山區高速公路橋梁設計的安全性及耐久性問題探討

王宏

（甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，蘭州730030）

1 山區高速公路橋梁耐久性與安全性現狀

近年來，隨著我國公路橋梁工程的增加，相關部門越來越重視公路橋梁耐久性與安全性問題。當前我國高速公路橋梁在縱向的橋梁強度設計方面技術較為全面，但對于橫向時間線上的使用考慮不足，一定程度影響公路橋梁使用壽命，進而增加安全事故發生率。尤其是山區高速公路橋梁設計，由于水文、地質、地貌、地形等條件，山區高速公路橋梁建設差別于平原地區，設計過程中存在考慮不周等問題，增加了山區高速公路橋梁事故發生率，因此，需要重點考慮以上因素可能造成的某些特定影響【1】。

2 山區高速公路橋梁設計存在的問題

2.1 安全性問題

1）施工管理與施工水平有限，根據綜合分析國內多個高速公路橋梁事件，施工管理疏忽與建設中的不合規性是造成不良事故的主要因素。在公路橋梁建設中，沒有嚴格依照設計、規范等相關要求進行管理與施工，導致公路橋梁存在安全隱患，主要問題體現在材料以次充好、偷工減料等方面【2】。

2）缺乏完善的山區道路橋梁構造體系與設計理念，在進行高速公路橋梁設計時，選擇合理的結構方案是首要任務，需要對構件與連接、結構等進行分析；但在實際山區高速公路橋梁建設中，存在諸多問題，如設計人員考慮不夠充分，過度依賴計算機軟件系統，并未充分考慮結構材料、結構構造、結構體系等因素，另外，整個項目從設計到施工，容易受到人為因素的影響，例如，混凝土等級不夠、設計圖紙表達不明確、不能充分認識山區高速公路橋梁整體結構，進而導致項目安全性問題受到影響。

2.2 耐久性問題

1）目前，我國公路橋梁設計中，在施工技術、施工人員、材料等施工監督與安全存在較多問題，如偷工減料，造成公路橋梁耐久性問題，導致設計工程無法達標。另外，施工人員技術水平有限，施工時無法達到技術標準要求，導致公路橋梁存在質量問題。

2）超載問題嚴重，一般情況而言，可將公路橋梁超載分為3 種情況：一是司機的違法行為，對橋梁結構造成損壞，導致橋梁使用壽命縮短；二是公路橋梁荷載與流量出現變化，導致公路橋梁超負荷工作，損害橋梁耐久性；三是公路橋梁使用超過年限，一般這種情況較為少見。

3 應對措施

3.1 耐久性問題應對措施

3.1.1 進一步完善橋梁設計構造

適當加大混凝土保護層厚度，一定程度使混凝土保護層碳化概率降低，預防鋼筋鈍化膜受損。一般而言，混凝土結構發生開裂是造成混凝土結構破壞與損傷的開始，然后逐步惡化發展。同時，這種裂隙會加劇混凝土結構的損害，加劇雨水對混凝土結構的侵蝕，進一步破壞混凝土結構，形成惡性循環。通過提高混凝土結構，保證橋梁結構的正常性能，有助于延長橋梁的耐久性。此外，需要加強混凝土結構裂隙的控制，從構造方面入手消除隱患。加強運營管理部門管理，定期對公路橋梁進行檢測、維修、養護等，并詳細記錄公路橋梁使用情況。在運營過程中，需要高度重視公路橋梁支座耐久性，滿足結構使用規格與要求，有助于提高公路橋梁耐久性，延長使用壽命。

3.1.2 設計方案創新

近年來，社會各界對山區高速公路橋梁耐久性性問題關注度越來越高，在當前建設工作中，橋梁設計單位、監理單位、施工單位等相互之間溝通越發頻繁，這在一定程度上可以提高建設工作的合理化與科學化。因此，為進一步提高山區公路橋梁耐久性，還需提高施工人員專業水平，定期對其進行培訓，做到在加快施工進度的同時，保證施工質量。

3.1.3 設計理念創新

在長期的發展歷史中，公路橋梁設計都在發展、應用、研究、借鑒等過程中得到進步。因此，要進一步提高對橋梁結構的重視度，總結設計經驗與以往成功案例，對其深入剖析，進一步完善自身公路橋梁設計理念與知識范疇，促使設計理念不斷更新，逐步發揮創造出適合時代需求的理念與體系，從根本上提高山區公路橋梁耐久性。

3.2 安全性問題應對措施

3.2.1 提高公路橋梁抗震性

一是從構造細節方面提高抗震性，結合相應的措施，保證結構的安全性；二是從總體方面設計，即從計算分析、結構設計、結構選型上考慮，盡可能采用連續結構，以3～4 孔為最佳橋梁聯長，設置多個制動墩，提高公路橋梁抗震性，分散地震力，強化制動墩基礎，多做中小跨徑、控制大跨徑，保證山區公路橋梁“大震不倒、中震可修、小震不壞”。在具體布孔與選擇下部結構形式時，避免出現同一聯橋跨中縱向墩高過大差異及同一橋墩橫向墩高過大差異，保證抗震安全性。

3.2.2 泥石流溝

由于山區特殊的地形與地貌，一般橋梁需要橫跨溝谷，且大部分溝谷均存在泥石流風險，尤其是針對大、中型泥石流溝，在進行公路橋梁設計時，需要將這些因素特別考慮在內。針對這些情況，可通過適當改溝、增加橋墩防護、避免橋墩落在泥石流溝附近與溝底、極大跨徑等措施，來加強其安全性。

3.2.3 重視公路橋梁結構疲勞損傷

山區高速公路橋梁所應對的環境復雜，所承受的風荷載、車輛荷載都會對公路橋梁使用安全性造成影響，都屬于動荷載，可對公路橋梁結構內產生的應力呈循環變化，在對公路橋梁結構造成震動影響時，對結構造成持續性疲勞損傷。在實際工程建設中，公路橋梁所使用的材料存在許多微小缺陷，并非是連續的、均勻的，因此在循環動荷載因素影響下，公路橋梁逐步形成損傷，隨著使用年限的增加，公路橋梁內部材料逐步形成宏觀裂紋，可誘發結構、材料發生催醒斷裂，造成嚴重安全隱患。

由于導致公路橋梁結構疲勞損傷的因素眾多，早期難以被察覺，往往造成不可逆轉的嚴重后果。因此，在剛橋設計中，疲勞損傷問題一直備受關注。近年來，由于疲勞損傷引起的重大垮塌事故頻發，社會各界及專家學者對其關注度不斷提高，關于疲勞損傷的研究不斷增多，即便目前已進入混凝土結構，仍還需進一步重視提高對于使用期受腐蝕的鋼筋混凝土結構的疲勞性能、動態性能方面研究，深入了解公路橋梁材料疲勞損傷，做好防護工作，提高公路橋梁安全性與使用年限。

4 結語

山區公路橋梁建設工程，由于其微丘、山嶺等特殊性地貌，以及運輸條件限制、沿線地質復雜等特性，導致公路橋梁建設工程難度大，導致工程項目安全隱患多、使用壽命較低等。因此，在不同跨徑橋梁需要采取針對性的措施，如跨徑40～50m 公路橋梁需要使用預應力混凝土T 梁，對于20～30m 跨徑公路橋梁需要使用預應力混凝土小箱梁。此外，還需加強施工動態設計與地質勘探，在明確地質環境等綜合條件下，合理設計公路橋梁，提高其使用安全性與耐久性。