fā)生。

3.3 梁板與橋面鋪裝整體化構(gòu)造措施

目前的橋梁設(shè)計(jì)中，大多是在梁板與橋面鋪裝層間鋪上兩層鋼筋網(wǎng)，并聯(lián)結(jié)少量豎筋，橋面鋪裝與梁或板之間的聯(lián)結(jié)并不緊密，不能很好地共同受力。筆者建議可以通過在梁板與橋面鋪裝層之間增設(shè)豎向鋼筋或其他構(gòu)造措施，改進(jìn)施工方法，提高橋面鋪裝層與梁板之間的整體性，從而提高橋梁承受荷載的能力。

4 結(jié)語

在決策與設(shè)計(jì)過程中推廣壽命周期成本的理念，將建設(shè)成本與使用成本綜合起來加以統(tǒng)籌考慮，進(jìn)行最優(yōu)組合，加大建設(shè)時(shí)的資金投入，減少維修、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，是提高重載交通下橋梁的安全性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性的可行方法。然而，要從根本上解決重載交通下橋梁的破壞問題，則必須控制超載，加大超載查處力度，從源頭上解決問題。

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