公路橋梁設計的安全性和耐久性研究

周龍

（江西省交通設計研究院有限責任公司，江西 南昌 330000）

0 引言

伴隨著現階段我國機動車輛總數的不斷提升，保證人民群眾的出行安全成為重中之重。針對此種情況，在公路橋梁工程設計的過程中，需要對耐久性以及安全性設計提起重視，保障公路橋梁的建設質量，為人民群眾的安全出行奠定基礎。

1 國內公路橋梁設計中的安全性、耐久性解析

近幾年來，隨著公路橋梁建設規模的擴大、數量的增長，出現了不同類型的安全事故，造成不同程度的損失。實踐調查表明，公路橋梁工程會在施工和后續投入使用期間出現坍塌事故，主要原因在于前期橋梁設計不科學不合理，或是施工期間沒能按照相關規定施工。主要體現在公路橋梁設計期間，設計工作人員沒能提起重視，忽略綜合因素的考慮，在后續的計算和核算過程中出現數據錯誤，間接導致后續公路橋梁使用壽命降低，引發坍塌事故。不難看出，隨著公路橋梁工程安全事故頻發，人們開始重視公路橋梁結構的安全性與耐久性設計。

2 公路橋梁安全性與耐久性的影響因素

首先，就一般情況而言，在公路橋梁設計完成之后需要設置試驗室，進行模型的構建，對其安全性以及耐久性進行測試，并且在測試的過程中不斷地對設計方案進行改進，重視技術可行性、成本控制的綜合考量，使最終的設計方案滿足我國現行的公路橋梁的設計標準。但從實際情況來看，在偏遠地區，施工條件較差并且地形復雜，對公路橋梁施工產生影響的因素非常多，這就導致公路橋梁在設計的過程中需要考慮的因素較多，橋梁設計的整體方案以及結構不夠靈活。很多工作人員套用單一設計模式，沒有根據實際情況進行靈活的設計，批量化的設計導致很多橋梁或公路的結構并不適合施工區域的地形。其次，公路橋梁的設計方案重視安全性設計，卻忽略耐久性這一因素。雖然已根據安全性的需要進行材料以及結構的選擇，但沒有考慮后續使用可能對耐久性產生干擾的因素，導致橋梁的整體耐久性下降。最后，在公路橋梁實際使用的過程中，經常出現大負載車輛通過的情況，這會大大降低公路橋梁使用的耐久性，使其無法達到預期的設計目標。

3 公路橋梁設計的安全性和耐久性研究

3.1 轉變設計理念

在設計工作開展的過程中，應當充分吸取國內外成功案例的設計模式以及設計理念，不斷更新施工技術、擴大施工工藝的儲備，擴展設計思路。在進行設計工作之前，應當進行充分的調查，加強對地質的勘察與地形的分析、數據的記錄及研究工作。根據公路橋梁建設地區的實際環境以及建設條件，分析對施工可能產生影響的因素，由此針對性地選取公路橋梁的結構、材料、工藝等。在設計階段開展質量管理模式的設計工作，加強對施工要點的控制。在設計完成之后與施工部門開展充分的交底工作，施工期間如果出現問題需要重新進行設計，保證設計的耐久性以及安全性。

3.2 綜合考量對耐久性產生影響的因素

工作人員在公路橋梁耐久性設計工作開展期間，要具有以施工工藝和材料標準為基礎針對性強化耐久性方案的意識，以此展開綜合考量，以公路橋梁的總體結構作為切入點，定位其中容易被忽略的位置和環節。通過綜合的分析，準確預判公路橋梁后期養護過程中可能遇到的問題或者故障，并在公路橋梁的養護方案中指明上述問題的具體處理方式，作為評價公路橋梁安全耐用性的重要依據。在公路橋梁設計過程中，盡可能全面考慮使用過程中可能遇到的問題，按部就班地開展后續維修、維護、施工管理等工作。以保證公路橋梁的應用性能為前提，結合公路橋梁應用的多方面需求，及時定位并處理公路橋梁應用中可能發生的問題。結合國家針對公路橋梁頒布的各類標準，以建設規范為基礎，應用不同類型的新技術，可以滿足后續維修、保養、檢測、加固等多方面的需求，避免對后續的使用質量和效果產生不利影響。此外，還要具有綜合評估橋梁承受災害危險的能力，也就是明確公路橋梁實際的承載力，強化結構的災害適應性能，達到延長橋梁使用壽命的效果。

3.3 適當增加混凝土層的保護厚度

鋼筋混凝土結構的穩定性直接影響公路橋梁的質量。增強混凝土層的厚度，規范設置混凝土層的相關參數，可以對公路橋梁的鋼筋起到防護作用，最大限度地降低鋼筋遭受外部侵蝕的概率。同時產生一定的約束作用，避免有害物質進入混凝土結構內部。在實際使用期間，公路橋梁所處的外部環境包含較多的氯離子，附著在鋼筋材料的表面并形成保護層。通常情況下，混凝土保護層厚度應與氯離子的濃度成正比，在保護層設置階段，要考慮這一關鍵因素，確保最終的設置成果吻合實際要求，并保證擴散效果。

3.4 提升公路橋梁截面的抗裂性能

工作人員要綜合考量截面抗震抗裂性能是否會對結構產生限制和不利影響，結合混凝土結構的裂痕狀況準確分級，經過計算與檢驗，確定公路橋梁的抗震性能是否符合要求，為公路橋梁的應用打好基礎。當前對公路橋梁混凝土一般劃分為三個級別：一級要求公路橋梁施工階段不能發生裂縫，二級要求允許存在一些裂縫和非標準組合，三級要求允許存在不同影響作用下的裂縫。這就需要工作人員提起重視，保證公路橋梁的等級與應用需求對應。

3.5 嚴格管控公路橋梁的超載問題

需要工作人員重視以下三種情況的嚴格管控。首先，明確行駛車輛是否存在自重違規的情況。其次，車流量是否嚴重超過設計規范。最后，公路橋梁是否存在超過使用年限后仍繼續使用的情況。如果存在上述三種情況，就需要當地車輛管理部門提起重視，及時應對超載現象對公路橋梁結構的影響，定期落實公路橋梁內部探傷任務，及時做好維護管理，多角度保證公路橋梁結構穩定。全面定位公路橋梁所在環境內的不利因素，通過行之有效的管控，保證公路橋梁結構穩定。加大對公路橋梁材料的關注力度，通過檢測確定存在問題的公路橋梁材料，做好配套的處理補修工作，保證公路橋梁的應用價值，滿足實際的應用需求，避免出現更嚴重的事故。

3.6 結構與選材

公路橋梁的設計結構與選材都是對其安全性以及耐久性造成影響的因素，針對此種情況，在設計的過程中，工作人員應當考慮當地的地質狀況、地形分布、降水量、氣候條件、自然侵蝕等各方面的限制性因素，合理進行公路橋梁建設材料的選擇，并對設計結構進行優化。舉例來說：進行橋梁墩施工的過程中，如果有水流經過的情況，需對臺墩進行鋼筋混凝土的澆灌工作，避免因為水體的腐蝕造成臺墩承載能力的下降。在材料的采購階段、入庫階段、入場階段做到嚴格的質量控制，安排專人進行材料的管理與檢測工作。在材料入場之前，應當在工地試驗室中進行質量檢測工作，在保證材料質量的前提下，為公路橋梁順利應用奠定扎實的基礎。

3.7 重視疲勞損傷設計

公路橋梁完成施工之后，需要對橋梁進行疲勞測試工作，因為橋梁在使用的過程中需要面對大負荷車輛的反復碾壓，公路橋梁連接處的插板處于反復的彈性工作狀態。公路橋梁所承受到的荷載變化會直接引發自身結構的振動，長期的使用會導致公路橋梁的金屬部件出現疲勞損傷，如果忽略后續的維護與保養工作，可能出現連接處斷裂、公路橋梁表面出現裂縫等各種嚴重的質量問題，嚴重威脅過往車輛駕駛人員的生命安全。針對此種情況，工作人員在完成設計方案之后，可以使用計算機仿真軟件對設計結構進行模擬，不斷調整荷載重量、使用年限等數據，預估公路橋梁投入使用后是否會出現疲勞損傷的情況，之后對設計方案進行針對性的優化工作。因此，在設計公路橋梁的寬度、荷載等指標時，應當結合公路橋梁所在區域的交通流量，如果公路橋梁位于交通繁忙區域，應適當提升公路橋梁的荷載標準，保證公路橋梁的承受能力。與此同時，導致鋼筋出現開裂引發公路橋梁坍塌事故的主要影響因素之一包含疲勞損傷，要想避免該問題，需要應用新型有效的解決方法。通過不同類型技術的使用，保障鋼筋結構自身的穩定性能滿足后續的應用需求。傳統的強化混凝土技術無法達到較為理想的應用效果，依舊存在人為損傷、材料腐蝕等問題，致使疲勞損傷逐步加劇，這就需要技術人員研究應用技術，做好技術的革新優化，積極應對鋼筋疲勞損傷等問題。

3.8 防腐材料的合理應用

在氣候條件較為惡劣的區域，公路橋梁在投入使用之后，會經受長時間雨水的侵蝕、沙塵暴的風蝕作用。針對此種情況，需要在設計過程中進行防腐材料的應用。現階段，環氧樹脂涂層作為一種新興的材料，能有效降低周圍環境對公路橋梁的腐蝕影響，如果能將其投入實際的施工中來，可對耐久性設計起到有效的促進作用。公路橋梁的錨頭區是最容易出現腐蝕的區域，在外部環境因素的長期腐蝕下，性能逐步降低，甚至導致坍塌。在設計公路橋梁的錨頭時，可以在鋼筋材料外部涂抹環氧樹脂涂層，提升鋼筋材料抵御侵蝕的能力，如圖1 所示。

圖1 環氧樹脂涂層鋼筋

3.9 加強保護層設計

鋼筋混凝土構件是公路橋梁保護層設計的重要關注點，應確保鋼筋材料與外部環境絕緣，避免鋼筋材料發生碳化。一般在設計的過程中，公路橋梁鋼筋材料構件之間的距離相當于保護層的厚度，保護層的厚度與保護性能成正比，借助厚實的保護層，最大限度地保證鋼筋的防護效果，并為構件的長久應用奠定基礎。

在設計過程中需要注意，過厚的保護層不僅會降低保護效果，還會增加構件澆灌的成本。分析主要原因為保護層厚度過大的情況下，會使鋼筋混凝土構件受到更大的外來壓力，間接提升發生裂縫的概率，不利于維持鋼筋混凝土構件的性能。要高度重視保護層的厚度參數，結合公路橋梁所在區域的基本特征、環境特性以及自身結構，進行厚度的反復試驗與修正，使其滿足施工的需要。在驗證鋼筋混凝土性能的過程中，要注意混凝土的強度因素，需要在配比的過程中加強對坍落度、強度的控制，避免使用低強度的水泥。混凝土配比完成之后，需要快速運輸到施工現場，避免長時間的運輸造成混凝土強度下降。有條件的區域，要開展鋼筋混凝土構件的預制工作，簡化施工工序，避免由于現場施工不當導致的質量問題。鋼筋保護層示意如圖2 所示。

圖2 鋼筋保護層示意圖

4 結語

綜上所述，伴隨著我國現階段市場化經濟建設速度的進一步加快，公路橋梁在基礎交通系統中扮演的角色越來越重要，良好的公路橋梁能為城市之間的互聯互通提供高質量的支持。因此，需要提升公路橋梁自身的安全與耐用性能，注重先進理念與公路橋梁設計方案的融合，真正服務于交通體系的建設，為“交通強國”的建設提供重要支撐，彰顯公路橋梁的價值。