高速公路桥梁设计中安全耐久性问题探析

【摘 要】随着国内高速公路的大量建设，桥梁施工建造也得到了迅猛发展，当前桥梁结构设计过程中，存在着这样的问题，设计中考虑强度多而考虑耐久性少；重视强度极限状态而不重视使用极限状态，而结构在整个生命周期中最重要的却恰恰是使用时的性能表现；重视结构的建造而不重视结构的维护。针对桥梁设计中存在的安全耐久性问题，分析了产生问题的原因，然后针对问题提出了相应的改进和应对措施。

【关键词】高速公路；安全性；耐久性；桥梁设计；探析

1 引言

人类跨入21世纪后，我国的大型桥梁工程如雨后春笋般大量兴建。特别是随着国际性的金融危机，我国制定了一系列的政策进行应对，其中主要的一项便是加大基础建设的投资力度，拉动内需。有的省市每年在这方面的投资数百亿人民币。但在大量新建的同时，也已经出现了许多因安全性不够、耐久性不良等而过早报废的桥梁，远没有达到服务年限就被拆。甚至有的在使用中出现坍塌造成严重交通事故和恶劣社会影响。造成桥梁安全性、耐久性不够等原因。本文从桥梁设计方面入手进行分析，提出了相应的改进应对措施。

2 安全性、耐久性不足对桥梁的危害

2.1 经济损失方面

大量的实践证明，桥梁设计中如果没有考虑好安全与耐久性问题，将会在以后的运营维护中付出惨重的代价。如北京西直门环形立交桥，为缓解日益严重的交通阻塞，在上世纪末拆除重建。在拆除过程中，发现结构大量的冻融病害，橡胶支座老化结硬，致使支座承台破裂，估计桥上的橡胶支座的使用寿命未满10a。假定该桥的原设计寿命期为50a，那么其间的支座就需要更换4―5次。

2.2 环境社会影响恶劣

很多时候，我们在不断立项新建、改建桥梁的同时，由于各种原因也在不断地加固维修甚至拆除不到使用年限的桥。为加速路桥等公共工程建设，国家现在鼓励投资公司出资并给以一定期限如30 a的经营收人作为补偿。如果没有实施提高桥梁耐久性措施，对于设计工作寿命为100 a的桥梁，很可能30 a到期后国家接收的已是一个破旧待拆的工程。

2.3 工程事故增加

据统计，桥梁工程事故的80％ 以上是由人为错误造成的，这些人为错误主要反映在结构的安全、质量和管理的每个环节上。如果对发生病变的桥梁不及时加固维修或拆除，将造成严重的工程或交通事故，甚至有的在使用中因意外原因导致垮塌。

3 桥梁设计中存在的问题

桥梁安全性、耐久性不足，既有内因也有外因，或是内、外因交叉影响。主要有以下几个方面。

3.1 规范存在的不足

桥梁建设应严格遵循质量保证体系，其中最首要的即是“行为”的规范、规程、指南或标准。总之，要建成一项大型工程，一切工作都要有管理条例，各项工作都必须按规定执行，不能随心所欲修改或变更，也即在过程中，一切修改和变更都要有文件规定。一般地，设计人员是根据规范、按规范给定的级配曲线进行集料的搭配，这是毫无疑问的。但问题是，有的规范并不正确，我国以前的规范都使用圆孔筛，而国际上一些先进国家，如美国、日本、英国、欧盟等的骨料试验均采用方孔筛。为继续沿用原来的研究成果，我国采用方孔筛对应圆孔筛。而在《公路工程集料试验规程》(JTJ 058―2000)，竟然发生了方孔13．2 mm 对应圆孔16．0 mm，16 mm对应19 mm的错误，明显的是排版错误，依据这个规范，怎能配出连续级配。虽然此规范已经废止，但由于一些规范性的文件都以此为参考引用，导致谬种流传，很多不明就里的技术人员不知所措，一头雾水，影响了正常的工作。

3.2 更新设计知识不够

现阶段国内建设大多工期紧，任务重，突击建设。这导致设计人员整天忙于完成设计任务，无暇认真研究新规范，学习新技术、新材料，往往是工程设计图基本照搬以前的设计，略作修改，而设计规范不断更新，结果要么就是设计与现行规范不一致，要么就是从规范上照搬几条，而不考虑结构所处的环境、气候、技术水平现状，让后边的施工、监理无所适从，从设计之初留下隐患。比如《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62―2004)第一次明确提出100 a设计基准期的要求，2006年《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTG／TB07-01―2006)颁布实施可以理解为肿D62―2004规范的细化要求，从规范上可以看出，不管在内陆还是沿海、南方还是北方，尽管劣化模式不同，都必须考虑腐蚀因素。而一些设计单位，只简单理解为沿海地区需要防腐，其余地区不考虑，设计图纸上根本就不体现耐久性的要求。

4 改进方法

4.1 完善规范

要减少桥梁使用期间的工程事故，提高桥梁盼安全和耐久性，首先要有不断完善和健全的规范、规程、指南、标准等管理体系的保证，它是避免人为错误的重要保证，特别是职责与权限方面规范的制定。

4.2 增强理念意识

目前在公路桥梁设计过程中，有这样的倾向：设计中考虑强度多而考虑耐久性少；重视强度极限状态而不重视使用极限状态，而结构在整个生命周期中最重要的却恰恰是使用性能表现；重视结构的建造而不重视结构的维护。在设计和建造阶段，应该特别注意到所有与耐久性有关的问题，比如材料的选择、施工的方便与否、使用和维护、功能过时、寿命期费用等，确定设计方案(荷载、结构等)，指定或选择材料、构件、组件和施工方案，设计和施工方法选取的依据基点不能离开投资成本的经济效益问题。然而，工程师能使结构物适应各种变化，采取各种措施使结构获得更强大的“体能”为交通服务。为解决这一问题，在设计和建造阶段就要挑战传统设计理念：对设计工程师要求结构设计时应使结构具有6大特性，即可检性、可修性、可换性、可强性、可控性及可持续性。因为如果建成的结构物，各个部件不可检查，不可更换，无法修复，不能控制，不加强，不可持续，那么结构在内、外因复合作用下，就会一天天衰退，破损，倒塌而“生命夭折”。必须对自身寿命期低于结构设计寿命期的部件必须要在构造上保证可查、可修、可换、可加强，对结构在外因变化剧变情况下，结构的变形要在构造上“可控”，才能够在运营阶段对桥梁进行维修、加固等措施，从而保证结构的耐久性。

4.3 更新设计方法

鉴于问题的严重性，工程各方对耐久性都很关注。近年来一些施工方、监理方也经常和设计单位进行技术交流，宣贯耐久性技术。如尝试与设计方一起在设计文件中对材料和防腐提出要求，把设计与研究很好地结合起来，而且针对具体工程根据其特定的环境与技术要求编制专用技术指南，这种方法反映效果很好。还有，在接手工程的技术支持工作之初，先给业主、监理、施工各方的技术人员进行培训，对混凝土性能等基本且关键的技术知识深入学习，这样事前培训加现场指导的方式解决实际问题。

5 结论

桥梁的安全性、耐久性是一个系统工程，试验室内的研究成果只是基础，最终要通过设计、施工、养护等环节形成结构本身并工作于实际环境，任何一个环节出现偏差都会影响结构的性能，而现场的问题千差万别，本文提到的也只是冰山一角。桥梁安全性和耐久性已成为迫切需要解决的问题，我们应该积极借鉴国外成功的经验和做法，除了加强施工质量管理外，要从桥梁设计理念和结构体系和构造的角度做好耐久性的设计，同时也需要研究疲劳和超载等因素对于桥梁结构耐久性的影响。

参考文献：

[1]范立础．桥梁工程安全性与耐久性展望设计理念进展[J]．上海公路，2004(1)：1―6．

[2]王春剑．公路桥梁设计中的安全性和耐久性探讨[J]．科技信息，2007(28)．

[3]周金鹏．桥梁结构安全性设计若干问题的思考[J]．安全健康，2006(5)：37―38．