于向前 李寶銀 彭璐璐

（陜西飛虹橋梁勘測設(shè)計(jì)研究有限公司，陜西 西安 710054）

前言

近些年來，國內(nèi)發(fā)生不少橋梁倒塌的嚴(yán)重事故，造成很多不該有的人間悲劇。但調(diào)查分析結(jié)果表明，很多事故是因?yàn)樵O(shè)計(jì)不規(guī)范或施工不注意質(zhì)量控制造成的。施工中的偷工減料、工程腐敗，設(shè)計(jì)中的態(tài)度不嚴(yán)謹(jǐn)，計(jì)算錯誤等等都是造成橋梁英年旱逝或出現(xiàn)安全隱患的重要因素。目前，橋梁設(shè)計(jì)的耐久性設(shè)計(jì)，常常只是作為一個參考價(jià)值，而不是具體計(jì)算出其應(yīng)有的安全使用年限，更不會對橋梁的耐久性進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)研究探討。這種現(xiàn)象在一定程度上導(dǎo)致了橋梁事故發(fā)生頻繁、結(jié)構(gòu)使用性能差、耐久性差的嚴(yán)重后果，也背離了國際上對橋梁的結(jié)構(gòu)的耐久性、安全性、適用性日益重視的發(fā)展趨勢。

1 橋梁安全性、耐久性差的主要原因

1.1 施工和管理水平低

國內(nèi)外多座橋梁的突然破壞與倒塌，已使工程界對橋梁安全性問題倍加關(guān)注。一般的看法認(rèn)為當(dāng)前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導(dǎo)致。對于短期內(nèi)發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質(zhì)量沒有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，典型的問題包括材料強(qiáng)度不足和施工工藝不合格等；也有個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴(yán)重的管理問題，更是對橋梁安全造成致命的損害。而大量的橋梁在遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期使用壽命時，出現(xiàn)了影響正常使用的病害與劣化；特別是一些橋梁在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現(xiàn)嚴(yán)重的耐久性不足的問題，這也與施工質(zhì)量低下有重要關(guān)系，典型的問題有鋼筋保護(hù)層不足及目前廣泛存在于施工現(xiàn)場的嚴(yán)重的構(gòu)件開裂問題。

1.2 設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不夠完善

在承認(rèn)施工存在問題的同時，也不可否認(rèn)，在橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是關(guān)于橋梁施工和使用期安全性的問題還有許多可以改進(jìn)的地方。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì)，并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。許多設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性??；有的計(jì)算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大；有的混凝土強(qiáng)度等級過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過薄；這些都削弱了結(jié)構(gòu)耐久性，會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性。

2 提高橋梁安全和耐久的兩個必要措施：

2.1 規(guī)范、規(guī)程、指南、標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)構(gòu)與安全，或曰使用功能健全需有各項(xiàng)內(nèi)因的高質(zhì)量保證，具有堅(jiān)強(qiáng)抵抗外因的“體能”：如前所述，斜拉橋的拉索如質(zhì)量獲得保證，那么結(jié)構(gòu)壽命期內(nèi)換索就可減少一次或二次。質(zhì)量保證首先反映的是科學(xué)技術(shù)、工藝水平。如果拉索壽命可達(dá)到所要求設(shè)計(jì)壽命期的那樣長，那么就不需要換索了。如鋼橋的油漆保護(hù)能達(dá)到100年，那么鋼結(jié)構(gòu)建好后，就不需要再油漆保養(yǎng)了，如果我們能制造出耐久100年的高強(qiáng)混凝土，那么為了保證結(jié)構(gòu)使用壽命期的維修、養(yǎng)護(hù)、更換、加固都不需要了…能不能在工程結(jié)構(gòu)建設(shè)中做到“一勞永逸”，目前尚不可能。因而對結(jié)構(gòu)建設(shè)過程中的各個方面工作都需要有質(zhì)量保證體系。其中最首要的即是“行為”的規(guī)范、規(guī)程、指南或標(biāo)準(zhǔn)。

總而言之，要建成一項(xiàng)大型工程，一切工作都要有管理?xiàng)l例，各項(xiàng)工作都必須按規(guī)定執(zhí)行，不能隨心所欲修改或變更，也即在過程中，一切修改和變更都要有文件規(guī)定。這些規(guī)定的選擇是業(yè)主的權(quán)限與職責(zé)。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新理念的提出

隨著時代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類所建造的各種大型工程結(jié)構(gòu)物，規(guī)模巨大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能眾多。國際上稱之為“超級工程”。這些工程的特點(diǎn)是：投資巨大，技術(shù)復(fù)雜，環(huán)境影響嚴(yán)重，襲擊破壞機(jī)率增大(風(fēng)、浪、地震、海嘯、船撞、破壞等等)和維修、養(yǎng)護(hù)、加固難度大。因而，過去只限于設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量的單一層面上去尋求結(jié)構(gòu)的安全性就不夠了。從上世紀(jì)七十年代后，國內(nèi)外專家在分析研究、認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，除強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造時期的安全性、耐久性、整體牢固性的要求外，逐步討論了結(jié)構(gòu)在使用期間的檢測、維修、加固的新技術(shù)，對不同工程結(jié)構(gòu)物的災(zāi)害和可接受的危險(xiǎn)水平和評估進(jìn)行了深入研究，提出了耐久性設(shè)計(jì)的概念。結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)所要解決的問題也就是經(jīng)濟(jì)、合理的使用年限問題，即結(jié)構(gòu)壽命期問題。

但同時考慮到一座大型結(jié)構(gòu)物要服務(wù)一百年，試想近代的科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，這一百年對結(jié)構(gòu)而言，內(nèi)、外因變化很大，特別是外因，試問結(jié)構(gòu)功能如何適應(yīng)變化而改變或增強(qiáng)它的服務(wù)功能?推論：如結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)壽命期為一百年，預(yù)測百年的使用要求。定出各個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這很難實(shí)現(xiàn)。然而，工程師能使結(jié)構(gòu)物適應(yīng)各種變化，采取各種措施使結(jié)構(gòu)獲得更強(qiáng)大的“體能”為交通服務(wù)。為解決這一問題，在設(shè)計(jì)和建造階段就要挑戰(zhàn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念：對設(shè)計(jì)工程師要求對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)使結(jié)構(gòu)具有六大特性，即可檢性，可修性，可換性，可強(qiáng)性，可控性及可持續(xù)性。因?yàn)槿绻ǔ傻慕Y(jié)構(gòu)物，各個部件不可檢查，不可更換，無法修復(fù)，不能控制，不能加強(qiáng)，不可持續(xù)，那么結(jié)構(gòu)在內(nèi)、外因復(fù)合作用下，就會一天天衰退，破損，倒塌而“生命夭折”。工程師必須清醒承認(rèn)整體結(jié)構(gòu)的壽命和各部件的壽命是不等的，如橡膠支座壽命不超過20年，拉索的壽命僅10～40年，拉索的護(hù)套壽命不超過20年，鋼結(jié)構(gòu)的油漆保護(hù)最優(yōu)為20年等等。只有對這些自身壽命期低于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命期的部件必需要在構(gòu)造上保證可查、可修、可換、可加強(qiáng)，對結(jié)構(gòu)在外因變化劇變情況下，結(jié)構(gòu)的變形要在構(gòu)造上“可控”，才能夠在運(yùn)營階段對橋梁進(jìn)行維修、加固等措施，從而保證結(jié)構(gòu)的耐久性。如金門大橋在90年代加固時，在塔梁交接處增設(shè)了油泵阻尼系統(tǒng)。設(shè)計(jì)施工階段的耐久性設(shè)計(jì)要兼顧橋梁的壽命期成本和結(jié)構(gòu)特性要求，它是橋梁耐久性的基礎(chǔ)。在橋梁運(yùn)營、維護(hù)階段，對橋梁定期進(jìn)行檢測與評估，從而對橋梁進(jìn)行加固和維修，來進(jìn)一步保證橋梁的耐久性。

3 風(fēng)險(xiǎn)評估與保險(xiǎn)

作者在上面提出的新設(shè)計(jì)理念中的關(guān)鍵技術(shù)就是對橋梁進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。在設(shè)計(jì)施工和運(yùn)營階段都要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，但它們的含義和目的是不同的。在設(shè)計(jì)施工階段的風(fēng)險(xiǎn)評估，就應(yīng)該充分考慮橋梁在整個生命周期內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)。認(rèn)識到橋梁在其生命過程的每時每刻中都面臨著風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)即損失的不確定性或與預(yù)期目標(biāo)的差異。固然可通過一定的措施減少風(fēng)險(xiǎn)，但卻無法消除風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)的客觀性使得損失的可能性客觀存在。作為生命線工程之一的橋梁工程在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中和人民生活水平的提高中具有重要意義。作為交通樞紐的橋梁工程，一旦在意外事故和自然災(zāi)害中破壞，會造成很大的經(jīng)濟(jì)損失和極為嚴(yán)重的后果。

為了減少這些風(fēng)險(xiǎn)，我們在設(shè)計(jì)施工階段就要正確評價(jià)這些風(fēng)險(xiǎn)，認(rèn)識到這些風(fēng)險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)可能產(chǎn)生的后果以后，業(yè)主可根據(jù)自己的接受的能力來選擇能夠承受的風(fēng)險(xiǎn)和投資水平。從而確定合適的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求和施工技術(shù)。不要等災(zāi)害事故發(fā)生以后(即風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生以后)，才意識到風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重度后果，自己不能夠接受，而追悔莫及為之晚已。

4 結(jié)束語

橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問題，要積極借鑒國外成功的經(jīng)驗(yàn)和做法，除了加強(qiáng)施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計(jì)，同時需要研究疲勞和超載對于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響。

[1]陳艾榮，吳海軍.基于耐久性的橋梁設(shè)計(jì)的幾個原則[J].上海公路，2003，(S1).

[2]彭?xiàng)澞?，馮建華.橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)[J].深圳土木與建筑，2006，(02).