市政路橋設計中的安全性和耐久性研究

聶擁軍，祁 巍

（深圳市市政設計研究院有限公司，廣東深圳 518029）

0 引言

目前中國公路和橋梁項目發(fā)展迅速，道路和橋梁雖然獲得的占取空間較小，但承擔了比例巨大的城市交通流量，是一道城市交通的美麗風景。新形勢下的公路與橋梁技術的發(fā)展讓人們有更多的了解，特別是公路橋梁設計的安全性和耐久性與大家的切身利益相關聯(lián)，這吸引了更多人的注意。經(jīng)濟快速發(fā)展，帶來了加速城市化的進程。城市設計過程中的道路和橋梁設計的重要性越發(fā)凸顯。交通體系作為城市發(fā)展的命脈，越發(fā)重要。如今，在新形勢下如何提高高速公路和橋梁設計中的安全性和耐久性已經(jīng)成為絕大多數(shù)路橋設計人員的工作重點。本文就當前我國道路和橋梁設計形式，總結其中的安全性和耐久性問題，提出相關的解決應對策略。

1 路橋出現(xiàn)安全性和耐久性問題的原因分析

1.1 設計方面的原因

路橋在安全性和耐久性方面出現(xiàn)問題，主要原因是由于橋梁安全設計以及施工和后續(xù)維護階段的問題。在設計階段必須實地考察，確保設計方案與工程主體周圍環(huán)境的契合。設計人員應當對每一個項目持謹慎細致的工作態(tài)度，以合理化的設計方案來滿足現(xiàn)實使用需求。在每一個設計過程中，都應當讓數(shù)據(jù)來說話，通過每個數(shù)據(jù)來對項目主體進行度量。在設計過程中，嚴格檢查設計步驟，確保數(shù)據(jù)的準確性。在路橋的耐久性方面出現(xiàn)問題，原因通常是出在設計和材料環(huán)節(jié)，施工中所用材料的質(zhì)量直接影響到橋梁的使用壽命。道路和橋梁的設計和施工過程中需要考慮諸多因素。道路和橋梁的建設由許多不同的組件構成，系統(tǒng)的建設所使用到的建筑材料也不唯一，所以為了確保整個建筑結構不是單一的，在每個結構構件的安全性和耐久性上都必須進行控制，彼此之間進行相互約束。在設計過程中，設計人員應當在深思熟慮需之后完成一個全面的有關安全性和耐久性的技術試驗，避免在考慮時遺漏某些影響橋梁結構完整性的因素。由于很多技術人員都缺乏全面性思維，考慮時過于片面，導致了很多影響路橋安全性和耐久性的問題。在實踐中，由于設計人員的專業(yè)技能水平有限，對于道路和橋梁的設計公式理解深度不夠，導致其在對道路和橋梁設計的強度上要求低或局部受力大，從而造成道路和橋梁缺乏耐久性，進而影響安全性。在道路和橋梁的設計和施工過程中，開發(fā)過程是動態(tài)的而不是靜態(tài)的，所以在設計過程中遇到的各種技術問題，需要技術人員結合實際，做到具體問題具體分析，根據(jù)不同的環(huán)境和條件制定合適的解決方案，不應當使用慣常的思維來考慮問題，導致對象的設計、施工與實際需求不匹配，缺乏系統(tǒng)的整體性能。

1.2 施工管理方面的原因

在路橋工程施工前期，安全技術工程師應對相關施工部門進行準備工作的審查，審查的內(nèi)容應當涉及：在編制的施工組織設計中是否含有符合強制性標準的安全技術措施或?qū)ｍ棸踩┕し桨福欠窈邪凑赵O計文件有關要求制訂的施工安全保護措施等。在施工中的過程沒有安排安全監(jiān)管工程師，來督促公路工程施工項目組建立安全保證體系，規(guī)定安全生產(chǎn)責任人，安排好相關安全人員的分工。施工過程的安全教育，是整個高速公路工程建設施工技術安全保證的意識基礎。但目前在大多數(shù)情況下，針對施工人員的安全生產(chǎn)培訓以及相應的安全施工意識教育沒有跟進，缺乏相應的制度管理標準。施工過程中沒有足夠的信息管理平臺支撐，技術質(zhì)量管理中缺位、越位、錯位現(xiàn)象比較嚴重。實際上，相對高速公路項目開發(fā)企業(yè)而言，高速公路項目開發(fā)管理就是一個資源整合和優(yōu)化的過程，但相關利益的各方對質(zhì)量控制的標準不是一樣的，開發(fā)商應該對各方質(zhì)量標準進行對比分析，把技術質(zhì)量管理重點放在不同點上。設計條件及設計人交待不夠準確，經(jīng)常發(fā)生反復性調(diào)整，導致設計文件及圖紙交付遲、變更，以致工期及預算影響施工和建設質(zhì)量。總承包單位的界界定不清晰，總包、分包及供應商等及其合同管理定位不清晰、不可控。所有這些施工管理方面的問題，直接影響路橋的安全性與耐久性。

2 提升路橋安全性和耐久性的設計準則

（1）橋面鋪裝。橋面鋪裝是直接接觸汽車的組件，也是橋面排水的第一道防線。橋面一方面承受汽車滾動剪切的影響，另一方面一直承受重復主聲束應力和結構變形的影響，這些往往會在早期對橋梁產(chǎn)生損傷，然后摧毀橋面防水系統(tǒng)，最終導致水在甲板上的主光束和鋼筋腐蝕?；炷谅访嬷饾u剝離了主梁，削弱主梁的受力性能，影響整個結構的安全性和耐久性[1]。

（2）橋面防水層。在許多設計中只使用一個防水混凝土防水，由于防水混凝土屬于剛性防水層，一旦開裂，防水性能顯著下降。

（3）主梁。主梁是全橋的主要承載構件，通常在總體設計分析和局部分析時對其重視程度很高，從理論的角度來看，安全性和耐久性能滿足規(guī)范的要求。然而，在實際工程中主梁箱體大量積水，滿水箱也有發(fā)生，大大損害了預應力鋼梁和普通鋼筋，大大降低主梁的安全性。原因主要是由于主梁設計的細節(jié)不到位，主梁設置排水結構不足。

（4）伸縮縫。伸縮縫是橋面的重要組成部分之一，直接影響到橋梁的靈活性。因為主梁收縮和形變考慮不足或模型選擇不當，導致橋梁結構在高溫度時受損，在低溫度時擠壓變形拉壞。縱向接頭確保梁地擴張，但也應注意防水設計。在許多設計中，使用直線形伸縮縫，雖然設計更方便，但是橋梁兩端的護欄區(qū)域成為主要泄漏點。因此,建議使用橫向兩端有翹頭的伸縮縫，使整個結構形成一個封閉的U形坡口，可以有效地避免橋梁伸縮縫在排水環(huán)節(jié)下泄到分聯(lián)梁端及分聯(lián)墩蓋梁上[2]。

3 優(yōu)化路橋設計中安全性和耐久性的施工工藝

在進行攤鋪施工前，首先進行一項全面系統(tǒng)的檢查，檢查的內(nèi)容涉及路面基層結構和攤鋪機械。另外，攤鋪機械在使用前需要進行預熱處理，時間設定在1 h以上，并且實際溫度要在100℃以上[3]。最關鍵的是攤鋪機械的檢查，確保攤鋪機的振搗裝置能夠處于有效工作狀態(tài)，以此確保實現(xiàn)設計要求下所應達到的路面高度、平整度和密實度。在路面攤鋪時所用到的改性粉質(zhì)粘土，必須具備滑?？蓴備佇裕坏贸霈F(xiàn)大面積或整車料的麻面現(xiàn)象。如果不具備可攤鋪性，強制攤鋪會出現(xiàn)由于振動插頭在強重力的壓制下插入不到中間位置的情況，這將會嚴重影響路面的施工質(zhì)量。改性粉質(zhì)粘土混合料宜采用全路面機械攤鋪，攤鋪前檢查支撐桿和基準鋼絲架設標高，經(jīng)核對無誤后，方可進行攤鋪作業(yè)，在施工作業(yè)過程中現(xiàn)場應設1～2人來回檢查，做好防范車輛、施工人員及其他機械碰撞支撐桿或鋼絲的措施。攤鋪施工工序開始前，先要對混合料的溫度進行詳細檢測，溫度需要控制在150℃以上。

4 完善路橋設計中安全性和耐久性的細節(jié)措施

4.1 增加混凝土保護層的厚度

保護層是保護鋼筋和混凝土之間的粘結強度的重要屏障，對鋼筋保護也起著重要作用，預防有害介質(zhì)侵入鋼筋混凝土內(nèi)部。研究表明氯離子擴散至鋼筋表面的時間與保護層厚度的平方成正比，二氧化碳的擴散速度也與保護層的厚度密切相關。一般來說，保護層越厚，鋼鐵表面免于侵蝕的時間越長,鋼筋腐蝕的速率越慢,也就更耐用。因此，增加混凝土保護層的厚度有助于提高混凝土結構的耐久性。

4.2 優(yōu)化原材料選擇

首選高性能鋼，該鋼結構具有良好的可焊性和耐蝕性。用環(huán)氧樹脂包覆鋼絞線和鋼筋，可以使其免于腐蝕。選用高性能混凝土，同時在路面使用環(huán)氧瀝青混凝土，可以增加強度、耐磨性和密實度。根據(jù)當前工程實踐情況預測，耐堿玻璃纖維將是未來纖維增強瀝青混凝土應用最為廣泛的一種纖維材料。由于當瀝青與水接觸后會立即產(chǎn)生水化反應，并在反應發(fā)生初期，混凝土的pH值會迅速升高,由于這一特性的存在，對纖維的耐堿性提出了特殊要求，以助于其抵抗堿度環(huán)境[4]。

4.3 注重結構和構件選型

盡可能的使用箱形截面，提高結構的整體剛度，減少疲勞振動。嘗試一個全預應力結構，對主橋結構的垂直和水平構件施加預應力，防止結構性裂縫。構件斷面設計中，鋼筋間距應適當加強振動的混凝土骨料粒度分布、密度和強度，混凝土棱角的外觀斷面也應適當增加密度和強度。在橋梁結構上應設置一個防滲透、抗剪切和拉伸的防水層。防水涂層與瀝青混凝土鋪裝層兩者之間的附著力不應小于瀝青混凝土路面和鋼筋混凝土橋之間的附著力。此外，在橋面鋪裝的頂面，尤其是連續(xù)梁的負彎矩截面，應該設置防水層。為了避免梁內(nèi)的水滲透，排水設計應在伸縮縫的設計細節(jié)進行加強。

5 結語

通過上文的論述，我們可以知道市政道路和橋梁設計不僅是經(jīng)濟發(fā)展的一個組成部分，同時也要考慮許多質(zhì)量方面的因素。其中，耐久性和安全性是其核心內(nèi)容，此外要盡可能避免城鄉(xiāng)道路規(guī)劃的高密度。本文對市政道路和橋梁設計的耐久性和安全性進行簡要分析，旨在促進道路和橋梁建設的科學化。橋梁結構設計的問題主要集中在缺乏完善性，從而耐久性也受到制約。為此，在今后的設計施工過程中，首先要確保橋梁設計有足夠的安全性結構技術驗證。系統(tǒng)化的技術復核，是確保建設質(zhì)量的重要內(nèi)容。其次，設計人員要根據(jù)實際情況做出適當調(diào)整，以確保道路和橋梁的質(zhì)量，提高橋梁結構的耐久性和安全性。

[1]馬軍海.基于全壽命的橋梁設計過程及其在混凝土連續(xù)梁橋中的應用[D].同濟大學,2010(8)：1-3.

[2]馬軍海.基于全壽命的橋梁設計過程及其在混凝土連續(xù)梁橋中的應用[D].同濟大學 ,2011(12):44-46.

[3]陳生年.簡支變連續(xù)自應力法加固舊橋的數(shù)值分析研究[D].大連理工大學 ,2010(9)：161-164.

[4]何恭茂.對住宅建筑給排水設計的分析[J].廣東科技，2009(2)：11-18．