關于路橋設計中的安全性和耐久性研究

丁文良

河南銳浩建設工程勘察設計有限公司 河南南陽 473000

隨著社會的發展，我國科技水平逐步提高，交通運輸發展愈發迅速，城市橋梁與道路已經成為推動經濟發展，滿足人們出行需求的關鍵。路橋工程建設隨著交通工程的快速發展而日益崛起，無論是工程規模還是要求都在不斷提高，對路橋設計無疑提出了更高的要求，尤其是在保證路橋安全性與耐久性方面，亟須通過相關措施的采用來解決所有可能對安全性與耐久性造成的因素、問題[1]。

1 路橋設計中安全性和耐久性的設計原則及思路

1.1 遵循設計原則

在該橋梁工程設計中，結合所處城市地形、環境、施工特點、水文地質、使用要求等內容，工程總體設計需遵循以下原則：

（1）設計方案需滿足城市化工程建設需求，以安全性和功能保障為前提，對建設規模加以控制，嚴格執行“耐久適用、技術先進、美觀協調、安全可靠、環境保護、經濟合理”的原則。

（2）該橋作為標志性建筑，需加強對橋梁景觀的設計，做到造型美觀簡潔，與周圍環境、建筑相協調，體現出區域人文特色。

（3）設計方案應當吸取新工藝、新理念、新材料及先進經驗成果，并對施工可行性、維護便利性及結構耐久性加以考慮，選擇合適的橋梁材料和結構形式。

（4）加強城市橋梁保通，在設計施工橋梁中，可應用車輛借道繞行、左右幅同時施工的模式，不僅可以保障橋梁順利建設，迅速建成，還能確保兩岸交通通暢，減少對人們出行的影響。

1.2 完善設計思路

橋梁工程對人們的出行具有較大影響，在設計中應完善相應思路，可從以下方面出發：

（1）設計中對于不規范的地方及時調整。在橋梁設計中，選擇經驗豐富、基礎扎實的設計人員設計多套工程方案，通過比選的方式，根據工程不同階段、內容及施工范圍制定方案，由審查委員會確定，在初選之后，通過圖片、模型的方式對工程進行展覽，邀請專業技術人員及專家對橋梁設計進行分析。

（2）完善規章制度。在橋梁工程設計中，需構建完善的管理制度，保證設計有據可依。在本工程市政橋梁設計中，結合實際情況，將設計思路、創新技術等與施工工藝、施工水平相結合，保證其達到預期效果，并提高橋梁設計標準，保證工程能夠按照圖紙操作，以提高工程質量。

（3）培訓設計人員。通過培訓設計人員，完善其知識結構，使其深入了解橋梁特點，通過與施工人員、勘察人員溝通，以全局出發，對各個環節加以重視，并明確所需機械設備及材料，隨橋梁變化進行橋梁設計[2]。

2 影響路橋設計中安全性與耐久性的主要因素

2.1 方案欠合理

路橋設計中，保證其安全性與耐久性為基本要求，而決定路橋安全性與耐久性的關鍵是設計是否合理。在路橋工程建設中，設計是十分重要的環節，對工程建設質量有直接影響。部分人員在工程建設過程中，沒有充分考慮施工和需求之間的結合，對工程建設施工造成影響，降低工程經濟效益，并產生安全性與耐久性方面的問題。

2.2 施工能力不足

路橋一旦發生坍塌事故，將對人們生命財產安全造成極大威脅，調查與統計結果表明，近五年一共發生了30起橋梁坍塌事故，由此造成的傷亡與經濟損失均無法挽回。路橋坍塌的主要原因為安全性與耐久性較差，而導致安全性與耐久性較差的主要原因是施工能力不足。

2.3 未對路橋養護引起足夠的重視

路橋養護可以有效延長路橋使用壽命，提高路橋耐久性，所以路橋養護至關重要，必須引起足夠的重視。然而，從當前的實際情況看，很多路橋建設參與單位都沒有重視路橋養護，養護意識嚴重缺乏，工程建設完成后未能及時開展各項養護工作，導致路橋處于不利狀態[3]。

3 提高路橋設計中安全性和耐久性的措施

3.1 抗震結構設計

在橋梁抗震設計中，可通過創建有限元模型檢查地震模型橫截面最薄弱的部分。在應用過程中，利用SAP2000有限元分析軟件構建幾何模型，輸入橋梁材料屬性、截面屬性、單元屬性、工程進程及反應譜等，通過動力特性分析、時程分析、反應譜分析的計算模式，輸出該橋梁設計中的地震響應、滯回曲線等。按照地震要求進行橋梁結構計算，以此對其他部分進行抗震分析，保證其符合抗震要求。通過此種方法可提高建筑抗震特性，改變其結構自然振動周期，以免發生地震后產生共振，且利用地震結構特點，以螺旋標準的扭轉尺寸及整體穩定性設計橋梁抗震結構[4]。

3.2 抗疲勞損傷設計

路橋施工后需要吸收的動態負載量過大，不可避免地會產生疲勞損傷。當前大部分橋梁工程選用混凝土、鋼材等材料，這些材料具有不規則連續性，易產生裂縫，項目如若未能及時處理檢測，則會影響其安全性。因此，本工程中要求設計人員對工程疲勞參數認真進行計算與驗證，多方位模擬混凝土的抗壓性、抗侵蝕性，以多角度試驗考察獲得的混凝土質量比，通過沖擊試驗，確定常溫下鋼材存在脆性，所以，為保證橋梁安全，選擇低系數、低韌性材料，為結構安全性提供支撐。在材料選擇中，選用高性能鋼，其結構具備良好的耐蝕性與可焊性，使用環氧樹脂將鋼筋與鋼絞線包覆，避免鋼筋腐蝕；混凝土選用高性能混凝土，在路面上選用環氧瀝青混凝土，以增強該工程路面耐磨性、強度及密實度。在此過程中，應嚴格根據國家規范展開設計，避免出現成本控制與設計要求不符的情況[5]。

3.3 提高載荷能力

在市政路橋工程中，荷載能力對其耐久性、安全性具有較大影響。市政道路普遍存在超載情況，外部壓力過大，超過路橋承載力，則會引發質量問題，進而導致耐久性與安全性降低。因此，在該工程設計中，應當提高橋梁承載力，在了解工程通行量的基礎上，通過限重、限高方式應對超載情況，以免造成橋面損傷。并且設置專用公交車道，分散路面壓力。

3.4 增加混凝土保護層

保護層作為保護混凝土與鋼筋之間粘結強度地屏障，同樣可保護鋼筋免受腐蝕，避免有害介質入侵至內部。經研究可知，擴散氯離子至鋼筋表面時間與保護層厚度成正比，擴散二氧化碳速度也與保護層厚度有密切聯系。通常，保護層越厚，則鋼鐵表面免侵蝕時間越長，可降低鋼筋腐蝕率，提高耐久性。因此，工程中可適當增加混凝土保護層厚度，以提高其結構耐久性。本工程在材料選擇中，應用高性能混凝土，且在路面上采取環氧瀝青混凝土，以增強其密實度與耐磨性。

3.5 結構與構件選型

選用箱型截面，以提高整體結構剛度，減少疲勞振動。選用全預應力結構，在主橋結構的水平及垂直構件上添加預應力，以避免出現結構性裂縫。在設計構件斷面中，選擇恰當的鋼筋間距，以適應混凝土骨料粒度、強度及密度分布，棱角外觀斷面也應當增強混凝土密度強度。橋梁結構設置抗剪切、防滲透與拉伸的防水層，瀝青混凝土與防水涂層兩者之間的附著力需大于鋼筋混凝土與瀝青混凝土路面之間的附著力。伸縮縫作為橋面設計的重要部分，對橋梁靈活性具有直接影響，工程中選用橫向且兩端有翹頭的伸縮縫，整體結構構成閉合良好的U形槽，以避免橋梁伸縮縫排水泄露至墩蓋梁上。并且，在鋪裝橋面頂面時，特別是連續梁負彎矩截面，需做好防水層設置，以免梁內滲水，設計排水需在伸縮縫環節加強[6]。

3.6 優化施工工藝

在攤鋪施工前，應當做好系統全面檢查，內容涉及攤鋪機械與路面基層，在使用攤鋪機械前應做好預熱處理，設定時間超過1h，實際溫度超過100℃。此過程中，重點在于檢查攤鋪機械，保證振搗裝置始終處于有效工作狀態，保證路面達到設計平整度、高度及密實度，在攤鋪路面中應選用改性粉質黏土，且保證其具有可攤鋪性，以免產生整車料或大面積麻面問題。當做好攤鋪檢查后，即可展開攤鋪作業，現場安排1-2人負責檢查，防范施工人員、車輛及其他機械碰撞鋼絲或支撐桿，開始攤鋪施工時，需檢查混合料溫度確保其超過150℃，以提高施工質量。

3.7 做好混凝土材料的應用

鋼筋如果和空氣長期接觸，并受到雨水的浸泡或沖刷作用后，將產生銹蝕，鋼筋一旦銹蝕，不僅抗壓及抗拉能力會大幅下降，直接對橋梁結構承載能力造成影響，對鋼筋結構整體堅固性造成很大的影響，產生安全隱患或問題。對此，為防止鋼筋銹蝕，對設計人員而言，應做好相關設計，保證混凝土保護層厚度合理性，滿足規范和施工要求。除此之外，設計人員還需不斷加強技術創新與新材料的應用，從而提高混凝土結構穩定性。以某沿海地區的路橋工程為例，在設計中應充分考慮潮濕條件下鋼筋與混凝土容易產生銹蝕的特性，以此提高整個路橋結構的性能與質量。在條件允許的情況下，可使用高性能混凝土來取代傳統混凝土，利用高性能混凝土具有的高密實度、高耐久性、高工作性和穩定性來防止鋼筋受潮銹蝕從而保證鋼筋混凝土結構的安全性延長其使用的耐久性。

3.8 引入先進的技術手段與管理方法

如今，電子信息技術正快速發展，這對設計和管理人員而言，除了能采用這些先進技術進行日常監督，還能提高信息處理水平，保證信息傳輸效率和質量。路橋工程建設過程中，應高度重視和先進技術之間的結合，最大限度發揮各項先進技術的作用功能，通過對先進技術的合理應用使路橋的設計方案得以全面優化。比如，為提高路橋工程建設質量，除了要對工程設計引起足夠的重視，還應加強實際的管理力度。在預應力管道的設計與施工過程中，應對其預拱度設置與調整引起足夠重視，同時以此為基礎確定適宜的張拉強度，加強對拱度的有效控制。在此環節當中，可利用計算機軟件進行，根據實際情況進行必要的模擬實驗，采用實驗的方式除了能保證生動性，而且效果相比于傳統的方式更加顯著。另外，對路橋的下部結構進行施工的過程中，應嚴格按照規范的路程進行，和施工實際情況應做到完全相符，防止設計和人為方面的因素對工程建設造成影響，需對施工中包含不同結構坐標實施反復的確認，以保證實際工程質量和路橋結構的安全性及耐久性[7]。

3.9 充分吸取國內外相關成功經驗

盡管在路橋工程的建設方面我國在最近幾年得到了突飛猛進的發展，但在實際情況下，依然存在一些不足和問題，對路橋工程建設質量及設計成果的安全性及耐久性造成影響。對于此，可充分參考借鑒國內外相關成功經驗，通過對這些成功經驗和案例的學習掌握，除了能延長路橋結構使用壽命，還能幫助相關技術人員準確且全面地樹立起觀念意識，從設計中的不同方面入手保證路橋設計的安全性及耐久性，在實際工作中應和相關部門之間做好聯系溝通，無論相關規章制度或管理水平，都需要得到不斷地提高與完善，借鑒和學習先進的做法及技術方法，為國內路橋工程建設和設計提供參考借鑒，起到促進工程建設與設計不斷發展的作用，保證路橋設計成果的安全性及耐久性。

4 結語

為滿足時代發展，我國道路橋梁建設規模及數量不斷增加，促進了我國經濟發展，改善了城市交通。但是，道路橋梁在建設中也存在一定的風險，在設計中應結合實際情況，從抗震性設計、抗疲勞損傷設計、提高載荷能力、增加混凝土保護層、結構與材料選擇及優化施工工藝這幾方面出發，提高市政路橋工程安全性及耐久性，以提高工程質量。