公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性分析

卜春鋒

（平頂山市公路交通勘察設(shè)計(jì)，河南 平頂山467000）

1 引言

公路橋梁是關(guān)乎到交通建設(shè)的關(guān)鍵部分，衡量公路橋梁設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要指標(biāo)是安全性和耐久性[1]。本文將分析公路橋梁設(shè)計(jì)中的不足，然后研究改善安全性和耐久性的措施，為提升工程建設(shè)的水平做出一定的貢獻(xiàn)。

2 公路橋梁設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

2.1 缺乏完善的設(shè)計(jì)理論體系和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系

公路橋梁的設(shè)計(jì)是需要設(shè)計(jì)理論體系和構(gòu)造體系作為支撐的，雖然我國(guó)已有相關(guān)的體系，但是相關(guān)的資料和規(guī)范都不夠完善，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)中存在很大的模糊性，缺少硬性指標(biāo)的規(guī)范。如在設(shè)計(jì)的過(guò)程中安全強(qiáng)度的規(guī)范細(xì)節(jié)較為充分，但是結(jié)構(gòu)耐久性、結(jié)構(gòu)整體性、材料性能體系和結(jié)構(gòu)維護(hù)體系等設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容都比較缺乏，導(dǎo)致施工建造方在施工過(guò)程中故意忽略相關(guān)的指標(biāo)，降低工程標(biāo)準(zhǔn)，使用劣質(zhì)的材料等，造成了公路橋梁設(shè)計(jì)中的各種安全隱患，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)安全事故［2］。目前我國(guó)的公路橋梁設(shè)計(jì)理論體系和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系主要是借鑒國(guó)外的資料，但結(jié)合本國(guó)國(guó)情進(jìn)行調(diào)整的成分不多，適應(yīng)性差，也是一個(gè)主要的原因。

2.2 市場(chǎng)化的發(fā)展還不成熟

公路橋梁的建設(shè)要經(jīng)過(guò)政府部門(mén)的制定計(jì)劃，雖然此類(lèi)工程建設(shè)規(guī)模大、數(shù)量多、速度快，但很多是受行政的影響，政府為了業(yè)績(jī)匆忙上馬，沒(méi)有經(jīng)過(guò)謹(jǐn)慎的調(diào)研和信息收集。受行政的影響，設(shè)計(jì)人員加快了公路橋梁的設(shè)計(jì)工作，許多細(xì)節(jié)來(lái)不及關(guān)注，往往某地的公路橋梁設(shè)計(jì)圖紙還沒(méi)完成，政府部門(mén)為了趕進(jìn)度，已經(jīng)安排了招標(biāo)的事項(xiàng)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖紙未能經(jīng)過(guò)充分的審核修正，存在各種隱患。在我國(guó)，基礎(chǔ)設(shè)施類(lèi)的建設(shè)和政府的業(yè)績(jī)是直接掛鉤的，人為因素的干擾削弱了市場(chǎng)的作用，很大程度上降低了公路橋梁的安全性和耐久性，此類(lèi)問(wèn)題廣泛存在。

2.3 設(shè)計(jì)人員的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)不足

設(shè)計(jì)人員的專(zhuān)業(yè)水平是直接影響工程的安全性與耐久性的，我國(guó)此方面專(zhuān)業(yè)人員的素養(yǎng)參差不齊，在理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)方面都比較缺乏。設(shè)計(jì)人員的責(zé)任意識(shí)、安全意識(shí)不強(qiáng)。此外，設(shè)計(jì)工作是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而更新的，如運(yùn)用到計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、仿真技術(shù)、三維建模技術(shù)、失效分析技術(shù)等，這對(duì)設(shè)計(jì)人員的專(zhuān)業(yè)能力提出了很高的要求，需要他們不斷的學(xué)習(xí)深造，但是許多設(shè)計(jì)人員適應(yīng)不了新的技術(shù)，也就無(wú)從提升設(shè)計(jì)的質(zhì)量［3］。

2.4 設(shè)計(jì)審核過(guò)程不嚴(yán)

公路橋梁的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)性的工作，其中關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)就是審核，審核的內(nèi)容包括材料性能、安全系數(shù)、失效強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性等多個(gè)方面，都需要有明確的指標(biāo)來(lái)與之對(duì)應(yīng)，并要經(jīng)過(guò)討論校核，對(duì)存在問(wèn)題的地方發(fā)回修改，但實(shí)際的設(shè)計(jì)審核過(guò)程卻沒(méi)有做到規(guī)范，把控也不夠嚴(yán)格，有的甚至發(fā)現(xiàn)問(wèn)題也不及時(shí)反映［4-5］。審核是獨(dú)立于設(shè)計(jì)工作的，但是在實(shí)際的公路橋梁設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)與審核往往是同班人馬，沒(méi)有經(jīng)過(guò)獨(dú)立的部門(mén)或機(jī)構(gòu)來(lái)論證，這就導(dǎo)致隱性問(wèn)題難以被發(fā)掘，降低了設(shè)計(jì)的安全性和耐久性。

2.5 工程設(shè)計(jì)與施工管理不銜接

我國(guó)的公路橋梁工程建設(shè)的速度雖然快，規(guī)模也很大，但是事故頻發(fā)，已建成的公路橋梁經(jīng)常出現(xiàn)破壞和坍塌，造成了極其惡劣的影響。出現(xiàn)這些問(wèn)題的主要因素，是施工建設(shè)管理和設(shè)計(jì)要求不吻合［6］。工程設(shè)計(jì)與施工管理沒(méi)有很好的銜接，導(dǎo)致設(shè)計(jì)不能貫徹下去，承包商鉆空子，偷工減料、降低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，如選用劣質(zhì)水泥，混凝土配合比例沒(méi)有嚴(yán)格控制，搗振不充分均勻等。工程建設(shè)受多種因素的影響，如惡劣天氣，復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，附近的居民生活等，工程設(shè)計(jì)沒(méi)有將這些因素考慮進(jìn)去，必然會(huì)導(dǎo)致施工管理中遇到各種阻礙，影響施工的整體質(zhì)量。歸根結(jié)底，還是工程設(shè)計(jì)與施工管理之間存在問(wèn)題，不能無(wú)縫銜接，導(dǎo)致實(shí)際工程存在漏洞，質(zhì)量控制達(dá)不到要求，進(jìn)而引發(fā)安全問(wèn)題［7-8］。

2.6 對(duì)設(shè)計(jì)的安全性與耐久性的意識(shí)不到位

公路橋梁的設(shè)計(jì)往往注重整體的方案，對(duì)某些專(zhuān)項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)注偏少，如對(duì)安全性與耐久性的關(guān)注不多，缺乏這些方面的嚴(yán)謹(jǐn)性。業(yè)主或施工單位在評(píng)估設(shè)計(jì)的整體效果時(shí)，為了趕進(jìn)度或者是簡(jiǎn)化某些問(wèn)題，會(huì)有意的忽略安全性與耐久性方面的內(nèi)容。一個(gè)方面是因?yàn)榘踩耘c耐久性的計(jì)算較為繁瑣，要根據(jù)實(shí)地的情況加以分析，比較復(fù)雜，工作量大。另一個(gè)方面是安全性與耐久性不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)體現(xiàn)出來(lái)，沒(méi)有直觀的感受，一般是在工程投入運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間之后，才有對(duì)比，這就導(dǎo)致了設(shè)計(jì)人員對(duì)安全性和耐久性認(rèn)識(shí)的不足，意識(shí)當(dāng)中就不夠重視，并且這已經(jīng)成為了一個(gè)普遍的現(xiàn)象。

3 提升公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性措施

3.1 加深對(duì)公路橋梁安全性和耐久性的理解

我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，關(guān)注的要素比較單一，大多是重視載荷強(qiáng)度，但對(duì)于使用壽命方面的需求較少關(guān)注。一般高速公路和橋梁的設(shè)計(jì)壽命要達(dá)到100年或150年，但實(shí)際情況是，這些要求并沒(méi)有得到可靠的保證，也沒(méi)有經(jīng)過(guò)大量的模擬驗(yàn)證試驗(yàn)，因而要加深安全性和耐久性的理解，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、管理等方面綜合考量。目前對(duì)于公路橋梁耐久性的研究主要是從材料和統(tǒng)計(jì)分析方面著手，對(duì)設(shè)計(jì)角度和構(gòu)造方面的研究少，關(guān)注定性分析，缺乏定量分析。因而需要將路橋的耐久性設(shè)計(jì)作為硬性指標(biāo)，從定性分析向定量分析的方向轉(zhuǎn)變，對(duì)構(gòu)造的布局和細(xì)節(jié)進(jìn)行論證，便于檢查和維護(hù)，盡量保證安全和耐久性，提升路橋的經(jīng)濟(jì)效益［9］。

3.2 重視公路橋梁設(shè)計(jì)疲勞損傷方面的內(nèi)容

公路橋梁工作的環(huán)境復(fù)雜，承載著各種變載荷，如車(chē)輛載荷、風(fēng)荷載等，這些復(fù)雜的應(yīng)力會(huì)造成公路橋梁不同程度的振動(dòng)，最終導(dǎo)致疲勞損傷。隨著時(shí)間的推移，疲勞損傷的面積會(huì)擴(kuò)大，從微觀的損傷轉(zhuǎn)化成宏觀的裂縫破損，如果不采取有效的控制措施，則裂縫還會(huì)蔓延，導(dǎo)致安全問(wèn)題。疲勞損傷方面的內(nèi)容是漸變的，短時(shí)間內(nèi)很難被關(guān)注到，但損失一旦造成，將是難以挽回的。公路橋梁的疲勞損傷被認(rèn)為是設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的問(wèn)題之一，影響到整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，而疲勞損傷不只是關(guān)注整體的結(jié)構(gòu)，許多問(wèn)題來(lái)源于微小的部件，最常見(jiàn)的就是拉索錨固端的疲勞損害。因而要重視公路橋梁設(shè)計(jì)中的疲勞損傷，從構(gòu)件、連接件、鋼筋部分、混凝土的應(yīng)力極限等逐項(xiàng)分析，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要驗(yàn)證這些部分受到循環(huán)變應(yīng)力作用下的性能，關(guān)注微觀上的技術(shù)指標(biāo)，避免疲勞損傷的擴(kuò)大。

3.3 重視公路橋梁的超載問(wèn)題

公路橋梁的超載問(wèn)題在我國(guó)非常普遍，給路橋帶來(lái)了很大的負(fù)擔(dān)，加速了路橋的老化速度，超載一般有三種形式，車(chē)輛本身超載運(yùn)行、車(chē)輛通過(guò)量超出設(shè)計(jì)的極限、路橋超出了使用年限。公路橋梁超載很容易導(dǎo)致路橋出現(xiàn)疲勞損傷，隨著循環(huán)變載荷的作用，路橋所承受的疲勞應(yīng)力加劇，導(dǎo)致嚴(yán)重的損傷。另一方面，由于超載問(wèn)題導(dǎo)致公路橋梁內(nèi)部構(gòu)建的變化損傷是不可逆的，路橋即使恢復(fù)到正常的運(yùn)營(yíng)水平，仍然屬于帶病運(yùn)行，最終導(dǎo)致安全性和耐久性降低。即使在工程建設(shè)階段，各項(xiàng)指標(biāo)都符合要求，但超載導(dǎo)致疲勞損傷，破壞一旦存在，如出現(xiàn)裂縫，就降低了路橋的剛度和安全性，使用壽命必然下降，這些變形還會(huì)逐步擴(kuò)大，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生永久性的破壞。因而，公路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)需要關(guān)注超載問(wèn)題，如車(chē)流量、車(chē)載重量、路橋的使用年限等，確保不會(huì)出現(xiàn)超載。

3.4 完善公路橋梁設(shè)計(jì)理論體系和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系

目前路橋設(shè)計(jì)理論體系和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不夠完善，不能為路橋設(shè)計(jì)提供明確的參考，導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)容易出現(xiàn)各種問(wèn)題，因而要完善設(shè)計(jì)理論體系和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系，可以從幾個(gè)方面著手：其一，進(jìn)行設(shè)計(jì)理論體系和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系評(píng)估，尤其是針對(duì)其中的不足之處要著手改善，如強(qiáng)度計(jì)算公式、失效應(yīng)力、安全系數(shù)等方面的內(nèi)容，確保設(shè)計(jì)理論體系和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系的計(jì)算準(zhǔn)確，盡量接近實(shí)際的工程情況。其二，路橋結(jié)構(gòu)中的延性、整體性和冗余性存在明顯的不足，工程設(shè)計(jì)時(shí)容易忽略這些方面的內(nèi)容，這就導(dǎo)致工程投入使用后沒(méi)有足夠的余量，一旦出現(xiàn)超出設(shè)計(jì)指標(biāo)的狀況，就很可能出現(xiàn)問(wèn)題，因而在完善公路橋梁設(shè)計(jì)理論體系和結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到延性、整體性和冗余性，留有一定的裕度，即使某些變形或應(yīng)力過(guò)大，也不會(huì)產(chǎn)生影響。其三，路橋設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)指標(biāo)十分關(guān)鍵，如混凝土的牌號(hào)、材料性能、配比，成型后的應(yīng)力極限等都需要細(xì)化，并制定嚴(yán)格的設(shè)計(jì)體系進(jìn)行規(guī)范，這些指標(biāo)關(guān)系到路橋的承載能力，十分關(guān)鍵［10］。其四，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造的類(lèi)型，從微觀到宏觀都進(jìn)行規(guī)定，如鋼筋件、構(gòu)件和連接件等，確保變形和應(yīng)力在可控的范圍，不會(huì)出現(xiàn)疲勞損傷。

3.5 制定公路橋梁設(shè)計(jì)人員的培養(yǎng)計(jì)劃

我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)人才比較匱乏，并且整體的水平參差不齊，設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)有待提升。設(shè)計(jì)人才是確保工程質(zhì)量的決定性的力量，設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)不過(guò)硬，會(huì)直接影響到工程的安全性和耐久性。實(shí)際工程中，設(shè)計(jì)人員普遍忽視路橋的耐久性設(shè)計(jì)，而比較注重強(qiáng)度的校核，因而，要確保設(shè)計(jì)的整體性和科學(xué)性，就必須提高人員的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，可以從理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)兩個(gè)方面著手。理論知識(shí)方面的提高：組織設(shè)計(jì)人員參加專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，如聘請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人員授課，鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員繼續(xù)深造，豐富設(shè)計(jì)人員的理論知識(shí)?？茖W(xué)技術(shù)日新月異，公路橋梁方面的設(shè)計(jì)理論也在不斷的更新，設(shè)計(jì)人員必須緊跟時(shí)代的步伐，不斷的提升自我，才能掌握最先進(jìn)的理論，為設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面的提升，公路橋梁的設(shè)計(jì)本身就可以看作一次“培訓(xùn)”，設(shè)計(jì)人員在工作中能不斷的提升，可以制定人才梯隊(duì)的培養(yǎng)計(jì)劃，以經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員擔(dān)綱設(shè)計(jì)，年輕的設(shè)計(jì)人員作為助手，形成良性的循環(huán)，在實(shí)際的業(yè)務(wù)中，提升人才的實(shí)踐能力。

3.6 設(shè)計(jì)審核程序的完善

公路橋梁的設(shè)計(jì)關(guān)乎到國(guó)計(jì)民生，不能有絲毫的閃失，這類(lèi)工程一旦出現(xiàn)安全問(wèn)題，造成的損失將是巨大的，在社會(huì)上也會(huì)帶來(lái)惡劣的影響，因而設(shè)計(jì)擬定之后，還要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的審核，審核程序是確保審核獨(dú)立、客觀的保障，因而必須完善審核程序。審核要堅(jiān)持幾個(gè)方面的原則：其一，設(shè)計(jì)人員本身不參加審核，這樣可以盡量排除技術(shù)死角，將隱性問(wèn)題挖掘出來(lái)。其二，審核要堅(jiān)持獨(dú)立性，不受其他因素的干擾，尤其是不受行政命令的干擾，審核人員要有公正客觀的態(tài)度，實(shí)事求是。其三，審核程序要記錄在案，并要參與的人員簽字，明確各自的責(zé)任，以免將來(lái)出現(xiàn)問(wèn)題相互推諉，這樣還能提升審核人員的工作積極性。其四，審核程序還要在監(jiān)督之下進(jìn)行，引入第三方的力量，如審核的結(jié)果要在社會(huì)上公布，接受民眾、記者和同行的監(jiān)督評(píng)估，這樣可以充分確保審核的公正性和客觀性。最后，賦予審核人員更多的權(quán)限，可以對(duì)存在隱患的設(shè)計(jì)進(jìn)行否決。

3.7 貫徹設(shè)計(jì)問(wèn)責(zé)制度

要提升路橋設(shè)計(jì)的安全性與耐久性，就必須貫徹問(wèn)責(zé)制度，明確各個(gè)部門(mén)或參與方的職責(zé)所在，設(shè)置安全性與耐久性的紅線，一旦出現(xiàn)問(wèn)題就要堅(jiān)決問(wèn)責(zé)，這樣可以提升參與人員的主動(dòng)性，杜絕各種隱性問(wèn)題。此外，在貫徹問(wèn)責(zé)制度時(shí)，要有明確的規(guī)章制度，確保其穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的公路橋梁工程是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，承擔(dān)著極其重要的任務(wù)，這些基礎(chǔ)設(shè)施推動(dòng)著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而路橋工程設(shè)計(jì)引導(dǎo)著路橋工程的建設(shè)，對(duì)安全性和耐久性起著關(guān)鍵的作用，但是我國(guó)的路橋設(shè)計(jì)存在各種不足，削弱了路橋工程的質(zhì)量，尤其是在安全性和耐久性方面存在問(wèn)題，制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，著手相關(guān)的研究十分必要。論文研究了路橋工程設(shè)計(jì)的弊端，并針對(duì)性的提出了改善應(yīng)對(duì)的措施，以期為提升我國(guó)路橋工程貢獻(xiàn)一份力量。

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