公路橋梁安全性和耐久性設計中的問題及對策

李東

（深圳市特區(qū)建工集團有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

設計是工程建設的核心，是保證工程安全與耐久性的根本，因此，在公路橋梁的設計中，科學合理的設計是必不可少的。設計人員在進行公路橋梁的設計時，應從多個角度進行深入分析，以達到合理設計目的，協(xié)助后續(xù)工程的建設。在進行公路橋梁的安全與耐久性設計時，設計人員應充分認識各種影響因素，在設計過程中加以注意，從而降低事故的發(fā)生。

1 公路橋梁安全性和耐久性設計概述

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的公路橋梁建設規(guī)模越來越大，對設計和施工要求也越來越高。作為衡量橋梁質(zhì)量的重要標志，橋梁的安全性和耐久性應該從橋梁的結構設計開始就受到重視。在相關領域中，公路橋梁的安全性和耐久性設計是建立在施工技術基礎上，以確保工程結構穩(wěn)定耐用，并根據(jù)施工現(xiàn)場的環(huán)境特點，對其結構、造型和工藝進行設計。特別是對公路橋梁的安全和耐用性的研究，不僅要從結構力學和工程技術的角度保證其穩(wěn)定可靠，而且要考慮到耐用性和施工工藝的合理性，從而提高其在不同環(huán)境下的適應能力，延長使用年限。具體來說，公路橋梁是一種從總體到局部的復雜結構，應該根據(jù)安全可靠和經(jīng)濟耐用的基本原理，進行力學分析、科學計算，以避免影響橋梁的施工質(zhì)量，提高對環(huán)境的適應能力。

2 影響公路橋梁設計安全性和耐久性的設計因素

2.1 結構合理性

由于很多公路橋梁需要跨越山谷和河流，因此如何在既能保證自重荷載和行車荷載的前提下，又能有效地降低成本，還能最大程度地減小對周圍環(huán)境造成的不利影響，是目前我國公路橋梁設計的主要課題。公路橋梁的結構合理性直接關系其承載能力、穩(wěn)定性，從而影響安全性、使用壽命。

在現(xiàn)代常用的橋梁結構有梁式橋和拱式橋。梁式橋可以具體地分成簡支梁、連續(xù)梁、懸臂梁等多種結構，適合于不同的場合和不同的施工規(guī)模。在實際工程中，如果橋梁結構不夠科學，不僅會對其承載力、穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，還會對其使用壽命和安全性產(chǎn)生一定的不利影響[1]。

2.2 材料及工藝設計合理性

在公路橋梁設計中，應根據(jù)橋梁的構造形態(tài)和體量來確定其施工技術和所使用的施工材料。若選用不合理的材料、不科學的工藝，將會對橋梁的安全與耐久產(chǎn)生不利影響。比如，公路橋梁的抗裂性非常重要，如果預應力鋼筋混凝土受彎構件抗拉強度不足，容易造成構件開裂。有些預應力可以用正截面拉應力來實現(xiàn)，但這需要對應力值進行精確調(diào)節(jié)。如果公路橋梁跨度過大，必須按照全應力構件進行合理的設計，這樣才能更好地保障其安全性和耐久性。

2.3 環(huán)境因素

公路橋梁工程的施工，必須要考慮現(xiàn)場施工情況，了解地質(zhì)結構和氣候條件，根據(jù)需求做好橋梁設計，選擇合適的施工工藝。其中，地質(zhì)結構很容易影響公路橋梁的結構，還會影響橋墩工藝，環(huán)境溫度等變化，會影響橋梁結構、焊接工藝以及材料性能。因此，設計人員進行公路橋梁安全性和耐久性設計過程中，必須要考慮各方面因素的影響[2]。

3 公路橋梁安全性、耐久性不足的原因

3.1 設計方案不夠科學合理

公路橋梁設計必須要符合可持續(xù)發(fā)展理念，選擇科學合理的方案，滿足經(jīng)濟性要求以及科學性要求。但是，在設計過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)設計不合理的情況。主要是由于很多設計人員過于注重結構強度，忽略了雨水、風沙等自然環(huán)境所造成的影響，導致耐久性下降，出現(xiàn)鋼筋腐蝕、混凝土脫落等情況，影響使用壽命。除此之外，公路橋梁設計對于設計水平要求較高，設計人員在進行設計過程中，必須要認真勘察施工現(xiàn)場，對結構強度進行精確計算。但是有些設計人員比較粗心大意，導致設計過程中出現(xiàn)偏差，設計方案在落地過程中與實際情況不符，嚴重影響公路橋梁的穩(wěn)定性。橋梁鋪裝層設計對于安全性和耐久性非常重要，是荷載的承受層，在大規(guī)模橋梁施工中，要進行鋪裝設計。部分設計人員不重視鋪裝設計，造成橋梁鋪裝層容易出現(xiàn)斷裂情況，影響耐久性[3]。

3.2 施工管理水平不高

導致橋梁出現(xiàn)安全事故的主要原因是施工質(zhì)量不到位，所應用的施工工藝流程不正確、不科學，施工管理不足，主要表現(xiàn)有：第一，個別施工隊伍的門檻較低，施工人員水平參差不齊，缺乏責任心，安全意識不到位，施工作業(yè)不規(guī)范，造成施工中出現(xiàn)安全問題和質(zhì)量問題。第二，有些施工企業(yè)存在偷工減料行為，為了提高經(jīng)濟效益，采用質(zhì)量不合格的材料，在施工中為了追趕施工進度，壓縮工期，管理人員管理水平不高等，這些問題都嚴重影響了施工質(zhì)量。第三，很多施工企業(yè)不重視質(zhì)量和安全檢查，很多檢查過程流于形式，責任落實不到位，不能充分發(fā)揮作用。

4 提升公路橋梁耐久性和安全性的設計方法

4.1 上部結構設計

公路橋梁結構設計中，設計人員要實地考察，根據(jù)實際需求設計結構的受力，選擇合適的施工工藝，對各影響因素進行優(yōu)化。對于比較平緩的區(qū)域在進行中小型公路橋梁施工中，可以選擇簡支空心板結構，該結構的跨度比較小，方便施工，既能夠確保橋梁功能，又能降低施工成本。但是簡支空心板結構不適合跨度比較大的施工區(qū)域，也不適合比較復雜的施工環(huán)境。對于施工跨度比較大的場所，可以應用T 梁結構，在設計中增加跨徑，充分體現(xiàn)T 梁結構的優(yōu)勢，對工程結構進行優(yōu)化，節(jié)約施工成本[4]。除此之外，T 梁屬于曲線梁，結構受力平衡性和抗扭能力有限，會影響下部結構穩(wěn)定性。因此，小彎矩曲線橋工程適合應用直梁結構，在合理范圍內(nèi)對翼緣板寬度進行調(diào)整，優(yōu)化曲面橋平面線形，改善T 梁橋彎矩不足的問題。

4.2 下部結構設計

對于公路橋梁工程而言，下部結構設計非常重要，能夠?qū)φ麄€建筑起到支撐的作用，因此要做好橋墩選型設計，根據(jù)施工場所地址條件和上部結構特點進行設計。在橋梁工程中，雙薄壁墩和柱式墩較為常見，柱式墩操作比較簡單，同時外觀良好，具有一定的美觀性。在設計過程中，為了保證橋墩穩(wěn)定性，可以增加橫截面，對鋼管外包、碳纖維結構進行加固。鋼管外包的加固可以應用橢圓形鋼管，碳纖維材料的加固要根據(jù)實際情況選擇合適材料[5]。除此之外，還可以通過增加墩地接觸面積的方式進行加固，全面提升橋墩支撐力，避免橋梁結構變形。

4.3 加強工程隔震設計

對于工程的降震設計，要將降震結構設置在結構之間，提升結構阻尼，降低能量輸出，全面提升結構整體穩(wěn)定性。公路橋梁受到車輛荷載以及地質(zhì)環(huán)境影響，會影響結構穩(wěn)定性，所以必須要降震設計，要根據(jù)公式對剛度進行計算，選擇恰當?shù)母粽鹧b置。與此同時，設計人員必須要充分重視橋梁附屬結構的設計，橋梁附屬結構有很多種類，要考慮限位裝置、伸縮縫等，可以應用時程分析法進行分析。影響結構性能的主要因素有細部構造，所以在設計時要加大對細部結構性能的研究，切實提升設計有效性[6]。

4.4 合理選擇和配置施工材料

很多公路橋梁建設工程規(guī)模比較大，會應用到大量混凝土，混凝土材料質(zhì)量直接影響工程整體建設質(zhì)量，因此，要選擇合適的混凝土配合比，采用高質(zhì)量材料，控制水泥、添加劑以及水等材料用量。在正式施工之前，要做好工藝性試驗，認真分析設計和實際施工之間的差異，根據(jù)實際情況調(diào)整方案，選擇合適的配合比。為了提升混凝土耐久性，要對鋼筋進行保護，防止鋼筋與氧氣接觸的部位出現(xiàn)銹蝕，要認真做好混凝土養(yǎng)護以及支模工作，能夠有效避免混凝土表面受損或者產(chǎn)生裂縫（如圖1所示）。此外，為了提高設計質(zhì)量，還要健全路橋設計體系。設計人員要不斷學習先進設計理念，并且應用到設計過程中，積累豐富的經(jīng)驗，根據(jù)實際施工情況，形成具有特色的設計體系，保證路橋工程耐久性和安全性。

圖1 橋梁裂縫

4.5 重視結構耐久性設計

公路橋梁的施工容易受到人為因素和自然環(huán)境因素的影響，會造成材料或者構件被損壞，影響耐久性。設計人員進行設計過程中，如果不重視耐久性，會導致設計存在較大缺陷，造成經(jīng)濟損失。例如：車輛超重或者超載都會影響橋梁結構耐久性，會增加橋梁疲勞應力，久而久之就會破壞橋梁結構，從而引發(fā)交通事故。所以，設計人員要考慮疲勞損傷規(guī)律，應用恰當?shù)脑O計方法，選擇符合要求的材料，合理設計，防止橋梁出現(xiàn)疲勞損傷。

4.6 更新設計理念，優(yōu)化設計方案

以往在很多橋梁結構部分設計過程中，設計人員大多較為重視結構穩(wěn)固性，對強度和承載力要求比較高，忽視視耐久性設計，這樣會縮短橋梁使用壽命。現(xiàn)階段，橋梁的分為大跨度橋梁和標準跨度橋梁。大跨度橋梁施工難度比較大，施工成本高，較少應用。標準跨度橋梁施工比較簡便，成本比較低，可以應用預制拼裝結構，所以應用較為廣泛。設計人員要研究國內(nèi)外橋梁設計方案，分析優(yōu)缺點，總結經(jīng)驗，取長補短，提升橋梁耐久性和安全性[7]。

設計人員的設計理念對于安全性和耐久性有很大影響，必須要有責任感，有耐心，全面了解影響因素，規(guī)范設計，提高自身專業(yè)知識和素養(yǎng)，在施工中也要做好監(jiān)督和審計工作，要防止因為設計人員的失誤導致出現(xiàn)問題，影響安全性和耐久性。對于橋型的選擇，要充分考慮施工場所的地址條件、交通量等綜合因素，例如：拱橋主要采用圓拱形，延性比較好。車輛行駛過程中所產(chǎn)生的向心力能夠讓車輛和橋面緊密接觸，當出現(xiàn)自然災害時，拱橋所具有的韌性和延性能夠防止橋梁倒塌或者斷裂，提升安全性。

4.7 提升設計人員設計水平

為了提升公路橋梁設計安全性和耐久性，必須要提高路橋設計人員的專業(yè)素質(zhì)，要加強對設計人員進行專業(yè)教育培訓，提高設計人員的設計水平，讓設計人員可以學習和了解先進設計理念，防止因為設計人員業(yè)務水平不高，影響路橋設計耐久性和安全性。作為設計人員，必須要充分認識到設計的重要性，對耐久性和安全性設計進行研究，要提高專項研究能力，在設計過程中，不僅要考慮路橋工程的使用年限，還要重視荷載強度及各方面因素影響。

目前，我國有一些關于公路橋梁設計使用年限的規(guī)定，但是在實際設計中，仍存在部分路橋工程的使用壽命無法達到規(guī)定標準。

首先，設計人員要了解相關標準，注重路橋設計中的耐久性和安全性設計，從設計上提升路橋設計水平，延長路橋使用壽命。

其次，要重視對路橋設計人員的專項培訓，路橋設計較為冷門，從事人員較少，很多高校也沒有相關課程，直接影響了設計人員專業(yè)素質(zhì)的提升，所以，高校要重視對設計人員的培訓，高校可以和設計機構合作，進行協(xié)同辦學，高校向設計企業(yè)輸送高質(zhì)量設計專業(yè)學生，讓學生能夠在實踐中積累設計經(jīng)驗，將理論知識進行應用。通過協(xié)同辦學，可以為設計企業(yè)儲備高端人才，還能夠為高校路橋設計專業(yè)學生提供實踐機會，切實提升設計人員專業(yè)素質(zhì)。

再次，作為公路橋梁設計企業(yè)要為設計人員提供更多學習機會，可以與相關部門進行聯(lián)合辦學，讓設計人員能夠利用業(yè)余時間進行學習。

最后，設計企業(yè)要對新入職的設計人員進行崗位培訓，避免讓新入職人員獨立進行設計，保證設計的有效性。

5 結語

綜上所述，公路橋梁設計中，設計人員要充分考慮各方面要素，不斷學習先進設計理念，積累豐富經(jīng)驗，全面了解施工情況，不斷優(yōu)化設計，保證公路橋梁設計安全性和耐久性，為后續(xù)工程建設質(zhì)量提供支持和保障。