重載交通下橋梁的壽命周期成本分析

王培浪

（蘇州工業園區建設監理有限責任公司，江蘇 蘇州 215021）

0 引言

隨著我國經濟建設的飛速發展，公路運輸在國民經濟中所占的地位越來越重要。我國的公路橋梁，特別是礦區的公路橋梁，其承載的幾乎所有的貨運車輛都存在不同程度的重載、超載現象。超載車輛的荷載往往會遠遠超過公路和橋梁的設計承受荷載，致使路面損壞、橋面開裂，正常使用年限大大縮短，不得不提前大修，甚至可能造成垮橋事故，危及安全。據統計，全國公路每年因車輛超限超載造成的損失超過300億元，造成了巨額的財產損失。

如何解決這一問題，是公路橋梁界討論的焦點之一。筆者將結合自己的工作經驗和研究成果，從橋梁工程壽命周期成本的角度談談對重載交通下橋梁設計的幾點看法。

1 壽命周期成本理論

工程壽命周期，從理論上說，是指工程產品從研究開發、設計、建造、使用直到報廢所經歷的全部時間。工程壽命周期成本是指工程項目從項目構思到項目建成投入使用直至工程壽命終結所發生的一切可直接體現為資金耗費的投入總和，主要包括建設成本和使用成本。建設成本是指建筑產品從籌建到竣工驗收為止所投入的全部成本費用。使用成本則是指建筑產品在使用過程中發生的各種費用，包括能耗成本、維護成本和管理成本等。

長期以來，人們總是把工程產品的建設成本和使用成本分別加以管理，特別是對于當下某些重載超載的橋梁，其使用成本過高，建設成本顯得相對較低，導致壽命周期成本巨大，這就需要把建設成本和使用成本結合起來綜合管理，這種必要性現在變得愈來愈突出。對于工程建設項目而言，工程的建設費用和使用費用存在著內在的對立統一關系，如圖1所示。

圖1 建設項目全壽命周期功能—成本關系圖

全壽命周期成本分析的實質是橋梁工程項目管理的一種指導思想和方法，核心是要求從橋梁工程項目全壽命出發去考慮造價和成本問題，關鍵是要實現工程項目整個壽命周期的總成本最小化。從圖1可以看出，要實現建設項目全壽命周期成本最小化，必須尋找項目建設費用與使用費用之間的平衡點，而這個平衡點依賴于項目的決策與設計，不同的設計會有不同的平衡點。即要系統地看待項目建設費用與使用費用之間的辯證關系，而且要將這種系統思想融進項目決策和設計過程中，降低項目使用費用曲線，抬高項目建設費用曲線，使得項目的使用費用和建設費用在更低點上得到均衡，從而降低建設項目全壽命周期成本。

2 從壽命周期成本角度分析重載交通下橋梁的設計

眾所周知，工程產品的功能在決策及設計階段就基本確定了，對其壽命周期成本影響最大的階段也在決策及設計階段。因此，決策及設計階段也就成為工程產品成本節約潛力最大的階段，是工程產品成本控制的重點階段。

橋梁工程的壽命周期成本，也是由其建設成本和使用成本（養護、維修成本）組成。重載交通下橋梁壽命周期成本的一個突出特點就是橋梁容易損壞，使用成本高。重車荷載作用下的一座新橋，建好不到幾年，橋面鋪裝、支座墩臺、梁板等就發生大面積的病害，正常使用年限大大縮短，養護、維修成本要遠大于標準荷載橋梁，部分嚴重的甚至要拆除重建。

根據壽命周期成本理論，為了有效地節約成本，應將橋梁的建設成本與使用成本綜合起來統籌考慮，對建設成本與使用成本的分配加以權衡，找出整個系統的最佳平衡點，使總成本達到最低。考慮到重載交通地區橋梁的損壞率高及養護、維修成本高的特點，應提高重載交通下橋梁的設計荷載等級，有針對性地改進橋梁的構造，提高橋梁的承載能力、安全性與耐久性，從而大幅度減少橋梁的養護、維修、改建甚至重建費用，降低橋梁的壽命周期成本。

我國在“七五”、“八五”期間修建的眾多中小橋梁一般按汽—20設計，設計荷載偏低，重載、超載車輛荷載大大超過了設計荷載。新建的一些中小橋梁，由于對實際的交通流量缺乏系統的調查，因此在設計荷載的選取上，即使考慮了一定的安全系數，仍有一定的盲目性。這些橋梁在重、超載車輛的反復作用下，不可避免地會產生各種病害，造成巨大的損失。

長期以來，由于對壽命周期成本的忽視，設計與使用、建設與運營被割裂，建設單位決策時并未對使用成本有足夠的認識，片面強調降低建設成本，而設計人員也未對重載交通下橋梁荷載的特殊性進行區別對待，依然按照標準荷載的要求進行設計，由此導致了“邊建設、邊破壞，邊破壞、邊維修”的惡性循環，橋梁的使用性能大大降低，安全隱患無法解決，大量建設資金被浪費。所以，在決策、設計過程中需要更加注重成本，推廣壽命周期成本的理念，糾正以往片面的認識，這是在超載、重載交通下提高橋梁的安全性、適用性、經濟性的一個有效手段。

3 重載交通下提高橋梁安全性與經濟性的措施

筆者結合自身的工作經驗和研究成果，對重載交通下如何提高橋梁的安全性與經濟性提出以下幾點建議。

3.1 設計荷載方面

筆者曾對某礦區的交通情況進行過實地考察，當地超載情況非常嚴重，部分額定50t載重的大車，往往實際荷載可以達到100t，甚至150t。該地區橋梁損壞嚴重，特別是國道和省道，因對超載的查處不及高速公路嚴格，危橋比率高。圖2所示為該地區某省道的一座危橋。

圖2 某省道危橋

針對該情況，在超載現象未得到有效控制前，進行新建橋梁設計時，應首先對當地的交通量進行實地調查，按實際調查得出的準確結果確定設計荷載，選取合適的設計荷載等級。

3.2 空心板鉸接縫的構造措施

目前我國空心板橋梁多應用企口式鉸縫，該類型鉸縫在重載交通下易首先破壞，導致橫向聯結失去對車輛荷載的分散作用，主梁間無法相互傳力，車輛荷載將完全作用在車輪下一條單獨梁上，形成了“單板受力”現象，降低了橋梁的整體性，加速了橋梁的損壞。針對該病害，可以通過在鉸縫上緣或下緣粘貼鋼板，在鉸縫中添加縱向鋼筋、門筋等構造措施，有效地提高鉸縫的抗剪強度，加強橋梁的整體性，減少“單板受力”病害的發生。

3.3 梁板與橋面鋪裝整體化構造措施

目前的橋梁設計中，大多是在梁板與橋面鋪裝層間鋪上兩層鋼筋網，并聯結少量豎筋，橋面鋪裝與梁或板之間的聯結并不緊密，不能很好地共同受力。筆者建議可以通過在梁板與橋面鋪裝層之間增設豎向鋼筋或其他構造措施，改進施工方法，提高橋面鋪裝層與梁板之間的整體性，從而提高橋梁承受荷載的能力。

4 結語

在決策與設計過程中推廣壽命周期成本的理念，將建設成本與使用成本綜合起來加以統籌考慮，進行最優組合，加大建設時的資金投入，減少維修、養護費用，是提高重載交通下橋梁的安全性、經濟性、耐久性的可行方法。然而，要從根本上解決重載交通下橋梁的破壞問題，則必須控制超載，加大超載查處力度，從源頭上解決問題。

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