影響橋梁使用壽命因素分析與應(yīng)用對(duì)策研究

吳宇倫 萬嘉俊 楊璐遙 張紫潼 唐瑋瑋

（長(zhǎng)沙雅禮中學(xué)高三11330066班，湖南 長(zhǎng)沙 41100002211）

近三十年來，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，我國(guó)進(jìn)行了大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，特別在交通建設(shè)方面修建了大量的高速公路、高速鐵路和城市道路，橋梁建設(shè)工程是交通建設(shè)過程的重要組成部分［1-3］。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近三十年來我國(guó)建成的橋梁已達(dá)50萬座以上，并且可以預(yù)見在未來相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)我國(guó)仍將處于橋梁建設(shè)的高峰時(shí)期［4，5］。目前國(guó)內(nèi)外的橋梁工程的設(shè)計(jì)使用年限一般都為100年左右，而在實(shí)際生產(chǎn)生活中，大多數(shù)橋工程項(xiàng)目的橋梁使用壽命小于設(shè)計(jì)壽命年限的要求。據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，中國(guó)只有40%的橋梁使用壽命為25年以上；美國(guó)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)平均壽命為75年的橋梁實(shí)際使用壽命平均為40年左右；德國(guó)對(duì)部分砼橋梁的統(tǒng)計(jì)也表明，使用年限25年以上的橋梁46%都存在一定的損傷［6］。

橋梁的使用壽命對(duì)人們的生產(chǎn)生活和生命安全有非常大的影響，不僅人民群眾高度關(guān)心重視，政府和有關(guān)部門也高度重視。所以對(duì)影響橋梁使用壽命因素展開研究具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文將系統(tǒng)深入分析影響橋梁使用壽命的各種因素，提出相應(yīng)對(duì)策，從根本上提高橋梁的使用壽命。希望最終能為橋梁管理部門提供相關(guān)理論支持。

1 影響橋梁使用壽命因素分析

大量文獻(xiàn)顯示影響橋梁使用壽命的主要包括：設(shè)計(jì)因素、材料因素、施工因素、維修和養(yǎng)護(hù)因素、車輛通行量和其他因素。

1.1 設(shè)計(jì)因素

橋梁壽命在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)有大體的設(shè)定，設(shè)計(jì)者在開始就要大致估計(jì)橋梁的使用壽命，還有設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)考慮的因素是否全面將會(huì)直接影響日后橋梁在面對(duì)各種因素的能力。并且近年來，世界各國(guó)普遍認(rèn)識(shí)到，橋梁使用性能差、耐久性低、服務(wù)壽命短、全壽命經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)差等問題（與人們最初的設(shè)計(jì)和規(guī)劃預(yù)期有很大差異）已經(jīng)嚴(yán)重影響了其正常服務(wù)功能的發(fā)揮，并且給養(yǎng)護(hù)、維修等后期運(yùn)營(yíng)管理工作帶來難以承受的巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)負(fù)擔(dān)，也使橋梁的建設(shè)管理面臨著極大的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過長(zhǎng)期的探索，人們認(rèn)識(shí)到除了設(shè)計(jì)合理、施工得當(dāng)、維護(hù)及時(shí)外，要從根本上解決以上問題還需要改變橋梁建設(shè)管理的一些理念和習(xí)慣做法。實(shí)際上，我國(guó)當(dāng)前橋梁建設(shè)中的某些慣例和辦法在很大程度上導(dǎo)致或加劇了橋梁使用壽命短、耐久性差的問題。相關(guān)的典型問題包括：①在橋梁規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比選時(shí)，只注重建設(shè)初期（包括設(shè)計(jì)與施工）的成本，而忽視橋梁從規(guī)劃、建設(shè)到運(yùn)營(yíng)、破壞整個(gè)壽命周期的總成本。而合理的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)為使橋梁的建造與在整個(gè)使用期內(nèi)檢查、養(yǎng)護(hù)及維修費(fèi)用之和達(dá)到最低。各國(guó)橋梁使用實(shí)踐證明，如果片面追求較低的建造費(fèi)用而忽視了對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的改善，不僅影響結(jié)構(gòu)的安全、減少結(jié)構(gòu)使用壽命，同時(shí)投入的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用將十分可觀，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過建造中節(jié)省的費(fèi)用。②國(guó)內(nèi)橋梁工程招投標(biāo)中經(jīng)常是報(bào)價(jià)越低，得分越高，中標(biāo)的希望越大。由于公路橋梁建設(shè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，導(dǎo)致一些工程報(bào)價(jià)被壓得過低，施工企業(yè)的合理利潤(rùn)得不到保證。這在客觀上助長(zhǎng)了橋梁建設(shè)中層層分包這種不良運(yùn)作方式的存在。工程的實(shí)際建設(shè)者往往是資質(zhì)差、技術(shù)力量薄弱、管理松散的隊(duì)伍，這將對(duì)橋梁的建設(shè)質(zhì)量十分不利。③還有一些工程（如一些政績(jī)工程、獻(xiàn)禮工程），因?yàn)榉N種原因過分縮短建設(shè)周期，一味追求施工速度，難免出現(xiàn)違背科學(xué)規(guī)律的做法，也在一定程度上增加了橋梁的病害，減少了橋梁的壽命。

1.2 材料因素

材料作為一個(gè)橋梁的直接組成者，能從根本上決定橋梁的質(zhì)量與壽命，所以材料本身質(zhì)量的好壞與材料的搭配就顯得格外的重要，但是現(xiàn)在的材料市場(chǎng)良莠不齊，材料以次充好的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這就導(dǎo)致的許多橋梁坍塌的悲劇發(fā)生，所以材料因素就成為人們最關(guān)心也是最熟知的因素。

1.3 施工因素

橋梁建設(shè)是按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)建造的一個(gè)過程，施工是橋梁建造中最為重要的一環(huán)，橋梁工程的施工工藝的不同也會(huì)給工程的質(zhì)量帶來不同的影響。在有了合格甚至是優(yōu)質(zhì)的材料后也一定能修建起一座牢固而耐久的橋梁，其中，很大的原因就是正要提到的施工因素。我們都知道施工是一個(gè)比較復(fù)雜又漫長(zhǎng)的過程，期間發(fā)生的任何一個(gè)小小的失誤就會(huì)影響到橋梁的壽命，千里之堤毀于蟻穴。橋梁的建設(shè)施工出現(xiàn)人為和非人為的原因影響橋梁工程的質(zhì)量。人為的情況是在施工中存在施工人員偷工減料以及不按照規(guī)范設(shè)計(jì)圖樣進(jìn)行設(shè)計(jì)施工、不按規(guī)范建設(shè)、施工等；在非人為因素中是指在遇到地震、火山爆發(fā)、泥石流、暴雨雪天氣等非人為情況下，很難避免但可以做到有效防止。

1.4 維修和養(yǎng)護(hù)因素

我們都知道用預(yù)應(yīng)力混凝土材料修建的各類橋梁在我國(guó)現(xiàn)役的橋梁中占絕大多數(shù)。但是由于各種原因，預(yù)應(yīng)力混凝土材料修建的橋梁在使用多年后，或多或少都會(huì)出現(xiàn)一些病害，特別是近幾年，地區(qū)交通流量增大以及車輛超重等現(xiàn)象的增多導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)較多的病害，這大大縮短了橋梁的壽命。因此，對(duì)產(chǎn)生病害的橋梁進(jìn)行必要的維修將對(duì)延長(zhǎng)橋梁壽命起到非常重要的作用。

1.5 車輛通行量

據(jù)統(tǒng)計(jì)，一座橋梁在其服役期內(nèi)由車輛產(chǎn)生的疲勞荷載次數(shù)大約超過1億次。若構(gòu)件內(nèi)力影響線短，則1個(gè)軸重就會(huì)是1次加載，在制定規(guī)范時(shí)，按照效應(yīng)相等原則，可以將復(fù)雜應(yīng)力循環(huán)轉(zhuǎn)換為單個(gè)循環(huán)的等代數(shù)來表達(dá)。

隨著橋梁車輛通行量的增加，相同的時(shí)間下橋梁疲勞荷載次數(shù)會(huì)越來越大。另一方面，車輛的增加可能會(huì)使橋梁產(chǎn)生擁堵的情況，而橋梁的擁堵也會(huì)降低橋梁的使用壽命。高速發(fā)展帶來便利的時(shí)候同時(shí)對(duì)橋梁的壽命也會(huì)產(chǎn)生影響，如果橋梁的使用壽命在下降而橋梁的設(shè)計(jì)使用年限保持不變或是增大，那么兩者的差距會(huì)越來越大。橋梁設(shè)計(jì)時(shí)的日通行量往往是按以往的水平設(shè)定的，對(duì)后期的發(fā)展考慮不足，所以當(dāng)橋梁長(zhǎng)期在超重荷載下運(yùn)營(yíng)時(shí)袁其使用壽命也將隨之減小，致使橋梁的使用壽命不能達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的要求。

1.6 其他因素

正常運(yùn)營(yíng)時(shí)段中，橋梁因自身因素和所處環(huán)境對(duì)橋梁使用壽命也會(huì)產(chǎn)生影響。例如，周邊溫度的冷熱原因會(huì)使橋梁本身表層混凝土出現(xiàn)裂縫，橋梁在承受自重以及橋面荷載的作用力會(huì)發(fā)生不均勻的沉降，橋梁水下的氯離子對(duì)鋼筋有銹蝕作用，在橋梁下橋墩因可能發(fā)生堿集料反應(yīng)從而使橋墩的體積增大等原因，都會(huì)對(duì)橋梁的使用壽命產(chǎn)生影響。

2 延長(zhǎng)橋梁使用壽命的應(yīng)用對(duì)策與措施

2.1 針對(duì)設(shè)計(jì)因素方面的對(duì)策與措施

我國(guó)正處于橋梁建設(shè)的高峰時(shí)期，大量的在役與待建橋梁都面臨著如何保證其全壽命期間的安全、耐久及維護(hù)管理的經(jīng)濟(jì)性問題。在橋梁設(shè)計(jì)的時(shí)候要綜合考慮橋梁成本、設(shè)計(jì)壽命和使用壽命的關(guān)系，建議在橋梁設(shè)計(jì)過程中采用全壽命經(jīng)濟(jì)分析（Total Life Cycle Cost Analyze，LCCA）等分析模型進(jìn)行分析。要及時(shí)修訂和更新橋梁各種設(shè)計(jì)，特別是隨著我國(guó)綜合實(shí)力的增長(zhǎng)，對(duì)以往橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中不適合的地方要及時(shí)地修訂、更新，而按早期橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范建造好的橋梁，維修時(shí)應(yīng)重新評(píng)估橋梁的剩余使用壽命。同時(shí)在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足技術(shù)先進(jìn)，安全可靠，持久耐用，經(jīng)濟(jì)合理的要求，也就是應(yīng)遵守安全，適用，經(jīng)濟(jì)和美觀的基本要求。

2.2 針對(duì)材料因素方面的對(duì)策與措施

材料方面的問題需要材料供應(yīng)商誠(chéng)信經(jīng)營(yíng)，按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)材料，材料的檢測(cè)公司或者檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，有關(guān)政府部門加強(qiáng)對(duì)不合格材料的打擊力度，建設(shè)方自己也要對(duì)材料進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)格檢測(cè)，嚴(yán)格把關(guān)，在材料上不能先讓橋梁就已經(jīng)埋下事故的種子。另外，在設(shè)計(jì)橋梁需要使用的材料時(shí)，工程師必須清醒承認(rèn)橋梁整體結(jié)構(gòu)的壽命和各部件的壽命是不等的，對(duì)那些自身壽命期低于橋梁設(shè)計(jì)壽命期的部件在構(gòu)造上保證可查、可修、可換、可加強(qiáng)，對(duì)橋梁在外因劇變情況下，橋梁的變形要在構(gòu)造上“可控”，才能夠在運(yùn)營(yíng)階段對(duì)橋梁進(jìn)行維修、加固等措施，從而保證橋梁的耐久性。

2.3 針對(duì)施工因素方面的對(duì)策與措施

首先施工前應(yīng)進(jìn)行招標(biāo)，找到一個(gè)有資質(zhì)的建筑公司，然后建筑公司應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行分析，檢查，與設(shè)計(jì)師進(jìn)行交流，充分理解設(shè)計(jì)師的意思，然后再開工。開工期間應(yīng)該首先考慮天氣因素，怎樣排除惡劣天氣對(duì)工程質(zhì)量的干擾，選擇較為適宜的天氣進(jìn)行施工，并且對(duì)施工工地實(shí)施相應(yīng)的保護(hù)措施。在橋梁最開始的步驟中，要耐心打牢橋梁的地基，并且建造牢固的橋墩，使其能承受較大的壓力。在混凝土的凝固過程中觀察是否出現(xiàn)空洞，不能讓其留下縫隙，這樣會(huì)大大降低橋梁的安全性。在施工過程中承包公司也不能因?yàn)橐估孀畲蠡?jiǎn)化用材，如少放置鋼架等，也要注意留出較為寬敞的維修通道，以方便日常的橋梁護(hù)理，保養(yǎng)，對(duì)橋梁的情況的檢測(cè)及日后可能的維修。第三方也要嚴(yán)格監(jiān)督施工的進(jìn)程與步驟，防止重大的疏漏或者事故的出現(xiàn)。

2.4 針對(duì)維修和養(yǎng)護(hù)因素方面的對(duì)策與措施

我們都知道用預(yù)應(yīng)力混凝土材料修建的各類橋梁在我國(guó)現(xiàn)役的橋梁中占絕大多數(shù)。但是由于各種原因，預(yù)應(yīng)力混凝土材料修建的橋梁在使用多年后，或多或少都會(huì)出現(xiàn)一些病害，特別是近幾年，地區(qū)交通流量增大以及車輛超重等現(xiàn)象的增多導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)較多的病害，這大大縮短了橋梁的壽命。因此，對(duì)產(chǎn)生病害的橋梁進(jìn)行必要的維修將對(duì)延長(zhǎng)橋梁壽命起到非常重要的作用。根據(jù)某一大橋的病害情況，對(duì)大橋的主要病害情況及成因進(jìn)行分析，然后根據(jù)病害的情況制定了詳細(xì)的維修方案。

2.5 針對(duì)車輛通行因素方面的對(duì)策與措施

首對(duì)對(duì)橋梁實(shí)際承受的荷載、交通流量、橫橋向多車道車流分布情況、該橋橫向分布系數(shù)、過橋車型（軸型）等因素的進(jìn)行研究分析，建立橋梁車輛荷載分布模型，模擬各種情況下橋梁荷載極限，再根據(jù)不同情況制定橋梁相應(yīng)的交通分流或管制措施。

3 結(jié)語

橋梁作為國(guó)家的一種基礎(chǔ)設(shè)施，分析和研究影響橋梁未能達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的原因，具有重要實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文系統(tǒng)分析影響橋梁壽命的因素，因素具體可以歸納為：設(shè)計(jì)因素、材料因素、施工因素、維護(hù)和養(yǎng)護(hù)因素、車輛通行因素和其他因素等，并針對(duì)各種因素提出了具體的應(yīng)用對(duì)策和措施。希望本文研究能為今后我國(guó)橋梁建設(shè)具有一定的指導(dǎo)作用。

［1］熊世金.橋梁使用壽命的探討［J］.廣東科技，2006（12）：94-95.

［2］金小川，周宗紅，黃毅，等.橋梁使用壽命與設(shè)計(jì)使用年限差異的原因分析和對(duì)策［J］. 世界橋梁，2012（4）：73-75.

［3］岑代鮮.橋梁使用壽命預(yù)測(cè)研究［J］.公路交通技術(shù)，2010，4：80-84.

［4］周祖干，陳雷.碳化對(duì)混凝土橋梁使用壽命的影響［J］.世界橋梁，2009（1）：68-71.

［5］王星.橋梁工程中施工質(zhì)量對(duì)橋梁使用壽命的影響［J］. 黑龍江交通科技，2013（11）：60.

［6］金小川，等.中國(guó)橋梁設(shè)計(jì)使用年限的研究［J］.公路與汽運(yùn)，2012（2）：162-165.