公路橋梁的安全性和耐久性設(shè)計研究

張 路

重慶市市政設(shè)計研究院有限公司，重慶 400020

隨著公路橋梁使用年限的增加，部分橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一些破損，其安全性和耐久性也受到了很大的影響。為了提高公路橋梁的質(zhì)量，延長橋梁的使用壽命，在具體設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計人員要格外注重橋梁的安全性和耐久性，不斷提高橋梁的抗破損能力，為人們的出行安全保駕護航。

1 影響橋梁安全性和耐久性的因素

1.1 設(shè)計方面的因素

在公路橋梁設(shè)計中，設(shè)計理念和結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)建是十分重要的。在具體設(shè)計過程中，部分設(shè)計人員不能真正從基礎(chǔ)理論上對橋梁所受的力進行完整性的分析計算，只是沿用以往的經(jīng)驗進行粗略的計算，易導致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。還有部分設(shè)計人員更多的是關(guān)注結(jié)構(gòu)的強度，而忽略了結(jié)構(gòu)的完整性及使用材料的合理性，這種人為因素也會在很大程度上影響橋梁的安全性和耐久性。

1.2 施工方面的因素

工程質(zhì)量的好壞直接影響橋梁的使用，而在現(xiàn)階段公路橋梁的施工中存在很多的問題。一些小型的施工單位，由于技術(shù)水平比較低，在施工過程中經(jīng)常忽視現(xiàn)行的標準和規(guī)范，僅僅依據(jù)經(jīng)驗施工，有時通過降低規(guī)范標準進行橋梁建設(shè)，導致橋梁質(zhì)量得不到保障，其安全性和耐久性也受到了不同程度的影響。很多公路橋梁使用才幾年，就出現(xiàn)了各種各樣的問題，例如鋼筋銹蝕、鋼筋外露、鉸縫脫落等，這些都是橋梁安全性和耐久性方面存在的問題。一些施工單位為了獲取較高的經(jīng)濟利益，以次充好，使用不合格的建筑材料；還有一些施工單位技術(shù)人員學歷較低，技術(shù)水平不到位，在施工時操作不規(guī)范。另外，很多施工單位在施工管理方面做得不到位，未采取安全措施，沒有對施工人員進行專業(yè)的橋梁安全和質(zhì)量等方面的培訓，進而導致了安全事故的發(fā)生，也嚴重影響了橋梁的施工質(zhì)量。

1.3 后期養(yǎng)護管理方面的因素

我國公路橋梁的建設(shè)一般都比較注重前期的設(shè)計和中期的施工，很少關(guān)注橋梁在運營過程中的養(yǎng)護管理，這在一定程度上影響了橋梁的安全性和耐久性。例如遇到雨雪天氣時，如果積雪和積冰處理不及時，就會化成水滲透到橋梁的面層和結(jié)構(gòu)層，進而使得橋梁鋼筋被銹蝕，混凝土出現(xiàn)開裂。橋梁的伸縮縫經(jīng)常被垃圾填堵，如果不及時清理，就會影響橋梁結(jié)構(gòu)在受力時的正常伸縮變形，使得部分構(gòu)件被破壞，進而影響橋梁的整體穩(wěn)定性。橋梁結(jié)構(gòu)中的一些附屬構(gòu)件的使用年限較短，在發(fā)生破損或移位時，養(yǎng)護人員應該及時更換，以保證橋梁的正常使用，確保通行者的安全。這些后期維修養(yǎng)護中出現(xiàn)的問題都直接影響了橋梁的安全性和耐久性，同時也在一定程度上縮短了橋梁的使用年限。

2 提高橋梁安全性和耐久性的措施

2.1 轉(zhuǎn)變設(shè)計理念，優(yōu)化設(shè)計方案

在早期的橋梁設(shè)計中，往往更注重橋梁本身的結(jié)構(gòu)強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，很少關(guān)注橋梁的耐久性，這就易導致橋梁使用壽命不足。設(shè)計人員應該轉(zhuǎn)變設(shè)計理念，在關(guān)注橋梁強度、穩(wěn)定性的同時，也關(guān)注橋梁的安全性和耐久性設(shè)計。結(jié)合國內(nèi)外的知名案例，不斷研究創(chuàng)新，優(yōu)化設(shè)計方案，提高結(jié)構(gòu)的承載能力，增強其安全性和耐久性。在進行橋梁設(shè)計時，設(shè)計人員對設(shè)計規(guī)范的理解程度也會影響橋梁的設(shè)計，因此施工單位應該加強設(shè)計人員的學習和培訓，不斷提高設(shè)計人員的專業(yè)素質(zhì)和業(yè)務(wù)水平。在選擇設(shè)計方案時，也要考慮橋梁的安全性和耐久性，結(jié)合橋梁的環(huán)境特點、地質(zhì)特點及功能要求，不斷優(yōu)化設(shè)計方案，也可以學習和借鑒其他項目及其他設(shè)計單位的設(shè)計方案，提高橋梁的安全性及耐久性，延長橋梁的使用年限。

2.2 增加結(jié)構(gòu)的保護層厚度

公路橋梁主體結(jié)構(gòu)大部分都為預制混凝土構(gòu)件，在以往的設(shè)計中，混凝土和預應力鋼筋邊緣之間會有一個保護層的厚度，防止鋼筋暴露在空氣中被銹蝕。大量的試驗表明，鋼筋的碳化直接受混凝土保護層厚度的影響，在一定的保護層厚度范圍內(nèi)，保護層厚度越大，鋼筋碳化速度越慢。因此，在具體的橋梁設(shè)計過程中，設(shè)計人員可以適當增加混凝土保護層厚度，減緩因鋼筋銹蝕和碳化帶給橋梁結(jié)構(gòu)的危害，進而提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

2.3 注重材料的選用

工程材料的選擇是決定工程質(zhì)量的關(guān)鍵，在橋梁的設(shè)計中，也應該注重材料的選擇和使用。對于公路橋梁而言，最重要的材料就是混凝土和鋼筋。在選擇混凝土時，要根據(jù)結(jié)構(gòu)的強度及結(jié)構(gòu)的受力來選擇混凝土的等級，嚴格根據(jù)規(guī)范要求對其強度進行測算，并確定其最大水灰比、最小混凝土保護層厚度、最小強度等，保證混凝土的安全性能。另外，對于鋼筋的選擇，要根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力鋼筋強度來綜合確定鋼筋的等級和直徑，并通過驗算來最終確定，避免橋梁在使用過程中因為鋼筋強度不足而引發(fā)安全事故。

2.4 重視結(jié)構(gòu)的疲勞計算和耐久性設(shè)計

公路橋梁建成后，在后期的運行中將承受各種車輛荷載及外力自然因素的荷載影響，在這些荷載的不斷作用下，橋梁結(jié)構(gòu)的一些構(gòu)件極易發(fā)生疲勞損壞。在這種疲勞破壞的長期作用下，橋梁逐漸呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的大范圍裂縫和變形，進而影響到橋梁的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及安全性。在公路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須重視橋梁的疲勞計算，減少結(jié)構(gòu)在使用過程中的開裂。另外，橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞計算不僅僅是針對橋梁的整體結(jié)構(gòu)，對于橋梁中極易發(fā)生疲勞破壞的構(gòu)件都應該進行相應的計算，只有所有構(gòu)件的抗疲勞能力得到提高，才能促進橋梁整體結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。

在橋梁設(shè)計中，設(shè)計人員應該注重橋梁耐久性的設(shè)計，延長橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。橋梁的耐久性設(shè)計主要分為兩個方面，即材料的選擇和結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)建。在選擇工程材料時，要對結(jié)構(gòu)材料進行多方面的試驗，如抗壓試驗、抗侵蝕試驗等，選擇最合適的混凝土材料配比，并對混凝土進行有效的保養(yǎng)維護，使混凝土在使用中能最大限度地發(fā)揮承載作用和抗壓能力，進而保證結(jié)構(gòu)的耐久性。在進行結(jié)構(gòu)體系的選擇和設(shè)計時，要綜合對比各種方案，從經(jīng)濟方面、受力分析方面、抗疲勞能力方面等來進行具體的分析計算，嚴格遵照最新的橋梁設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計，避免橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形破壞。

3 工程案例

該工程為某公路連接線，路線在K23+672處跨越河道。橋址處斷面為復式斷面，該河河口寬53m，主河槽寬41m，河底寬30m。

3.1 設(shè)計方案

該橋梁擬建為4～16m先張法預應力混凝土空心板橋，交角為90°，橋梁長64m，為雙幅橋。橋面鋪裝為10cm瀝青混凝土+防水層+15cm整體化混凝土。橋梁下部采用柱式墩臺、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋臺處GQFC-40伸縮縫，臺后設(shè)置6m搭板。

3.2 耐久性設(shè)計

（1）材料選擇。保證混凝土質(zhì)量、控制裂縫和提高耐久性，施工中所用的混凝土材料必須符合有關(guān)規(guī)范的要求，設(shè)計提出以下要求：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最大水灰比值為0.50，最小水泥用量為300kg/m3，最低混凝土等級為C30；預應力混凝土結(jié)構(gòu)最大水灰比值為0.50，最小水泥用量為350kg/m3，最低混凝土等級為C40；最大氯離子含量為0.06%，最大堿含量不大于1.8kg/m3。

（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)造。混凝土保護層厚度嚴格按照規(guī)范執(zhí)行。伸縮裝置兩端與主梁連接部分的混凝土，受力比較復雜，除按照最優(yōu)配合比設(shè)計外，還應使用膨脹劑并摻入鋼纖維或聚丙烯纖維等增韌材料。為提高預應力鋼筋的耐久性，孔道壓漿采用真空輔助壓漿技術(shù)。

4 結(jié)束語

公路橋梁的安全性和耐久性直接關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，也直接影響著人們的出行安全，因此設(shè)計人員在進行橋梁設(shè)計時應該秉承科學嚴謹?shù)膽B(tài)度，嚴格遵循設(shè)計規(guī)范，重視安全性和耐久性設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)的承載能力，延長橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。