李東

（深圳市特區(qū)建工集團(tuán)有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的核心，是保證工程安全與耐久性的根本，因此，在公路橋梁的設(shè)計(jì)中，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)是必不可少的。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行公路橋梁的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從多個(gè)角度進(jìn)行深入分析，以達(dá)到合理設(shè)計(jì)目的，協(xié)助后續(xù)工程的建設(shè)。在進(jìn)行公路橋梁的安全與耐久性設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分認(rèn)識各種影響因素，在設(shè)計(jì)過程中加以注意，從而降低事故的發(fā)生。

1 公路橋梁安全性和耐久性設(shè)計(jì)概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的公路橋梁建設(shè)規(guī)模越來越大，對設(shè)計(jì)和施工要求也越來越高。作為衡量橋梁質(zhì)量的重要標(biāo)志，橋梁的安全性和耐久性應(yīng)該從橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開始就受到重視。在相關(guān)領(lǐng)域中，公路橋梁的安全性和耐久性設(shè)計(jì)是建立在施工技術(shù)基礎(chǔ)上，以確保工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定耐用，并根據(jù)施工現(xiàn)場的環(huán)境特點(diǎn)，對其結(jié)構(gòu)、造型和工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。特別是對公路橋梁的安全和耐用性的研究，不僅要從結(jié)構(gòu)力學(xué)和工程技術(shù)的角度保證其穩(wěn)定可靠，而且要考慮到耐用性和施工工藝的合理性，從而提高其在不同環(huán)境下的適應(yīng)能力，延長使用年限。具體來說，公路橋梁是一種從總體到局部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)該根據(jù)安全可靠和經(jīng)濟(jì)耐用的基本原理，進(jìn)行力學(xué)分析、科學(xué)計(jì)算，以避免影響橋梁的施工質(zhì)量，提高對環(huán)境的適應(yīng)能力。

2 影響公路橋梁設(shè)計(jì)安全性和耐久性的設(shè)計(jì)因素

2.1 結(jié)構(gòu)合理性

由于很多公路橋梁需要跨越山谷和河流，因此如何在既能保證自重荷載和行車荷載的前提下，又能有效地降低成本，還能最大程度地減小對周圍環(huán)境造成的不利影響，是目前我國公路橋梁設(shè)計(jì)的主要課題。公路橋梁的結(jié)構(gòu)合理性直接關(guān)系其承載能力、穩(wěn)定性，從而影響安全性、使用壽命。

在現(xiàn)代常用的橋梁結(jié)構(gòu)有梁式橋和拱式橋。梁式橋可以具體地分成簡支梁、連續(xù)梁、懸臂梁等多種結(jié)構(gòu)，適合于不同的場合和不同的施工規(guī)模。在實(shí)際工程中，如果橋梁結(jié)構(gòu)不夠科學(xué)，不僅會(huì)對其承載力、穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，還會(huì)對其使用壽命和安全性產(chǎn)生一定的不利影響[1]。

2.2 材料及工藝設(shè)計(jì)合理性

在公路橋梁設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)橋梁的構(gòu)造形態(tài)和體量來確定其施工技術(shù)和所使用的施工材料。若選用不合理的材料、不科學(xué)的工藝，將會(huì)對橋梁的安全與耐久產(chǎn)生不利影響。比如，公路橋梁的抗裂性非常重要，如果預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土受彎構(gòu)件抗拉強(qiáng)度不足，容易造成構(gòu)件開裂。有些預(yù)應(yīng)力可以用正截面拉應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)，但這需要對應(yīng)力值進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。如果公路橋梁跨度過大，必須按照全應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，這樣才能更好地保障其安全性和耐久性。

2.3 環(huán)境因素

公路橋梁工程的施工，必須要考慮現(xiàn)場施工情況，了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)和氣候條件，根據(jù)需求做好橋梁設(shè)計(jì)，選擇合適的施工工藝。其中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)很容易影響公路橋梁的結(jié)構(gòu)，還會(huì)影響橋墩工藝，環(huán)境溫度等變化，會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)、焊接工藝以及材料性能。因此，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行公路橋梁安全性和耐久性設(shè)計(jì)過程中，必須要考慮各方面因素的影響[2]。

3 公路橋梁安全性、耐久性不足的原因

3.1 設(shè)計(jì)方案不夠科學(xué)合理

公路橋梁設(shè)計(jì)必須要符合可持續(xù)發(fā)展理念，選擇科學(xué)合理的方案，滿足經(jīng)濟(jì)性要求以及科學(xué)性要求。但是，在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理的情況。主要是由于很多設(shè)計(jì)人員過于注重結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，忽略了雨水、風(fēng)沙等自然環(huán)境所造成的影響，導(dǎo)致耐久性下降，出現(xiàn)鋼筋腐蝕、混凝土脫落等情況，影響使用壽命。除此之外，公路橋梁設(shè)計(jì)對于設(shè)計(jì)水平要求較高，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，必須要認(rèn)真勘察施工現(xiàn)場，對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行精確計(jì)算。但是有些設(shè)計(jì)人員比較粗心大意，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)偏差，設(shè)計(jì)方案在落地過程中與實(shí)際情況不符，嚴(yán)重影響公路橋梁的穩(wěn)定性。橋梁鋪裝層設(shè)計(jì)對于安全性和耐久性非常重要，是荷載的承受層，在大規(guī)模橋梁施工中，要進(jìn)行鋪裝設(shè)計(jì)。部分設(shè)計(jì)人員不重視鋪裝設(shè)計(jì)，造成橋梁鋪裝層容易出現(xiàn)斷裂情況，影響耐久性[3]。

3.2 施工管理水平不高

導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)安全事故的主要原因是施工質(zhì)量不到位，所應(yīng)用的施工工藝流程不正確、不科學(xué)，施工管理不足，主要表現(xiàn)有：第一，個(gè)別施工隊(duì)伍的門檻較低，施工人員水平參差不齊，缺乏責(zé)任心，安全意識不到位，施工作業(yè)不規(guī)范，造成施工中出現(xiàn)安全問題和質(zhì)量問題。第二，有些施工企業(yè)存在偷工減料行為，為了提高經(jīng)濟(jì)效益，采用質(zhì)量不合格的材料，在施工中為了追趕施工進(jìn)度，壓縮工期，管理人員管理水平不高等，這些問題都嚴(yán)重影響了施工質(zhì)量。第三，很多施工企業(yè)不重視質(zhì)量和安全檢查，很多檢查過程流于形式，責(zé)任落實(shí)不到位，不能充分發(fā)揮作用。

4 提升公路橋梁耐久性和安全性的設(shè)計(jì)方法

4.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要實(shí)地考察，根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的受力，選擇合適的施工工藝，對各影響因素進(jìn)行優(yōu)化。對于比較平緩的區(qū)域在進(jìn)行中小型公路橋梁施工中，可以選擇簡支空心板結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的跨度比較小，方便施工，既能夠確保橋梁功能，又能降低施工成本。但是簡支空心板結(jié)構(gòu)不適合跨度比較大的施工區(qū)域，也不適合比較復(fù)雜的施工環(huán)境。對于施工跨度比較大的場所，可以應(yīng)用T 梁結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)中增加跨徑，充分體現(xiàn)T 梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)約施工成本[4]。除此之外，T 梁屬于曲線梁，結(jié)構(gòu)受力平衡性和抗扭能力有限，會(huì)影響下部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，小彎矩曲線橋工程適合應(yīng)用直梁結(jié)構(gòu)，在合理范圍內(nèi)對翼緣板寬度進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化曲面橋平面線形，改善T 梁橋彎矩不足的問題。

4.2 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對于公路橋梁工程而言，下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要，能夠?qū)φ麄€(gè)建筑起到支撐的作用，因此要做好橋墩選型設(shè)計(jì)，根據(jù)施工場所地址條件和上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在橋梁工程中，雙薄壁墩和柱式墩較為常見，柱式墩操作比較簡單，同時(shí)外觀良好，具有一定的美觀性。在設(shè)計(jì)過程中，為了保證橋墩穩(wěn)定性，可以增加橫截面，對鋼管外包、碳纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。鋼管外包的加固可以應(yīng)用橢圓形鋼管，碳纖維材料的加固要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適材料[5]。除此之外，還可以通過增加墩地接觸面積的方式進(jìn)行加固，全面提升橋墩支撐力，避免橋梁結(jié)構(gòu)變形。

4.3 加強(qiáng)工程隔震設(shè)計(jì)

對于工程的降震設(shè)計(jì)，要將降震結(jié)構(gòu)設(shè)置在結(jié)構(gòu)之間，提升結(jié)構(gòu)阻尼，降低能量輸出，全面提升結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。公路橋梁受到車輛荷載以及地質(zhì)環(huán)境影響，會(huì)影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，所以必須要降震設(shè)計(jì)，要根據(jù)公式對剛度進(jìn)行計(jì)算，選擇恰當(dāng)?shù)母粽鹧b置。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須要充分重視橋梁附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，橋梁附屬結(jié)構(gòu)有很多種類，要考慮限位裝置、伸縮縫等，可以應(yīng)用時(shí)程分析法進(jìn)行分析。影響結(jié)構(gòu)性能的主要因素有細(xì)部構(gòu)造，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要加大對細(xì)部結(jié)構(gòu)性能的研究，切實(shí)提升設(shè)計(jì)有效性[6]。

4.4 合理選擇和配置施工材料

很多公路橋梁建設(shè)工程規(guī)模比較大，會(huì)應(yīng)用到大量混凝土，混凝土材料質(zhì)量直接影響工程整體建設(shè)質(zhì)量，因此，要選擇合適的混凝土配合比，采用高質(zhì)量材料，控制水泥、添加劑以及水等材料用量。在正式施工之前，要做好工藝性試驗(yàn)，認(rèn)真分析設(shè)計(jì)和實(shí)際施工之間的差異，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整方案，選擇合適的配合比。為了提升混凝土耐久性，要對鋼筋進(jìn)行保護(hù)，防止鋼筋與氧氣接觸的部位出現(xiàn)銹蝕，要認(rèn)真做好混凝土養(yǎng)護(hù)以及支模工作，能夠有效避免混凝土表面受損或者產(chǎn)生裂縫（如圖1所示）。此外，為了提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，還要健全路橋設(shè)計(jì)體系。設(shè)計(jì)人員要不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，并且應(yīng)用到設(shè)計(jì)過程中，積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際施工情況，形成具有特色的設(shè)計(jì)體系，保證路橋工程耐久性和安全性。

圖1 橋梁裂縫

4.5 重視結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)

公路橋梁的施工容易受到人為因素和自然環(huán)境因素的影響，會(huì)造成材料或者構(gòu)件被損壞，影響耐久性。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，如果不重視耐久性，會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)存在較大缺陷，造成經(jīng)濟(jì)損失。例如：車輛超重或者超載都會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性，會(huì)增加橋梁疲勞應(yīng)力，久而久之就會(huì)破壞橋梁結(jié)構(gòu)，從而引發(fā)交通事故。所以，設(shè)計(jì)人員要考慮疲勞損傷規(guī)律，應(yīng)用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法，選擇符合要求的材料，合理設(shè)計(jì)，防止橋梁出現(xiàn)疲勞損傷。

4.6 更新設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

以往在很多橋梁結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員大多較為重視結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，對強(qiáng)度和承載力要求比較高，忽視視耐久性設(shè)計(jì)，這樣會(huì)縮短橋梁使用壽命?，F(xiàn)階段，橋梁的分為大跨度橋梁和標(biāo)準(zhǔn)跨度橋梁。大跨度橋梁施工難度比較大，施工成本高，較少應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)跨度橋梁施工比較簡便，成本比較低，可以應(yīng)用預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)用較為廣泛。設(shè)計(jì)人員要研究國內(nèi)外橋梁設(shè)計(jì)方案，分析優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，取長補(bǔ)短，提升橋梁耐久性和安全性[7]。

設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念對于安全性和耐久性有很大影響，必須要有責(zé)任感，有耐心，全面了解影響因素，規(guī)范設(shè)計(jì)，提高自身專業(yè)知識和素養(yǎng)，在施工中也要做好監(jiān)督和審計(jì)工作，要防止因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員的失誤導(dǎo)致出現(xiàn)問題，影響安全性和耐久性。對于橋型的選擇，要充分考慮施工場所的地址條件、交通量等綜合因素，例如：拱橋主要采用圓拱形，延性比較好。車輛行駛過程中所產(chǎn)生的向心力能夠讓車輛和橋面緊密接觸，當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害時(shí)，拱橋所具有的韌性和延性能夠防止橋梁倒塌或者斷裂，提升安全性。

4.7 提升設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)水平

為了提升公路橋梁設(shè)計(jì)安全性和耐久性，必須要提高路橋設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素質(zhì)，要加強(qiáng)對設(shè)計(jì)人員進(jìn)行專業(yè)教育培訓(xùn)，提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平，讓設(shè)計(jì)人員可以學(xué)習(xí)和了解先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，防止因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員業(yè)務(wù)水平不高，影響路橋設(shè)計(jì)耐久性和安全性。作為設(shè)計(jì)人員，必須要充分認(rèn)識到設(shè)計(jì)的重要性，對耐久性和安全性設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，要提高專項(xiàng)研究能力，在設(shè)計(jì)過程中，不僅要考慮路橋工程的使用年限，還要重視荷載強(qiáng)度及各方面因素影響。

目前，我國有一些關(guān)于公路橋梁設(shè)計(jì)使用年限的規(guī)定，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中，仍存在部分路橋工程的使用壽命無法達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

首先，設(shè)計(jì)人員要了解相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，注重路橋設(shè)計(jì)中的耐久性和安全性設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)上提升路橋設(shè)計(jì)水平，延長路橋使用壽命。

其次，要重視對路橋設(shè)計(jì)人員的專項(xiàng)培訓(xùn)，路橋設(shè)計(jì)較為冷門，從事人員較少，很多高校也沒有相關(guān)課程，直接影響了設(shè)計(jì)人員專業(yè)素質(zhì)的提升，所以，高校要重視對設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)，高?？梢院驮O(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)合作，進(jìn)行協(xié)同辦學(xué)，高校向設(shè)計(jì)企業(yè)輸送高質(zhì)量設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生，讓學(xué)生能夠在實(shí)踐中積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將理論知識進(jìn)行應(yīng)用。通過協(xié)同辦學(xué)，可以為設(shè)計(jì)企業(yè)儲備高端人才，還能夠?yàn)楦咝Ｂ窐蛟O(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生提供實(shí)踐機(jī)會(huì)，切實(shí)提升設(shè)計(jì)人員專業(yè)素質(zhì)。

再次，作為公路橋梁設(shè)計(jì)企業(yè)要為設(shè)計(jì)人員提供更多學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，可以與相關(guān)部門進(jìn)行聯(lián)合辦學(xué)，讓設(shè)計(jì)人員能夠利用業(yè)余時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)。

最后，設(shè)計(jì)企業(yè)要對新入職的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行崗位培訓(xùn)，避免讓新入職人員獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)的有效性。

5 結(jié)語

綜上所述，公路橋梁設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要充分考慮各方面要素，不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，積累豐富經(jīng)驗(yàn)，全面了解施工情況，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證公路橋梁設(shè)計(jì)安全性和耐久性，為后續(xù)工程建設(shè)質(zhì)量提供支持和保障。