公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性及橋梁耐久性的綜合研究

羅 錚

（湖南省交通科學(xué)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

從上世紀(jì)末期，我國(guó)的公路橋梁設(shè)計(jì)方法和理念都發(fā)生了變化，在中西方的科學(xué)技術(shù)交流下，我國(guó)的公路橋梁設(shè)計(jì)工程建設(shè)進(jìn)入了快速發(fā)展期。此階段，我國(guó)的路橋工程的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量不斷擴(kuò)大，隨著公路橋梁的科學(xué)運(yùn)營(yíng)，橋梁的設(shè)計(jì)數(shù)量越來(lái)越多，我國(guó)的交通事業(yè)發(fā)展一路向前。在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，建筑工程產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力加強(qiáng)，工程經(jīng)濟(jì)性要求越來(lái)越高，人們的生活水平提高，車輛通行率變大。這些因素加重了橋梁設(shè)計(jì)的難度，加速了公路橋梁老化，對(duì)其安全性、耐久性提出了極大的挑戰(zhàn)。對(duì)此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要采用科學(xué)有效的措施，積極解決可能面臨的問(wèn)題，進(jìn)而保證公路橋梁的綜合建設(shè)價(jià)值和目標(biāo)。

1.我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的安全性、耐久性問(wèn)題的原因分析

1.1 設(shè)計(jì)理論存在缺陷

目前，公路橋梁的設(shè)計(jì)理論依舊是基于靜態(tài)化設(shè)計(jì)，橋梁設(shè)計(jì)中欠缺對(duì)工程材料的動(dòng)態(tài)物理性能、結(jié)構(gòu)變化的分析，僅僅將重點(diǎn)放在了路橋工程完工后的性能參數(shù)上，缺乏結(jié)構(gòu)分析，過(guò)于注重建造成本，沒(méi)有考慮到后期運(yùn)維的風(fēng)險(xiǎn)因素。

1.2 設(shè)計(jì)理念落后

在我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的帶動(dòng)下，我國(guó)的公路橋梁工程建設(shè)水平也在不斷提升，現(xiàn)有的公路橋梁的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)技術(shù)以及設(shè)計(jì)環(huán)境也在逐步完善，但在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的影響下，我國(guó)的很多設(shè)計(jì)單位對(duì)信息設(shè)計(jì)理念的認(rèn)識(shí)不明確，如設(shè)計(jì)流程還需要進(jìn)一步優(yōu)化，現(xiàn)有的公路橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有所欠缺，在實(shí)際公路橋梁的整體性設(shè)計(jì)中，沒(méi)有綜合考慮安全系數(shù)等因素，導(dǎo)致橋梁的整體耐久性不足，而設(shè)計(jì)優(yōu)化意識(shí)也有所欠缺，整個(gè)橋梁體系的穩(wěn)定性和應(yīng)力系統(tǒng)都沒(méi)有及時(shí)更新。

1.3 設(shè)計(jì)方案缺乏針對(duì)性

設(shè)計(jì)師在進(jìn)行公路橋梁工程設(shè)計(jì)時(shí)，要確定一種經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面都綜合合理的設(shè)計(jì)方案，并按照國(guó)家的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和要求來(lái)保障橋梁工程的安全性和穩(wěn)定性。從我國(guó)現(xiàn)有的橋梁工程設(shè)計(jì)方案開(kāi)展來(lái)看，我國(guó)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面多考慮了橋梁的整體性能，沒(méi)有分析建筑結(jié)構(gòu)、建筑材料以及建筑結(jié)構(gòu)的耐久性和后期橋梁投產(chǎn)的變化。這些人為因素以及不可抗因素對(duì)公路橋梁的質(zhì)量有直接威脅。例如在實(shí)際的橋梁設(shè)計(jì)中，一些設(shè)計(jì)人員僅僅是繪制了橋梁結(jié)構(gòu)表面地圖，沒(méi)有統(tǒng)一不同組件的混凝土保護(hù)層，施工人員因此也看到該漏洞，在后期施工中偷工減料，最后出現(xiàn)表面混凝土結(jié)構(gòu)厚度差異性大的問(wèn)題，而在橋梁投產(chǎn)后也可能因?yàn)閴毫Σ痪鶆驅(qū)е聵蛎媪芽p，直接威脅公路橋梁的安全性和耐久性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致橋梁坍塌。

1.4 沒(méi)有嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

公路橋梁涉及國(guó)家的民生經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，對(duì)群眾的人身安全有直接影響。因此，我國(guó)針對(duì)公路橋梁的設(shè)計(jì)提出了多種規(guī)范要求，并從建筑工程法律法規(guī)角度予以約束。考慮到新舊政策、國(guó)家和地方政策的矛盾，很多設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)往往多借鑒以往成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，忽略了現(xiàn)實(shí)施工的環(huán)境影響，導(dǎo)致設(shè)計(jì)規(guī)范利用不充分，出現(xiàn)了很多施工隱患。目前，我國(guó)公路橋梁建設(shè)環(huán)境十分復(fù)雜多變，受到經(jīng)驗(yàn)影響和技術(shù)限制，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際操作中沒(méi)有完全參考設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)容和要求，一些設(shè)計(jì)人員的主觀意識(shí)強(qiáng)，完全按照自己的意愿設(shè)計(jì)，導(dǎo)致后期的設(shè)計(jì)成品出現(xiàn)安全性和耐久性方面的問(wèn)題。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中要對(duì)工程實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)分析，積極改善現(xiàn)有的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中的不合理之處，以此來(lái)提升橋梁的安全性和耐久性。

2.增強(qiáng)公路橋梁設(shè)計(jì)安全性和耐久性的措施建議

目前，公路橋梁設(shè)計(jì)中安全性和耐久性方面存在的問(wèn)題主要有設(shè)計(jì)理念較為落后、設(shè)計(jì)理論不夠完善、設(shè)計(jì)方案不合理三個(gè)方面。為了提升公路橋梁的設(shè)計(jì)安全性和耐久性，提升設(shè)計(jì)的質(zhì)量，建議設(shè)計(jì)人員要多借鑒已有的設(shè)計(jì)方案亮點(diǎn)、特色以及優(yōu)化點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)的規(guī)范要求和當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢们闆r，做好綜合、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的分析，綜合考慮耐久性和安全的影響，最終保證公路橋梁設(shè)計(jì)方案滿足國(guó)家的正式建設(shè)需求。

2.1 做好設(shè)計(jì)前期的準(zhǔn)備工作

公路橋梁的設(shè)計(jì)人員要了解公路前期設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定和要求，可以通過(guò)加強(qiáng)公路橋梁設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作，提高公路橋梁設(shè)計(jì)的壽命意識(shí)，重視公路橋梁的疲勞損傷以及充分考慮公路橋梁超載現(xiàn)象等措施來(lái)提高公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性、耐久性。首先，要重視前期工作的各項(xiàng)細(xì)節(jié)，選擇具有專業(yè)能力和資質(zhì)的人員、機(jī)構(gòu)對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行深入分析，積極了解當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)情況，充分掌握區(qū)域的環(huán)境，如了解地下水、區(qū)域環(huán)境的氣候規(guī)律，并針對(duì)公路橋梁的后續(xù)保養(yǎng)工作和風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中深入研究、鉆研和考慮；其次，結(jié)合現(xiàn)有的問(wèn)題設(shè)計(jì)出整體的解決方法和措施，最大限度地改善橋梁設(shè)計(jì)的方法，保證設(shè)計(jì)的安全性和耐久性。

2.2 考慮橋梁的施工隱患

設(shè)計(jì)人員要考慮公路橋梁項(xiàng)目在后期投產(chǎn)后和周圍環(huán)境發(fā)生的反應(yīng)，如公路橋梁運(yùn)營(yíng)中可能會(huì)遭受到周圍的有害物質(zhì)侵蝕以及氣候溫度變化的影響，如車輛的行駛超載對(duì)整個(gè)橋面的沖擊影響；自然災(zāi)害如雨雪風(fēng)霜、地震、泥石流等因素對(duì)橋梁的影響。這些因素都會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生共振問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致橋梁內(nèi)部出現(xiàn)疲勞損傷，影響橋梁的整體質(zhì)量，造成嚴(yán)重的安全隱患。

目前，橋梁的內(nèi)部損傷問(wèn)題直接表現(xiàn)為面層的裂隙，若及時(shí)控制還能夠予以修補(bǔ)，降低對(duì)整個(gè)橋梁的結(jié)構(gòu)影響。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)可以做好風(fēng)險(xiǎn)分析，及時(shí)判斷橋梁的損傷、疲勞情況，選用科學(xué)的材料，運(yùn)用特殊的結(jié)構(gòu)形式對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行控制，降低這一問(wèn)題的發(fā)生概率。

值得注意的是，橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，橋梁的構(gòu)件損傷問(wèn)題也十分常見(jiàn)，如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的梁結(jié)構(gòu)、柱結(jié)構(gòu)容易受到環(huán)境的影響，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)分析混凝土結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，預(yù)防結(jié)構(gòu)風(fēng)化、受腐蝕，并選擇科學(xué)的處理措施，規(guī)避工程風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 做好荷載分析設(shè)計(jì)

公路橋梁設(shè)計(jì)中，荷載問(wèn)題十分重要，若超荷載，橋梁的耐久性和穩(wěn)定性都會(huì)降低，橋梁的結(jié)構(gòu)也會(huì)受損。從現(xiàn)有的超載問(wèn)題來(lái)看，目前公路橋梁的超載分為三種情況：第一種是公路橋梁的運(yùn)營(yíng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；第二種是實(shí)際投產(chǎn)運(yùn)輸現(xiàn)狀已經(jīng)超過(guò)了設(shè)計(jì)的車流量；第三種是車輛頻繁超載的問(wèn)題。

在長(zhǎng)期的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下，公路橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)積累應(yīng)力，長(zhǎng)此以往造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性損傷，甚至無(wú)法進(jìn)行修復(fù)工作，為后期的行車造成直接危害。此外，在后期的橋梁運(yùn)營(yíng)通車環(huán)境中，車輛的荷載量都能夠被科學(xué)控制，且不存在超載的問(wèn)題，在外界的環(huán)境影響下，橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布也會(huì)出現(xiàn)一些明顯的變化，最終對(duì)公路橋梁的安全性、耐久性等造成影響，而在外部頻繁、集中的荷載影響下，公路橋梁的內(nèi)部零部件的彎矩、強(qiáng)度也在減少，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的形變或者裂隙，直接影響了公路橋梁的穩(wěn)定性和耐久性。對(duì)此，相關(guān)單位要積極關(guān)注公路橋梁頻繁出現(xiàn)的超載問(wèn)題，科學(xué)控制車流量，及時(shí)控制車輛違規(guī)超載問(wèn)題。

2.4 采用最新的公路橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)

建議相關(guān)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行公路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，深入分析和研究橋梁設(shè)計(jì)安全性和耐久性相關(guān)技術(shù)，積極按照國(guó)家的工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，確定公路橋梁的安全性和耐久性參數(shù)，明確施工工藝技術(shù)的具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容，并對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)整體性進(jìn)行分析，進(jìn)而科學(xué)控制各材料的配置、選用，最終對(duì)公路橋梁的安全性和耐久性進(jìn)行深入研究，為后期的實(shí)際設(shè)計(jì)工作提供有利的基礎(chǔ)。

2.5 做好參數(shù)設(shè)定和材料選取

公路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要考慮建筑材料的性能和建筑結(jié)構(gòu)的耐久性關(guān)鍵技術(shù)。因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期負(fù)荷下會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件開(kāi)裂，內(nèi)部彎矩應(yīng)力明顯，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中要注意建筑材料的特殊性，避免混凝土發(fā)生開(kāi)裂，或者做好預(yù)防措施，保證混凝土開(kāi)裂后具有一定的性能，能夠配合后期的修補(bǔ)工作，保證其質(zhì)量；此外，結(jié)合相關(guān)的規(guī)范要求確定公路橋梁的施工技術(shù)和工藝，保證材料、機(jī)械、人力資源配合到位，發(fā)揮材料的最大性能，也要預(yù)防偷工減料行為，保證施工符合設(shè)計(jì)要求；最后是控制混凝土構(gòu)件的整體性，公路橋梁施工中的一些構(gòu)件是采用預(yù)制的方法，設(shè)計(jì)人員要做好設(shè)計(jì)計(jì)算和分析，保證預(yù)制構(gòu)件和整個(gè)橋梁連接穩(wěn)固，體現(xiàn)出整體性、安全性和穩(wěn)定性。

3.結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)公路橋梁設(shè)計(jì)安全性、耐久性進(jìn)行了綜合研究，得知公路橋梁設(shè)計(jì)對(duì)我國(guó)的交通事業(yè)發(fā)展和建設(shè)有著重要的推動(dòng)意義，其安全性、耐久性決定了工程建設(shè)的整體質(zhì)量。為了加強(qiáng)工程產(chǎn)品管控，從根源上做好控制管理，公路橋梁設(shè)計(jì)單位要做好安全性、耐久性管理，采用科學(xué)有效的措施實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)管控，最終提升公路橋梁項(xiàng)目施工的整體質(zhì)量。