秦永松 王志民

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西西安 710075)

橋梁使用壽命與設(shè)計(jì)使用年限差異淺析

秦永松 王志民

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西西安 710075)

橋梁在使用過程中受自然環(huán)境和交通荷載的長(zhǎng)期作用,其結(jié)構(gòu)各部分發(fā)生損傷和病害,使用功能下降,實(shí)際使用壽命往往達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命。本文分析了我國(guó)橋梁使用壽命與設(shè)計(jì)使用年限存在差異的原因,針對(duì)使用壽命低的原因提出了提高橋梁使用壽命的對(duì)策和建議,以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)的實(shí)踐提供一些參考。

橋梁 使用壽命 設(shè)計(jì)使用年限 橋梁安全

橋梁是道路的關(guān)鍵和控制部位，橋梁正常使用是確保交通線路暢通的關(guān)鍵。橋梁在使用過程中受自然環(huán)境和交通荷載的長(zhǎng)期作用，其結(jié)構(gòu)各部分發(fā)生損傷和病害，使用功能下降，實(shí)際使用壽命往往達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命。為了保證橋梁安全可靠的運(yùn)營(yíng)，必須找到實(shí)際壽命小于設(shè)計(jì)使用年限的原因，并且要采取措施延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，確保橋梁運(yùn)營(yíng)期的正常使用和安全。

1 橋梁使用壽命

橋梁的使用壽命是是根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和橋梁建造質(zhì)量確定的，橋梁使用壽命是指橋梁從竣工到出現(xiàn)不安全狀況的時(shí)間。我國(guó)橋梁的設(shè)計(jì)使用年限一般為100年，實(shí)際工程中大多數(shù)橋梁并不是達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限才終止使用，橋梁實(shí)際壽命小于設(shè)計(jì)使用年限。

英國(guó)的SomerVille將使用壽命分成以下3類：

(1)技術(shù)性使用壽命：以橋梁的某些技術(shù)指標(biāo)(如承載力)不合格時(shí)為終止使用期限；

(2)功能性使用壽命：以橋梁結(jié)構(gòu)不再滿足功能實(shí)用要求(如通行能力不滿足現(xiàn)在交通量)時(shí)為終止期限；

(3)經(jīng)濟(jì)性使用壽命：以橋梁結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)維修不經(jīng)濟(jì)(與拆換更新相比)時(shí)為終止期限。

目前人們所說的橋梁使用壽命基本上是指技術(shù)性使用壽命。

2 橋梁使用壽命小于設(shè)計(jì)使用年限原因分析

港珠澳大橋技術(shù)專家組會(huì)議提出了“建設(shè)百年大橋”的建設(shè)目標(biāo)，既所有的設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備和原材料都按照“建設(shè)百年大橋”的目標(biāo)來要求，達(dá)不到要求的不能進(jìn)場(chǎng)，可見橋梁使用壽命是衡量橋梁工程質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。“百年大橋”目標(biāo)對(duì)新時(shí)期公路橋梁建設(shè)具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。

但是要實(shí)現(xiàn)“百年大橋”的建設(shè)目標(biāo)，必須要保證橋梁的實(shí)際使用壽命，實(shí)際工程中大多數(shù)橋梁的使用年限小于設(shè)計(jì)使用年限，造成這一現(xiàn)象的原因是多方面的，主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)范的局限性

設(shè)計(jì)規(guī)范是在以往的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)、科技水平等基礎(chǔ)上建立起來的，一般工程類設(shè)計(jì)規(guī)范每十年左右(甚至更短的時(shí)間)修訂一次，對(duì)于設(shè)計(jì)使用年限為100年的橋梁，隨著橋梁使用時(shí)間的增加，橋梁越來越不能滿足時(shí)代的要求，特別是長(zhǎng)壽命的老橋梁顯得標(biāo)準(zhǔn)較低。即設(shè)計(jì)規(guī)范是靜態(tài)的，不可能充分考慮到橋梁使用過程中的動(dòng)態(tài)變化，從而導(dǎo)致橋梁實(shí)際壽命和設(shè)計(jì)使用年限的差異性，引起差異的原因主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面：

(1)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低。在役老橋設(shè)計(jì)時(shí)按照早期的設(shè)計(jì)荷載，相對(duì)于現(xiàn)階段的交通量要求，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低。例如2006年陜西316國(guó)道冷水河大橋垮塌，引起社會(huì)各界廣泛關(guān)注。冷水河大橋是1983年開始施工，1985年建成通車，之所以選擇修建這種橋，主要是這種拱橋的投資少。大橋設(shè)計(jì)是按照當(dāng)時(shí)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，按現(xiàn)在的新標(biāo)準(zhǔn)看，大橋卻有“豆腐渣”的嫌疑，但當(dāng)時(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)，修建大橋并沒有偷工減料?？梢?，隨著交通量以及荷載等級(jí)的增加，許多老橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，已基本無法滿足現(xiàn)在的交通需求。

(2)通行能力不足。早期設(shè)計(jì)的橋梁橋上、橋下通行凈空尺寸太低，越來越不能滿足現(xiàn)代化通車、通航的要求，以致巨輪沖撞橋梁的事故時(shí)有發(fā)生。

2.2 輕視正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)

橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)該按照承載能力極限狀態(tài)和按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，前者指結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載力或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形時(shí)的極限狀態(tài)；后者指結(jié)構(gòu)達(dá)到正常使用的某項(xiàng)規(guī)定限值。

荷載達(dá)到橋梁的極限承載力時(shí)橋梁會(huì)發(fā)生破壞，但是沒有達(dá)到承載能力極限狀態(tài)時(shí)，由于某些病害橋梁也不能正常使用甚至發(fā)生破壞。實(shí)際沒計(jì)中設(shè)計(jì)者主要考慮是荷載作用下橋梁的破壞，對(duì)橋梁的耐久性、適用性(正常使用情況)不夠重視，沒有意識(shí)到正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算的重要性，使得橋梁的使用性、耐久性較差，從而導(dǎo)致橋梁的實(shí)際使用壽命小于設(shè)計(jì)使用壽命。

另一方面，承載力極限狀態(tài)的有承載力和無承載力之間的分界線是清晰的，而正常使用極限狀態(tài)的能正常使用與不能正常使用之間的分界線是模糊的，在很大程度上依靠工程經(jīng)驗(yàn)確定。所以科學(xué)合理的確定正常使用極限狀態(tài)也是有繼續(xù)研究的問題。

2.3 橋梁施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

施工質(zhì)量是影響橋梁使用壽命的重要因素之一。我國(guó)的橋梁建筑工程行業(yè)不斷發(fā)展成熟，但是部分建筑商為了追求高額利潤(rùn)，施工中偷工減料、不按照設(shè)計(jì)規(guī)范、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)施工，嚴(yán)重影響了橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全。如2012年6月，遼寧省撫順市月牙島西側(cè)跨河大橋施工時(shí)發(fā)生坍塌，事故直接原因是施工人員嚴(yán)重違反施工流程，過早拆除支架，導(dǎo)致該橋第三聯(lián)箱第10孔坍塌。

2.4 超負(fù)荷使用

隨著車輛的不斷增多，交通越來越繁忙，我國(guó)大部分橋梁幾乎都在超負(fù)荷運(yùn)行，尤其是超載的大卡車明顯增多，而橋梁的設(shè)計(jì)交通量是按以往水平設(shè)定，對(duì)后期的發(fā)展考慮不足，使得實(shí)際通行量超過其設(shè)計(jì)承載能力。橋梁長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)，其使用壽命不可能達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的要求。惠州市惠城區(qū)的西枝江橋新橋，是惠州市區(qū)交通最繁忙的橋梁之一。該橋修建于1991年8月，1992年10月竣工交付使用。2007年該橋直接綜合交通量為69273輛／晝夜，從建橋初期每晝夜2000多車次發(fā)展到現(xiàn)在的近70000車次，15年時(shí)間，該橋的交通量增加了36倍。長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，令西枝江橋不堪重負(fù)，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂、變形現(xiàn)象，于2008年封閉通車進(jìn)行改造。

2.5 橋梁運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)不當(dāng)

橋梁運(yùn)營(yíng)期進(jìn)行定期養(yǎng)護(hù)維修，可以提高橋梁的耐久性，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。若橋梁投入運(yùn)營(yíng)后養(yǎng)護(hù)維修不恰當(dāng)，橋梁的使用壽命將大大降低，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限就發(fā)生破壞。

3 延長(zhǎng)橋梁使用壽命的對(duì)策隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁的建造材料、建造技術(shù)也不斷進(jìn)步，要縮短橋梁使用壽命和設(shè)計(jì)使用年限的差距，必須從影響橋梁實(shí)際使用壽命的原因入手，可從以下幾個(gè)方面采取一定的對(duì)策。

(1)重視設(shè)計(jì)階段。橋梁設(shè)計(jì)階段應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，重視正常使用狀態(tài)設(shè)計(jì)，保證承載力滿足的同時(shí)，對(duì)橋梁的耐久性、適用性、安全性提出計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)的要求。在設(shè)計(jì)階段科學(xué)合理預(yù)測(cè)橋梁建成后的運(yùn)營(yíng)條件變化和交通量增長(zhǎng)，綜合考慮各種因素，考慮一定的安全系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使橋梁建成后在設(shè)計(jì)年限內(nèi)能夠正常運(yùn)營(yíng)。對(duì)以往橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中不適合的地方要及時(shí)地修訂、更改，并且針對(duì)橋梁實(shí)際壽命低于設(shè)計(jì)年限的事實(shí)，綜合考慮技術(shù)、功能、經(jīng)濟(jì)等因素研究合理的設(shè)計(jì)使用年限。

(2)施工階段。施工階段是橋梁工程的關(guān)鍵，在建設(shè)施工時(shí)把好質(zhì)量關(guān)，按設(shè)計(jì)要求和建筑規(guī)范建造橋梁，是保證橋梁質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命的重要措施之一。

大多數(shù)橋梁的施工材料以混凝土為主，所以混凝土的質(zhì)量問題決定著橋梁的使用壽命。橋梁施工階段應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求采購(gòu)材料，進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，杜絕因材料問題導(dǎo)致橋梁質(zhì)量問題的出現(xiàn)。

施工工藝會(huì)影響橋梁工程質(zhì)量，進(jìn)而影響橋梁的使用壽命。比如施工工藝的差異會(huì)帶來不同程度的沉降問題，尤其道橋過渡段的施工；施工工序也會(huì)影響橋梁的質(zhì)量問題。所以施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)施工，保證橋梁工程的施工質(zhì)量。

(3)養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)階段?？茖W(xué)合理的進(jìn)行橋梁養(yǎng)護(hù)維修，可以保證橋梁運(yùn)營(yíng)期間的正常使用，是延長(zhǎng)橋梁使用壽命的一種方法?？茖W(xué)合理的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃是建立在準(zhǔn)確的評(píng)估橋梁技術(shù)狀況基礎(chǔ)上的，積極采用新檢測(cè)手段和設(shè)備，大力提高檢測(cè)技術(shù)水平，建立橋梁信息管理系統(tǒng)，在經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行預(yù)算從而制定出可行性的修復(fù)和維護(hù)計(jì)劃，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。

4 結(jié)語

理論上橋梁使用壽命應(yīng)該等于設(shè)計(jì)使用年限，但是由于每座橋梁都處于一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境中，橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性是各種因素、各個(gè)環(huán)節(jié)綜合作用的效果，兩者存在差異是不可避免的，但差異太大也是問題所在。本文分析了橋梁使用壽命低于設(shè)計(jì)使用年限的原因，并提出了一些延長(zhǎng)橋梁使用壽命的措施。只有做好了設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)這幾方面的工作， 橋梁的使用壽命才能確保達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

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秦永松,男,漢族,生于1981.06.09,本科,2004年畢業(yè)于重慶交通大學(xué),橋梁及結(jié)構(gòu)工程專業(yè)。

王志民:男,漢族,生于1981.11.23,本科,2004年畢業(yè)于重慶交通大學(xué),橋梁及結(jié)構(gòu)工程專業(yè)。