農村小型橋梁設計的現狀與建議措施

仲兵兵，徐 燕，陳宗橋

（淮安市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 淮安 223005）

0 引言

橋梁結構是公路交通運輸的命脈工程，確保其設計安全與運營質量具有重大意義。隨著我國近年來城鎮化建設的迅速發展，為了滿足農村地區人們的出行問題，同時提高農村區域的經濟發展，不同等級和類型的農村公路在不斷建設并投入使用，這其中就有很多小跨徑的橋梁結構，主要是跨越淺灘、河流和山谷等障礙的橋梁。然而近年來由于多種因素導致運營中倒塌破壞的橋梁越來越多，這些橋梁的垮塌和破壞不僅造成人員傷亡，還帶來了顯著的社會與經濟影響，受到廣泛的關注。處于農村環境的公路橋梁由于設計荷載等級低、通行車輛少，往往容易被忽視。

隨著我國農村經濟的發展和新農村建設，很多農村地區具有穩定的經濟輸出，貨物運輸也在不斷增多，運輸的荷載等級也在逐年提高，這使得公路的荷載等級無形中也在不斷提高。隨之而來的是農村公路橋梁出現了各種運營病害，甚至有橋梁垮塌事故發生，這些病害問題不僅造成人員傷亡和惡劣的社會影響，還對農村地區的經濟發展形成障礙。此外，在農村橋梁管理養護制度不健全的情況下，更是應該根據已有農村橋梁的運營現狀總結設計問題，提升設計質量，保障橋梁安全[1-2]。

農村地區橋梁結構主要以小跨徑橋梁為主，占比90%以上，這些小型橋梁結構主要以梁橋和拱橋為主，數量眾多且分布廣散。論文將總結這些農村橋梁的運營現狀，分析造成運營病害的主要原因，并從設計角度提出改進措施和方法，提高農村橋梁的設計水平，保障其運營安全與長期性能。

1 農村小型橋梁的現狀

農村小型橋梁的主要特點是設計等級低、建設資金有限，一般采用就地取材的方法建設，主要以石材和混凝土為建造材料，在近十年則主要以混凝土材料為主。在長期的運營使用下，再加上對農村公路橋梁養護管理不重視，多數橋梁都處于帶病工作狀態。根據研究調查，這些農村橋梁的病害分布嚴重，以梁體開裂、鋼筋銹蝕、橋面系病害為主，對橋梁的運營形成極大的安全隱患[3-4]。

（1）梁體開裂。農村小型橋梁主要是鋼筋混凝土板梁、T梁和箱梁。這些橋梁在運營使用中出現最多的病害就是梁體開裂，如圖1所示。

圖1 梁體開裂

梁體裂縫有受力性質和非受力性質兩種，受力性質裂縫與橋梁構件的受力特點直接相關，例如梁體靠支座附近應受剪力作用產生的腹板斜裂縫、梁體跨中應受到縱向彎矩作用產生的底板橫向裂縫、在預應力板梁中因預應力錨固在錨固橫隔板產生的網狀裂縫等。非受力裂縫則與橋梁的受力沒有直接關系，主要受到環境作用及混凝土自身品質影響，因此非受力裂縫多無規律、分散性分布。無論是受力還是非受力裂縫，都對橋梁的運營使用性能造成影響，受力裂縫直接影響構件的使用安全，非受力裂縫影響橋梁的使用壽命和耐久性。

（2）鋼筋銹蝕。由于農村橋梁多采用鋼筋混凝土材料，在梁體開裂及養護不到位的影響下，鋼筋銹蝕也是運營的主要病害問題。鋼筋銹蝕的機理在混凝土材料受到大氣環境中的水分和酸性物質作用，使得混凝土吸收相關堿性水汽，提高了混凝土導電性質，使得鋼筋周圍的氯離子濃度提高，在氯化作用下直接對鋼筋的鈍化膜產生化學反應而破壞，造成鋼筋表面的銹蝕，對橋梁安全造成隱患。如圖2所示是農村公路橋梁的鋼筋銹蝕現狀。

圖2 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕直接影響鋼筋承載力，鋼筋銹蝕后的有效面積降低，會出現應力集中和突變引發鋼筋受力不均勻。另外，鋼筋的銹蝕還會使整個構件出現耐久性退化，其退化速度會顯著高于預期水平。

（3）橋面系病害。農村公路橋梁最常見、最典型的病害類型是橋面系的各類病害，包括唧漿、面層凹凸、局部坑洼、沉陷等。雖然橋面系對橋梁整體結構受力沒有明顯貢獻，但橋面系是橋梁與外部連接的紐帶，橋面系的破損使得橋梁主體構件更容易受到環境作用而發生安全問題和耐久性退化問題。因此橋面系病害需要在短時間內盡快修補，否則病害進一步發展將會影響到橋梁主體結構的受力安全性。此外，這些橋面病害還會影響行車的穩定性和安全性，引發交通事故和車撞風險。橋面病害中伸縮縫問題也是關鍵，伸縮縫病害主要有鋼板松動、雜物填充和兩側混凝土破損。由于農村道路存在部分貨運車輛有時超載非常嚴重的情況，這給荷載設計等級本來就不高的橋梁帶來了很大的安全隱患，其中最直接的作用就是輪載對伸縮縫局部的作用，直接造成伸縮縫兩側混凝土破損以及鋼板脫落；另外如果養護不到位，導致伸縮縫被雜物填充，失去了伸縮性能，則在溫度作用或者汽車荷載作用下，伸縮縫的變形受到約束，同樣加速伸縮縫的結構破壞。圖3是橋面系病害的現場調研。

圖3 橋面系病害

2 設計建議措施

對于現有農村公路橋梁的各類運營問題，首先應該對現有病害橋梁及時修復，并進行橋梁性能等級評定和加固，其次對于新橋設計應該提高其設計等級，對于舊橋需要制定科學而高效的養護和管理措施。

2.1 橋梁結構狀態的評定

結構狀態評定是開展橋梁養護和加固的關鍵先決條件，而結構狀態評定可以采用日常檢測和荷載試驗等手段進行分析。日常檢測通過專業人員對結構表面、服役狀態、病害程度的調研，給出橋梁實際狀態水平，從而確定其加固的優先等級及加固措施；其次可以通過荷載試驗等定量方法，對退化較快或者重要性較高的橋梁進行專業的評級，明確其結構狀態及所需要的加固及養護措施。

橋梁狀態的評定對于農村小型橋梁而言非常關鍵，因為農村橋梁的養護管理資金是有限的，因此需要明確哪些橋梁必須要進行加固維修才能保證其安全性，就需要根據這些狀態評定結果確定養護管理資金落實到最需要的地方。

2.2 已有病害的修復與加固

出現了橋梁病害，進行維修加固的首要步驟是需要進行病害的修復。大部分橋梁的病害問題都可以通過修復手段將橋梁性能得到維持，例如進行裂縫灌漿、鋼筋表面除銹、混凝土保護層后施工、支座雜物清除或更換、鋪裝層修補及伸縮縫清理等。病害修復首先要對舊混凝土表面鑿除清理，使漏出完整的舊混凝土，其次進行平整清洗，最后施工修復材料，這樣才能使得氧化和損傷區域能夠與新修復材料完好黏結，達到變形與受力協調統一。

對于農村小型橋梁的加固，由于其結構性能較為簡單，因此加固方法難度也不大，主要采用粘貼鋼板、增大截面、增加碳纖維等方式。粘貼鋼板通過在病害截面增加鋼板，將受力轉移到鋼板上從而釋放病害區域的應力大小，使得應力分布更加均勻，混凝土截面不至于開裂。增大截面法是在病害區域增加混凝土截面，使得截面受力區域變大，降低整體的應力水平，從而降低了開裂的風險。粘貼碳纖維的方法與粘貼鋼板加固具有相同的新效果，都是將受力顯著區域轉移到碳纖維布上，使得原有病害區域的應力得到舒緩，減輕了結構開裂的風險。

2.3 新建橋梁的設計與施工保障

對于因路網要求新建的農村公路橋梁，需要綜合考慮區域交通運輸特點，并考慮未來較長一段時間內的經濟與交通發展，設計能夠滿足長期使用安全和耐久性能的橋梁，并制定適宜的施工工藝，保證橋梁施工質量。這其中，設計是對農村公路橋梁的基本定位，設計質量是確保農村公路橋梁運營性能和使用壽命的重要先決條件，需要從橋梁結構選型和設計荷載等級兩方面進行確定。

（1）橋梁結構選型方面。由于農村橋梁分布零散，采用現場澆筑工藝顯然需要耗費較大的人力、物力和財力，同時現場澆筑的施工質量不能很好地保證。需要采用預制裝配式施工工藝，將大部分工作在預制廠進行制造，這能夠最大程度保證橋梁的建設質量。基于此，可以優先選用大鉸縫空心板梁、預制裝配式T梁、預制裝配式小箱梁，具體型式選用根據這些橋型經濟跨徑確定。根據跨徑需盡量采用預應力混凝土橋型，通過預應力保證梁體不出現開裂，提高耐久性。

（2）設計荷載等級確定方面，農村公路橋梁的設計等級也需要綜合具體位置確定，對于某些經濟發達區域需要提高荷載設計等級以適應貨物運輸要求；對于常規區域可以采用普通等級進行設計，但需要明確其通行重車的等級，設置相關警示牌。此外，設計荷載等級還需要綜合未來較長時間段內交通組成和交通流量的變化。

2.4 橋梁運營的養護與管理

由于資金缺乏，農村公路橋梁運營管理工作一直以來沒有受到足夠的重視，然而缺乏養護和管理工作只會使得橋梁病害發展更加惡劣，這使得后期橋梁拆除與重建等產生更加不良的經濟投資，因此需要綜合考慮。首先農村橋梁的養護需要制定一定的措施手段，包含日常養護和定期養護。其次，根據養護結果制定管理措施，例如沿線橋梁性能不足，不能繼續承載可能的貨車作用，則需要對貨車載運噸位進行限制。這種管理措施雖然對貨運造成了影響，但是延長了整個農村公路體系的使用壽命。

3 結語

農村區域主要以小型橋梁為主，這些橋梁跨越淺灘、河流和山谷等障礙，也是農村道路的節點工程，在城鎮化發展的社會背景下，具有重要的作用。通過分析農村小型橋梁設計的現狀，對這些橋梁運營狀況進行分析，明確了設計要點和難點，并提出了相關措施，包括設計層面、養護層面和管理層面，通過相關總結分析，可為農村橋梁的設計與管養提供借鑒。

[1]李果,楊博淵,時宗斌.農村公路橋梁安全現狀調查與分析[J].公路,2014,59(4)：74-77.

[2]高康.農村公路橋梁常見病害及防治措施[J].黑龍江交通科技,2013(9)：99.

[3]俞文虎,陳伯進.農村公路橋梁病害分析及對策思考[J].江蘇水利,2014(2)：47-48.

[4]石堃.淺談農村公路橋梁設計的問題與改進[J].中國公路,2012(S1)：190-192.