路橋設計中的安全性和耐久性

白亞鵬+陳明

摘 要：路橋工程是公路交通的重要樞紐，其對公路交通的正常運行具有重要的意義，但是在路橋設計中對安全性和耐久性的重視不足，導致橋梁結構的耐久性能不足、承載能力較低。本文主要針對路橋設計中的安全性和耐久性問題進行研究。

關鍵詞：路橋設計；安全性；耐久性

路橋是道路運輸體系中至關重要的組成部分，它起到了區域跨越的作用，因此，在路橋設計中需要專業的工作人員能夠進行多方因素的考慮，并需要對具體的情況予以具體的分析，加強對于現代路橋設計當中耐久性的分析，找出問題的原因并研究出改進措施。只有路橋設計的耐久性達標，才能夠保證路橋使用安全。

1 路橋結構設計中的安全性和耐久性問題

1.路橋結構設計低等級

在路橋結構設計過程中，設計荷載等級偏低，不符合現代路橋設計規范的基本要求。同時，路橋交通中超載車輛數量逐年增多，導致現代道路和橋梁的安全性降低。

2.抗震結構設計不足

在路橋結構設計中，需要重點關注結構的抗震設計。由于我國大部分地區處于地震區，不符合抗震規范要求的橋梁結構抗震設計，可能在地震災害發生時，無法承受地震對路橋結構造成的破壞。同時，對路橋工程的重要結構抗震設計研究所，特別是中小橋梁不進行橋梁抗震設計，抗震設計模型與實際結構有一定的偏差，結果在抗震設計和實際模型抗震性能差異較大。

3.缺乏耐久性設計

在路橋工程中，混凝土碳化、凍融破壞、氯離子侵蝕和防腐蝕設計等考慮不完善。例如，在道路和橋梁結構受凍融循環破壞的影響，會導致混凝土結構的內部結構出現變化，其結構受到凍融循環破壞后出現累積損傷和脫落現象。在混凝土結構中，混凝土的彈性模量和結構出現大幅降低。混凝土碳化可能破壞混凝土保護層，破壞鋼筋的保護層導致鋼筋發生生銹的，鋼筋表面積減小。由于大部分混凝土結構暴露于空氣中，而空氣CO2通過混凝土表面的孔隙擴散到結構中，和堿性物質中的孔隙溶液（Ca（OH）2）發生酸堿中和反應。此外，CO2氣體和硅酸鈣水合物、硅酸鈣、硅酸鈣等碳化反應材料，并生產碳酸鈣。碳酸鈣主要產品碳酸鹽化反應屬于不溶物，碳化反應產生的材料體積增加10%，碳化反應時間長會導致混凝土蓋的腐蝕開裂。氯離子侵蝕是鋼筋耐久性下降的重要原因。

4.施工安全管理有漏洞

在路橋工程施工中，安全問題是路橋工程施工中的首先需要重視的問題。而在路橋工程實際施工中，安全管理環節上存在一定的疏忽之處，導致在市政設備施工過程中發生安全事故，不僅影響工程的正常開展，且給施工人員安全造成人身傷亡。同時，路橋工程施工中的安全監管體制不完善。在路橋工程施工過程中，對安全施工的重視程度不足，使得安全施工監管不到位，一些安全施工的管理體制僅僅局限于形式，不能很好地解決、克服，而導致市政施工中出現的安全問題。

2 解決路橋設計中耐久性與安全性相關問題的方法

1.提高設計水平，改善方案設計思路

針對公路橋梁設計規范中存在的不足之處，組織設計專家、施工經驗豐富的人員、監理工程師進行公路橋梁規范的修訂，完善設計規范，提高公路橋梁設計標準，為公路橋梁的設計、施工、運營做基本依據。路橋設計單位需要定期對參與、從事公路橋梁設計的人員進行教育培訓，以提高設計人員的設計知識，對橋梁施工過程中的材料、施工機械有一個全新的理解和全方位的感受，提高設計人員對于城市路橋所處環境的動態變化設計水平。

2.更新設計理念

2.1高度重視路橋載荷

路橋的超載問題是較為普遍的問題之一，其主要是由于長期遭受行車碾壓，甚至出現超載等狀況造成的。如果路橋通行量超過了當初的設計預期，加上路橋使用過程中，運行車輛本身的超載行為，或路橋自身使用壽命已經達到預期年限，都將會導致路橋載荷超出的問題，進而嚴重損害路橋質量，縮短其使用壽命。在設計過程中就可以進行充分的考慮，根據實際的超載情況進行科學性的設計或者是解決方案。

2.2重視路橋的疲勞損傷

設計中還需要重視路橋未來使用過程中，可能會出現的疲勞損傷程度，因此，要求不僅在設計階段，需要全面考慮結構設計的合理性，還應當重視路橋的一些關鍵結構部位，考慮其實際承受力影響。同時，可以通過提升路橋的承載能力，來降低疲勞損傷可能帶來的損害，例如在設計中，預測路橋今后的使用情況，加強相應部分的設計，提升其堅實度與穩固性。

3.優化路橋工程的安全性、耐久性設計

3.1增加混凝土保護層厚度

混凝土保護層的設置，旨在保護路橋工程鋼筋與混凝土之間的粘結強度，同時還可以保障鋼筋本身的使用質量，發揮保護屏障的作用，預防有害介質的入侵，影響鋼筋混凝土的質量。實際研究發現，如果有氯離子擴散于鋼筋的表面，其擴散時間和保護層厚度之間，通常呈現平方成正比的關系；而二氧化碳的擴散速度，則也會與保護層厚度呈現密切的關系。通常情況下，混凝土的保護層厚度越厚，則能夠保護鋼筋免受侵蝕的時間也就越長，可見，增加混凝土保護層的厚度將有助于提高混凝土結構耐久性。

3.2優化原材料的選擇

采用具備高性能的鋼筋結構，可以有效改善工程整體的可焊性與耐腐蝕性能。運用環氧樹脂來包裹鋼筋與鋼絞線，同樣可以達到保護鋼筋材料，避免腐蝕的作用。而對于工程施工的混凝土材料，建議選用具備高性能的混凝土，同時可以在路面上，設計運用環氧瀝青混凝土，該材料能夠起到增強路面混凝土強度、提高耐磨性和整體密實度的效果。就當前的市政路橋中，此類材料的實際運用情況，預計在未來工程中，將會采用耐堿玻璃纖維，以增強瀝青混凝土的韌性，從而提高工程質量。因為瀝青材料在接觸水之后，會立刻發生水化反應，其反應的初期會導致混凝土pH值的迅速升高，因此，如果市政路橋工程采用了瀝青為原材料，則要求采用具有較強耐堿性能的纖維，用以抵抗堿度環境，加強工程的耐久性能。

3.3重視結構、構件的合理選型

在市政路橋的設計中，建議盡可能多地運用箱形截面，這種截面形式能夠有效地提高整體結構的剛度，降低路橋的疲勞振動。另外，為了防止路橋出現結構性裂縫問題，可以在主橋結構的垂直、水平構件上，分別施加一定的預應力，形成一個全預應力結構，從而達到控制結構形變，防止裂縫的作用。而對于構件的斷面設計，應當適當加強混凝土棱角外觀斷面的密度與強度，同時控制混凝土骨料粒度的分布、密度以及強度，合理安排鋼筋設置間距。另外，針對橋梁結構，還可以通過設置具有防滲透、抗剪切與拉伸作用的防水層來實現。需要注意的是，防水涂層與瀝青混凝土的鋪裝層之間，其附著力應當高于瀝青混凝土路面與鋼筋混凝土橋之間存在的附著力，在橋面的頂面、連續梁負彎矩界面上，都可以適當設置該防水層，以達到防治水分滲透的作用，從而避免影響工程質量。

3 結語

完善路橋設計中的安全性與耐久性，應當從實際角度出發，提升道路橋梁使用期限，嚴格監督設計階段的細節問題。不能盲目追求道路橋梁工程的施工速度，進而忽視對路橋耐久性和安全性的相關測試，不能對配套檢測維護很好的落實。

參考文獻

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