公路橋梁設計中的安全性和耐久性探討

納小剛

（青海西拓交通工程咨詢有限責任公司 810000）

0 前言

我國每年因交通事故引發的人員傷亡數量是非常驚人的，造成如此多的交通事故除了司機方面的原因，還有因為公路橋梁工程建設的耐久性以及安全性的原因。因此，在公路橋梁工程的設計過程中，對于其設計的耐久性和安全性方面的考慮必須要格外重視，以保證公路橋梁工程更好地為人們服務，為社會發展貢獻出應有的價值。

1 保證公路橋梁設計安全性、耐久性的意義

對于公路橋梁來講，公路橋梁是供公路或市政道路跨越河流、山谷或其它交通線使用的具有承載力的專門的人工構造物，具有連接不同地面交通的功能。在改革開放以后，隨著我國交通建設速度的不斷提升，使得其規模、數量等方面有了明顯的提升。但是因受到社會快速發展的影響，對交通質量、功能等方面的要求有了明顯的提升。尤其是對于公路橋梁的安全性與耐久性來講，直接影響到了后期的使用。公路橋梁安全性是從橋梁的結構、承載能力等方面的評定，而在對橋梁質量進行評定時，則是從結構合理性、結構重要系數等來提出的，在安全模型、采集數據樣本等環節中則需要針對應力、扭矩等進行分析。公路橋梁的耐久性則是從正常條件下橋梁在正常使用狀態時的時間長度和頻率、次數。在理論層面中則是針對材料、工藝含量等來說的。可以說公路橋梁的安全性、穩定性屬于同一問題中的兩個層面，不論是哪一個層面，一旦出現問題都會對群眾的生命財產安全產生直接的影響。加之公路橋梁有著投資大、周期長等特點，如果在開展建設施工前沒有做好全面的規劃與設計，那么勢必會在后期施工中出現秩序混亂、交叉施工等問題，甚至還會對經濟效益、社會效益等方面產生出一定的影響。因此在公路橋梁設計中需要從整合文獻資料出發，做好實踐調查與研究工作，找出目前公路橋梁設計中存在的問題，在轉變傳統設計思想與認知的基礎上做好調整工作，確保公路橋梁設計的合理性，滿足施工要求[1]。

2 公路橋梁安全性與耐久性的影響因素

2.1 設計理念滯后

近年來，雖然我國公路橋梁施工工藝得到了快速發展，但對于偏遠地區或自然環境較差的地區低等級公路的橋梁，其相對應的設計理念卻未能實現同步發展，與國際先進水平相比仍存在較大差距。設計理念的滯后導致設計工作者在進行公路橋梁設計時，將公路橋梁的安全系數取過大值，導致橋梁結構的構件尺寸、材料標號、鋼筋用量均偏大。此種情況一方面會導致公路橋梁設計的經濟合理性相對降低，另一方面也會導致設計方案中對公路橋梁的耐久性存在一定忽視情況，這不利于保障設計方案中公路橋梁的耐久性[2]。

2.2 設計方案不合理

通常來說，在進行公路橋梁設計時應對技術可行性、成本控制等諸多方面的內容進行綜合考慮，并依據相關行業規范及國家標準的要求來合理選擇安全系數。但結合實際情況來看，對于偏遠地區或自然環境較差的地區，低等級公路的橋梁設計方案、結構選擇不靈活。批量化設計導致很多橋梁結構選型不適應本道路或不適應跨越本河流結構臃腫。設計方案都過于側重安全性設計，而對于橋梁整體結構體系、使用材料、實際耐久性以及后續運行過程中的各種干擾因素所造成的影響的考慮則存在一定的不足。如此便導致公路橋梁在運營期間極易受到各種因素的影響，進而導致公路橋梁的安全性和耐久性無法達到設計預期[3]。

3 公路橋梁設計中的安全性和耐久性要點分析

3.1 轉變設計理論

應吸收國內、國際先進的設計理念，改變固有的設計方式和思路。結合實際情況，針對每座橋梁的實際環境和建設條件，從適應性和限制條件研究，找到橋梁建設的工藝、材料、結構選型，保障設計理論的合理性和有效性。此外，在進行設計理論轉變時還需要以公路橋梁的安全性、耐久性為出發點，確保新設計理論能夠滿足橋梁安全性、耐久性設計的相關要求，最終保障橋梁的全階段質量。

3.2 完善設計方案

3.2.1 結構與選材

公路橋梁的設計結構和選材均會對公路橋梁的安全性和耐久性造成極大影響。因此，在設計過程中，設計工作者應結合建設區域的地質、地形、氣候、水、土腐蝕等諸多條件因素，合理選擇公路橋梁建設材料、完善設計結構，并且為后續施工提供指導，設計工作者還需要對各種材料的質量、規格以及產地等諸多內容進行嚴格限定，在一定程度上避免施工中的偷工減料情況。

3.2.2 重視疲勞損傷設計

在公路橋梁運營期間，橋梁在承受自重荷載和車輛、人群等荷載的影響，梁板處在一個彈性的工作狀態，公路橋梁所承受到載荷變化將會引發公路橋梁結構的振動，長此以往之下便會導致公路橋梁出現疲勞損傷問題，該些問題在積累到一定程度上以后便會導致公路橋梁出現裂縫等嚴重質量問題，最終影響公路橋梁的安全性和耐久性[4]。對此，設計工作者需要以設計方案為基礎，通過仿真模擬技術等新型技術對設計方案進行仿真模擬，確定公路橋梁在后期運營過程中出現的各種疲勞損傷情況，進而對設計方案進行優化，避免因疲勞損傷引發各種嚴重的安全性和耐久性問題。公路橋梁所使用的建筑材料無法完全保證其均勻性和連續性，在復雜且不斷變化的環境下極易發生擴散，產生損傷。鑒于此，為提高公路橋梁的安全性，改善這類問題，設計者在設計環節需要對橋梁結構以及在疲勞荷載的情況下橋梁的反應深入展開研究和分析，并積極尋找相關的解決措施，此外，在有充裕時間及實踐機會的情況下，還需要認真分析并考慮風力荷載和交通荷載對橋梁結構造成的影響[5]。

3.3 加強橋梁遠景年交通量的計算與應用

現如今，對于偏遠地區低等級公路橋梁特別是早期修建的橋梁，都面臨著承受載荷超過設計載荷的情況，該種情況將會嚴重影響公路橋梁的行車安全性。設計工作者需要在設計過程中根據橋梁所在地區的人口、交通情況、經濟發展、規劃等，在設計過程中加強對橋梁遠景年交通量及使用車輛的評估計算。針對不同交通量合理確定橋梁寬度、荷載、結構尺寸。針對交通量大、重載車輛多的橋梁，要保障功能橋梁綜合效益的情況下，提高公路橋梁的設計載荷，降低超載問題對公路橋梁安全性和耐久性造成的影響。針對交通量小基本無重載車輛的橋梁，設計工作者還應結合功能橋梁設計載荷情況，合理計算公路橋梁的限高和限重，避免過高或者過重的車輛在公路橋梁中行使，從而對公路橋梁的安全性和耐久性造成影響。

4 關注防腐材料的合理化應用

在設計公路橋梁的過程中，作為新時代產物，環氧樹脂涂層鋼筋的應用可有效降低周圍環境對公路橋梁的腐蝕性影響，若能夠將其合理運用，則可有效提升橋梁的使用年限，保障其耐久性，圖1為環氧樹脂涂層鋼筋。與此同時，錨頭區極易出現被腐蝕的狀況，嚴重時，甚至會導致橋梁坍塌，鑒于此，橋梁設計者可在設計環節，合理采用耐腐蝕的環氧樹脂材料將錨頭區域采用環氧樹脂涂層鋼筋，以此來降低橋梁被環境侵蝕的概率。

圖1 環氧樹脂涂層鋼筋

5 加強保護層設計

保護層設計主要針對的是鋼筋混凝土構件，避免鋼筋與大氣直接接觸造成碳化現象，如圖2所示。一般將構件內部鋼筋到構件表面的距離就是保護層的厚度，保護層厚度越大外界侵入構件內部的概率就越小，間接提高了鋼筋混凝土構件的耐久性，。但要注意保護層厚度太大也會起到反作用，受到外來壓力時，所產生的裂縫也會變大，安全性反而會降低，所以必須合理設計構件保護層厚度，針對不同地區、不同環境、不同構件，鋼筋保護層厚度必須滿足規范要求[6]。另外為了加強構件的耐久性，混凝土強度的設計也尤為關鍵，如果施工時選用的低強度的水泥，配置的混凝土卻是高強度的，那么水泥用量就會大幅增加，不僅耗費資源，而且水化熱大澆筑的混凝土構件極容易產生裂縫，相反情況也會產生弊端，因此混凝土的強度設計也要進行規范。

圖2 鋼筋保護層示意圖

6 加強維護

公路橋梁在建成投入使用后，需要進行表面防護，來延緩有害物質對鋼筋混凝土的侵蝕，提高結構物的耐久性。目前有兩個方面需要較多的表面維護，一方面是北方進入冬季下雪后表面會出現凍融破壞，積水可能滲入混凝土內部，溫度低結冰導致混凝土構件膨脹，另外在使用除雪劑后其中含有的腐蝕物質可能進行裂縫，進一步侵蝕橋梁內部結構，為橋梁安全帶來隱患，需要及時進行融雪清理，并在橋梁表面和出現裂縫處噴涂保護材料[7]。另一方面，我國氣候變化較大，沿海或盆地等城市時常會有多雨潮濕天氣，由于雨季漫長，橋梁路面長時間處在濕潤狀態，無法得到干燥，裂縫浸泡后會逐漸開裂，形成坑洼。所以要及時進行填補和維修，減少雨水對裂縫的侵蝕[8]。

7 結束語

總而言之，隨著經濟建設的進一步發展，我國公路橋梁的運行負擔正在日益加重。在這樣的背景下，需要公路橋梁工程建設具有更高的質量保證。這就需要在公路橋梁工程進行實際的設計時，多關注公路橋梁的安全性和耐久性，將更多先進的設計理念以及相關的設計創新方法合理地應用到公路橋梁的設計之中，從而使得所設計出來的公路橋梁具有更高的質量水準，在更好地保障出行人員安全的前提下，進一步提升公路橋梁工程建設的安全性和耐久性。