公路橋梁設(shè)計(jì)中的安全性及耐久性研究

張明

（青海省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，西寧 810000）

1 引言

安全性和耐久性是公路橋梁設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。公路橋梁作為重要的交通設(shè)施，其質(zhì)量關(guān)乎人們的出行安全性和便利性，提高公路橋梁的安全性及耐久性可有效降低發(fā)生交通事故的概率。為了保證公路橋梁設(shè)計(jì)的安全性和耐久性，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要提高專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，積累理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確保設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性和可行性。

2 影響公路橋梁安全性及耐久性的因素

2.1 理念有待更新

影響公路橋梁安全性及耐久性的因素主要在于設(shè)計(jì)理念有待更新。近年來(lái)，隨著我國(guó)工程領(lǐng)域各項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，公路橋梁建造技術(shù)已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，但是一些先進(jìn)的公路橋梁建造技術(shù)尚未得到廣泛應(yīng)用。例如，在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，公路橋梁在設(shè)計(jì)、建造方面仍然存在諸多局限。由于理念與技術(shù)的制約，致使部分設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中盲目加大主體結(jié)構(gòu)，鋼筋用量、材料標(biāo)號(hào)過(guò)于保守，不僅會(huì)造成成本疊加，還會(huì)因?yàn)樽灾剡^(guò)大影響公路橋梁的安全性和耐久性[1]。

2.2 方案籠統(tǒng)

公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中必須遵循因地制宜原則。但是，隨著公路橋梁項(xiàng)目數(shù)量的與日俱增，部分建筑設(shè)計(jì)人員疏于勘察調(diào)研，選擇條件相似的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行批量化設(shè)計(jì)。這種套用籠統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與建造方式會(huì)使公路橋梁在材料和結(jié)構(gòu)選擇方面存在誤差，最終影響公路橋梁的安全性和耐久性，并且使公路橋梁在后期營(yíng)運(yùn)中耗費(fèi)大量人力、財(cái)力、物力進(jìn)行施工維修與養(yǎng)護(hù)。

3 強(qiáng)化公路橋梁安全性及耐久性的意義

3.1 有助于提升公路橋梁的經(jīng)濟(jì)效益

強(qiáng)化公路橋梁設(shè)計(jì)的安全性及耐久性，有助于提升公路橋梁的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)合理設(shè)計(jì)，使公路橋梁從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到材料選擇都符合實(shí)際要求，不僅可以基于合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)順利施工、縮短建設(shè)周期、節(jié)約資金、最大程度降低耗損，還可以減少后期養(yǎng)護(hù)頻次和維修費(fèi)用，從而提高公路橋梁工程的經(jīng)濟(jì)效益。

公路橋梁建成之后承擔(dān)著交通運(yùn)輸?shù)闹負(fù)?dān)，如果由于安全性與耐久性不足，出現(xiàn)安全事故，不僅會(huì)造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)人員傷亡，所以必須重視公路橋梁的安全性與耐久性設(shè)計(jì)，確保公路橋梁的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 有助于提升公路橋梁的社會(huì)效益

公路橋梁是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢扇钡某鲂幸?，具有如下社?huì)效益：

1）提高公路橋梁的安全性和耐久性可有效保障地方區(qū)域的運(yùn)輸能力，給予人們便捷、舒適的出行體驗(yàn)。

2）公路橋梁的建成通車(chē)可以縮短城鄉(xiāng)往來(lái)時(shí)間，便于人們探親訪(fǎng)友、外出旅行、務(wù)工就業(yè)，增強(qiáng)公路橋梁附近居民的生活幸福指數(shù)。

3）公路橋梁可以加快商品流通，幫助附近居民更好地開(kāi)拓銷(xiāo)售渠道。

4）地方沿線(xiàn)的招商引資、文化推廣也會(huì)基于公路橋梁的建成通車(chē)獲得重要支持[2]。

4 提高公路橋梁安全性和耐久性的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 豐富理論知識(shí)，轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)思路

在公路橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中，從業(yè)人員應(yīng)不斷豐富理論知識(shí)，剖析國(guó)內(nèi)外的經(jīng)典設(shè)計(jì)案例，吸取行業(yè)領(lǐng)域中的先進(jìn)理念，改變?nèi)粘ＴO(shè)計(jì)中的固有思路。目前，我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)已經(jīng)具有較高水平，但隨著交通出行壓力的日益增加，公路橋梁的安全性和耐久性也面臨著嚴(yán)峻考驗(yàn)，因此，相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)開(kāi)拓創(chuàng)新，學(xué)習(xí)新知識(shí)，整合新技能，超越局限，彌補(bǔ)空缺，實(shí)現(xiàn)公路橋梁安全性和耐久性的提高。

具體而言，由于不同公路橋梁的建設(shè)條件和實(shí)際環(huán)境存在諸多差異，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮每座公路橋梁的結(jié)構(gòu)、材料及工藝，通過(guò)廣泛選型、甄別類(lèi)比，確保公路橋梁設(shè)計(jì)方案的可行性。需要注意的是,設(shè)計(jì)人員必須貫徹落實(shí)公路橋梁設(shè)計(jì)中安全性及耐久性的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，審慎融入創(chuàng)新點(diǎn)，明確責(zé)任，注重實(shí)效，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，從公路橋梁建設(shè)工程的源頭保障其安全性和耐久性[3]。

4.2 充分勘察調(diào)研，完善設(shè)計(jì)方案

相關(guān)人員在公路橋梁設(shè)計(jì)中要做好勘察調(diào)研工作，對(duì)結(jié)構(gòu)、選材、承載力等方面進(jìn)行分析。

1）關(guān)于結(jié)構(gòu)選材，要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地形、地質(zhì)條件、氣候等因素，科學(xué)選擇橋梁結(jié)構(gòu)與施工材料，有效提高結(jié)構(gòu)材料的安全性和耐久性；完成結(jié)構(gòu)選材之后，設(shè)計(jì)人員還要實(shí)時(shí)關(guān)注后續(xù)施工，必要時(shí)予以指導(dǎo)；嚴(yán)格限定施工材料的產(chǎn)地、規(guī)格以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，全方位、全過(guò)程地保障公路橋梁的建造品質(zhì)。

2）關(guān)于疲勞損傷，公路橋梁經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月的通車(chē)營(yíng)運(yùn)，會(huì)因?yàn)槠趽p傷出現(xiàn)裂縫、傾斜甚至坍塌，嚴(yán)重威脅公路橋梁的正常使用，因此，設(shè)計(jì)人員完成初步設(shè)計(jì)方案之后，還需應(yīng)用仿真技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的模擬，以直觀(guān)地分析公路橋梁運(yùn)營(yíng)期間的疲勞損傷情況，并根據(jù)模擬結(jié)果逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而促使公路橋梁可以最大限度地避免疲勞損傷，確保橋梁通車(chē)期間的安全性和耐久性[4]。

3）公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要特別注重遠(yuǎn)景年交通量的計(jì)算，以此確保公路橋梁的各項(xiàng)性能能夠滿(mǎn)足實(shí)際需要。設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)公路橋梁所在區(qū)域的城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、交通情況以及人口數(shù)量做出遠(yuǎn)景年交通量的計(jì)算，合理確定公路橋梁的結(jié)構(gòu)尺寸、荷載噸位以及路面寬度。此外，如果該段公路橋梁需要行駛較多的重載車(chē)輛，設(shè)計(jì)人員還要根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算限重、限高，避免長(zhǎng)期超載影響公路橋梁的安全性和耐久性。

4.3 優(yōu)選防腐材料，注重后期養(yǎng)護(hù)

要提高橋梁工程的安全性和耐久性，還要在設(shè)計(jì)中優(yōu)選防腐材料，優(yōu)化保護(hù)層設(shè)計(jì)。

通常情況下，可以選擇環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋作為公路橋梁的主要選材。合理運(yùn)用環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋，可有效提高公路橋梁的抗腐蝕能力；可有效降低公路橋梁的后期養(yǎng)護(hù)成本；還可以更好地保障公路橋梁的耐久性，延長(zhǎng)其使用年限。尤其是公路橋梁的錨頭區(qū)域，相比其他位置更易受到周邊環(huán)境的腐蝕，實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)有意識(shí)地將環(huán)氧樹(shù)脂材料運(yùn)用于抗腐蝕能力較弱的錨頭區(qū)域，以此確保錨頭區(qū)域可有效抵抗腐蝕。

除優(yōu)選防腐材料之外，提升公路橋梁的抗腐蝕能力還需加強(qiáng)保護(hù)層設(shè)計(jì)[5]。所謂保護(hù)層，就是通過(guò)混凝土澆筑的隔離層，可以阻絕大氣與鋼筋接觸，減少鋼筋構(gòu)件碳化現(xiàn)象。通常情況下，為提高公路橋梁的安全性和耐久性，應(yīng)該適當(dāng)加大保護(hù)層厚度，有效保護(hù)公路橋梁的內(nèi)部鋼筋。需要注意的是，加大保護(hù)層的厚度應(yīng)恰當(dāng)適宜，實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須針對(duì)公路橋梁的不同構(gòu)件、不同環(huán)境、不同區(qū)域科學(xué)設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度[6]。

另外，混凝土的強(qiáng)度也是保護(hù)層設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，例如，設(shè)計(jì)過(guò)程中選用的水泥為低強(qiáng)度，但實(shí)際配置卻選用了高強(qiáng)度水泥，那么混凝土澆筑過(guò)程中不僅會(huì)耗費(fèi)大量的水泥，而且所澆筑的保護(hù)層也會(huì)因?yàn)樗療岽蠖霈F(xiàn)裂縫，嚴(yán)重威脅公路橋梁的耐久性。因此，設(shè)計(jì)人員在做公路橋梁保護(hù)層的設(shè)計(jì)時(shí)，必須從保護(hù)層的厚度和混凝土強(qiáng)度等多方面進(jìn)行綜合考量[7]。

公路橋梁建成后，應(yīng)注重后期營(yíng)運(yùn)過(guò)程中的日常維護(hù)，阻隔有害物質(zhì)侵入，延緩?fù)獠壳治g，在隆冬時(shí)節(jié)必須及時(shí)清理融雪，避免融雪積水破壞公路橋梁的內(nèi)部構(gòu)件。需要注意的是，除雪劑也會(huì)對(duì)公路橋梁表面的裂縫造成腐蝕，因此，相關(guān)人員在清理融雪的過(guò)程中還應(yīng)噴涂保護(hù)材料，有效保護(hù)路面。

另外，我國(guó)幅員遼闊，氣候差異明顯，盆地、沿海城市往往常年多雨、悶熱潮濕，處于這些區(qū)域的公路橋梁極易因?yàn)橛晁莩霈F(xiàn)裂縫和坑洼，這就要求相關(guān)工作人員必須結(jié)合實(shí)際情況，做好路面的維修與填補(bǔ)工作，通過(guò)及時(shí)的養(yǎng)護(hù)，減少雨水浸泡侵蝕，確保公路橋梁的安全性和耐久性。

4.4 了解結(jié)構(gòu)震害，優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)

公路橋梁的上部結(jié)構(gòu)、橋梁墩柱、附屬工程等是容易產(chǎn)生震害的結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)的震害表現(xiàn)為移位震害與結(jié)構(gòu)震害。墩柱是重要的承重構(gòu)件，當(dāng)由于地震而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞后，會(huì)嚴(yán)重影響墩柱結(jié)構(gòu)的承載力和強(qiáng)度，威脅通行安全。橋梁的主梁與下部墩柱以及橋臺(tái)連接處是結(jié)構(gòu)受力比較脆弱的地方，在地震影響極易產(chǎn)生破壞。因此，要提升公路橋梁的安全性與耐久性，還要優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)，提升橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與延性，削弱震害對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響。

進(jìn)行公路橋梁上部結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以將鋼板加焊在梁底部，也可以在限制梁部位移時(shí)，采用縱橫約束裝置。梁端至墩臺(tái)帽或蓋梁邊緣距離需符合相關(guān)規(guī)范的移位限制要求。如果橋梁跨度較大，可以采用連續(xù)梁減少伸縮縫。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，影響公路橋梁安全性及耐久性的實(shí)際因素主要包括理念有待更新、方案籠統(tǒng)。強(qiáng)化公路橋梁安全性及耐久性的重要性有助于提升公路橋梁持續(xù)的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。因此，公路橋梁設(shè)計(jì)作為決定公路橋梁安全性及耐久性的決定性開(kāi)端，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)思路，做好勘察調(diào)研，完善設(shè)計(jì)方案，優(yōu)選防腐材料，注重后期養(yǎng)護(hù)強(qiáng)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以保證實(shí)現(xiàn)公路橋梁設(shè)計(jì)中安全性及耐久性的重大突破。