朱凡

（中鐵第五勘查設(shè)計院，北京 大興 102600）

0 引言

在公路規(guī)劃設(shè)計當(dāng)中對于橋梁結(jié)構(gòu)的靈活運用能夠更好地適應(yīng)于不同的建設(shè)環(huán)境， 特別是一些大跨境的河流需要通過連續(xù)橋的建設(shè)實現(xiàn)兩岸接通。 在橋梁設(shè)計當(dāng)中對于安全性和耐久性的保障和其使用壽命與道路運營之間有十分密切的聯(lián)系，必須要引起設(shè)計人員的關(guān)注，同時平衡好建設(shè)施工的質(zhì)量和成本，優(yōu)化公路橋梁的建設(shè)水平。

1 國內(nèi)公路橋梁設(shè)計的安全耐久現(xiàn)狀分析

公路橋梁的建設(shè)和其應(yīng)用負(fù)載之間有十分密切的聯(lián)系，一些橋梁的設(shè)計、施工存在隱患問題，長時間的使用會出現(xiàn)耐久度下降的情況， 給公路的養(yǎng)護(hù)成本、安全保障等都帶來了負(fù)面影響，也不利于公路交通網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模發(fā)展。 2011 年福建地區(qū)就發(fā)生過橋梁吊桿斷裂、橋面垮塌的情況，造成了一定的傷亡事故。盡管國內(nèi)新建公路橋梁的速度較快，但仍有許多橋梁的建設(shè)年限較長，包括了七星大橋（1999 年建成）、觀瀾河大橋（1997 年建成）等，在耐久度上還有較長的發(fā)展空間。 橋梁在對近年來國內(nèi)公路安全耐久事故分析的過程中發(fā)現(xiàn)，各類隱患事故頻發(fā)的背后是橋梁設(shè)計不到位、工程施工不足等問題必須要引起行業(yè)重視， 分別從設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)等多方面展開安全耐久保障工作，動態(tài)化的跟蹤當(dāng)前的橋梁使用情況，在保證對經(jīng)濟(jì)效益追求的同時，維護(hù)好人民群眾的生命安全。

2 重視公路橋梁設(shè)計安全耐久性的重要意義

在公路橋梁的應(yīng)用過程當(dāng)中對其安全性和耐久性提出了較高的要求：必須要能夠滿足不同類型、載重車輛的反復(fù)碾壓； 抵抗地下水系和河流對梁體結(jié)構(gòu)的沖刷；符合公路橋梁建設(shè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在公路橋梁的應(yīng)用過程當(dāng)中，其整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部零件都會存在著實際荷載不斷上升的情況，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會隨著環(huán)境和使用年限而發(fā)生老化，一旦超出橋梁結(jié)構(gòu)的極限形變狀態(tài)就會產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，這不僅會影響橋梁本身的使用壽命，還會對其行駛的車輛造成較大的安全威脅，必須要引起行業(yè)重視，并從設(shè)計、施工與養(yǎng)護(hù)等不同的階段予以關(guān)注，更好地提升我國公路橋梁的建設(shè)水平和使用壽命。 在公路橋梁的設(shè)計優(yōu)化過程中，能夠更好地明確風(fēng)力、壓力等方面的荷載參數(shù)，提前做好橋梁使用中的潛在風(fēng)險。

3 影響公路橋梁設(shè)計安全耐久性的主要因素

3.1 缺乏理論支撐

在進(jìn)行公路橋梁的設(shè)計工作過程中，對于專業(yè)知識的需求量極大，給設(shè)計人員的工作也帶來了一定的挑戰(zhàn)。 由于橋梁建設(shè)環(huán)境狀況的差異性較大，巖溶、黃土、滲漏等情況在設(shè)計規(guī)劃的過程中都必須要予以充分的考慮， 保證好橋梁的結(jié)構(gòu)安全耐久，部分設(shè)計人員在工作者存在著專業(yè)知識儲備不充足的情況，未能根據(jù)已有的地質(zhì)水文資料對橋梁建設(shè)的要點進(jìn)行科學(xué)梳理，過分依賴于個人工作經(jīng)驗，單純地將之前的設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行模仿套用，給橋梁工程建設(shè)質(zhì)量帶來了一定的負(fù)面影響。國內(nèi)的部分設(shè)計人員在工作的理論體系上還存在一定的問題，不利于建立成熟的工作流程制度，和設(shè)計預(yù)期之間存在著一定的偏差問題。

3.2 施工管理不足

在落實公路橋梁設(shè)計方案的過程中，需要嚴(yán)格把握施工技術(shù)運用、建材質(zhì)量等方面的情況，避免因為施工建設(shè)不當(dāng)而產(chǎn)生的安全耐久性下降問題。由于公路橋梁的建設(shè)周期偏長、 突發(fā)情況較多，在進(jìn)行工程管理時的難度明顯加大，較容易造成紕漏和疏忽。 部分施工單位在建設(shè)的過程中，沒有嚴(yán)格參考設(shè)計規(guī)劃的要求開展工作， 存在著工序不當(dāng)、質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)偏低等問題，在項目的交付、使用過程中存在較大的安全隱患。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)

在公路橋梁的設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)部分對于安全耐久性的影響程度較大，必須要經(jīng)歷科學(xué)完善的規(guī)劃計算后才能夠確定設(shè)計方案，確保與地質(zhì)環(huán)境之間具有更強(qiáng)的適配性。部分設(shè)計人員在工作過程中未關(guān)注到橋梁結(jié)構(gòu)的重要性，在拉索、伸縮裝置、涵洞結(jié)構(gòu)等部分的建設(shè)細(xì)節(jié)性要求偏低，不能較好地滿足橋梁建設(shè)的目標(biāo)壽命要求。

4 提升公路橋梁設(shè)計耐久性的有效對策

4.1 明確設(shè)計原則

橋梁設(shè)計與建設(shè)的過程中要秉持基本設(shè)計原則的相關(guān)要求，從耐久、安全、適用、環(huán)保等多個角度出發(fā)，做好綜合化的設(shè)計統(tǒng)籌，確保公路橋梁的建設(shè)項目能夠更好地服務(wù)于民眾。 特大、大跨度的橋梁由于建設(shè)難度大、投入成本高，在各級公路的設(shè)計過程中都必須要按照100 年的建設(shè)年限予以規(guī)劃，中規(guī)模的橋梁在高速和一級橋梁中的壽命要求為100 年，二、三、四級公路的壽命年限為50 年，小規(guī)模的橋梁和涵洞等設(shè)計壽命一般以30～50 年為主[1]。 在明確了橋梁的設(shè)計要求后開展對應(yīng)的工作會更具參考性和方向性，有效促進(jìn)設(shè)計方案的橋梁質(zhì)量保障性。 在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析的過程中，還需要考慮到建材和氣候的影響性，如對于一些氣候潮濕的區(qū)域，在選擇混凝土材料時要具有更強(qiáng)的防水抗?jié)B能力，確保能夠和橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性之間形成更好地適配，滿足50、100 年的壽命要求。

4.2 優(yōu)化設(shè)計流程

在公路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程當(dāng)中必須要明確工作流程和規(guī)范要求，避免在設(shè)計時由于流程錯誤導(dǎo)致部分結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)不適配的現(xiàn)象。要求設(shè)計人員提前在施工現(xiàn)場進(jìn)行實地的勘察與分析，在充分掌握橋梁應(yīng)用需求和環(huán)境特征的基礎(chǔ)之上再開展設(shè)計工作，為后續(xù)方案的可行性論證提供重要的基礎(chǔ)資料。實地勘察的內(nèi)容包括了地質(zhì)結(jié)構(gòu)橫縱截面的信息獲取、地質(zhì)水文條件、橋梁平面布置的建設(shè)范圍和結(jié)構(gòu)參數(shù)等，分別從工程的必要性、經(jīng)濟(jì)性和可行性三方面進(jìn)行充分論證[2]。

4.3 提升專業(yè)認(rèn)知

設(shè)計人員需充分認(rèn)識到公路橋梁安全耐久對于整個項目工程的重要意義，明晰在設(shè)計與施工過程當(dāng)中對其安全耐久性可能產(chǎn)生影響的主要因素并予以有針對性的預(yù)防處理，不斷提升在公路橋梁設(shè)計工作方面的專業(yè)認(rèn)知。一些發(fā)達(dá)國家在公路橋梁的規(guī)劃設(shè)計方案當(dāng)中將耐久性作為了檢驗標(biāo)準(zhǔn)之一，其適用性能表現(xiàn)更優(yōu)，可以為設(shè)計人員的工作提供更多的思路參考，積極吸納和借鑒成功的經(jīng)驗，不斷優(yōu)化個人設(shè)計方案水平[3]。

4.4 完善設(shè)計體系

對于不同的公路橋梁設(shè)計項目，在具體的規(guī)劃實操過程當(dāng)中會存在一定的差異性，要求設(shè)計人員要積極建立成熟科學(xué)的工作體系，為設(shè)計規(guī)劃工作提供一定的專業(yè)參考。如在處理不同地質(zhì)狀況下的公路橋梁建設(shè)需求時， 對梁體的實際荷載能力、施工技術(shù)選擇會產(chǎn)生很大的影響，特別是對于一些巖溶地區(qū)和地下水系分布較為豐富的區(qū)域，需要在地基建設(shè)的過程當(dāng)中做好防水抗?jié)B和基坑支護(hù)建設(shè)，確保橋梁應(yīng)用的安全性和耐久性[4]。

4.5 疲勞損傷研究

在公路橋梁受到外力作用的情況之下，會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的作用，特別是累計振動產(chǎn)生的疲勞損傷情況對于橋梁的使用壽命威脅性較大，容易造成一些可見的梁體裂縫，嚴(yán)重的還會引發(fā)斷裂坍塌，必須要在設(shè)計的過程中提前做好方案疲勞損傷的測試工作，確保實際壽命和設(shè)計預(yù)測更具適配性[5]。 由于橋梁的疲勞損傷是在逐步累積而形成的，在實際應(yīng)用過程中很難及時予以探測發(fā)現(xiàn)，且具有一定的不可逆特點，實際養(yǎng)護(hù)工作開展的難度較大。

4.6 優(yōu)化荷載設(shè)計

在對公路橋梁的荷載設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化的過程中，需要明確不同的荷載類型和影響因素，確保設(shè)計方案更具綜合性、全面性，充分滿足安全耐久的應(yīng)用需求。首先，橋梁的恒載是指梁體本身的重力作用，包括了梁體、欄桿和其中的管線等；活載是指橋梁在使用過程中產(chǎn)生的外界壓力；材料荷載是指構(gòu)成梁體結(jié)構(gòu)的混凝土材料在長時間應(yīng)用過程中出現(xiàn)的收縮徐變、老化情況；另外還包含了環(huán)境因素帶來的影響，如風(fēng)荷載、沉降荷載等[6]。

4.7 結(jié)構(gòu)加固處理

優(yōu)化橋梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的配筋和選材可以實現(xiàn)對公路橋梁的耐久性的有效提升，其在使用的過程中能夠形成一個較為穩(wěn)定的包裹狀態(tài)，通過提升結(jié)構(gòu)抗力的方式來保證橋梁的實際使用壽命。橋梁模型的耐久度與鋼筋混凝土材料的碳化水平、結(jié)構(gòu)安全系數(shù)、 使用年限之間存在著一定的數(shù)量關(guān)系，在進(jìn)行計算的過程中能夠幫助設(shè)計人員掌握參數(shù)的范圍限定，確保應(yīng)力計算的精確度[7]。

4.8 關(guān)注防水防裂

橋梁建設(shè)過程中的防水防裂設(shè)計十分重要，會直接影響其使用安全性和耐久性，這就要求設(shè)計人員要結(jié)合施工地的實際環(huán)境做好個性化的方案規(guī)劃。首先，由于橋梁的底部和地下水系直接接觸，在設(shè)計的過程中必須要提前建立好防水層，使用高強(qiáng)度、高密度的混凝土材料進(jìn)行施工實操，確保其使用壽命[8]。

5 結(jié)語

在公路橋梁的設(shè)計過程當(dāng)中，設(shè)計人員必須要結(jié)合建設(shè)環(huán)境和應(yīng)用需求明確設(shè)計的要點，特別是橋梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值的確定會直接影響其疲勞損傷和應(yīng)用超載的情況， 必須利用BIM 設(shè)計模型反復(fù)進(jìn)行優(yōu)化和驗證，遵從科學(xué)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計流程推進(jìn)工作，確保橋梁荷載與安全耐久要求之間的適配性。在施工單位參照設(shè)計圖紙進(jìn)行建設(shè)的過程當(dāng)中要做好橋梁梁體的防水防裂工作，所使用的建材和零件必須要滿足設(shè)計方案的要求，避免因管理不當(dāng)而留存質(zhì)量隱患。