朱凡

（中鐵第五勘查設計院，北京 大興 102600）

0 引言

在公路規(guī)劃設計當中對于橋梁結構的靈活運用能夠更好地適應于不同的建設環(huán)境， 特別是一些大跨境的河流需要通過連續(xù)橋的建設實現兩岸接通。 在橋梁設計當中對于安全性和耐久性的保障和其使用壽命與道路運營之間有十分密切的聯系，必須要引起設計人員的關注，同時平衡好建設施工的質量和成本，優(yōu)化公路橋梁的建設水平。

1 國內公路橋梁設計的安全耐久現狀分析

公路橋梁的建設和其應用負載之間有十分密切的聯系，一些橋梁的設計、施工存在隱患問題，長時間的使用會出現耐久度下降的情況， 給公路的養(yǎng)護成本、安全保障等都帶來了負面影響，也不利于公路交通網絡的大規(guī)模發(fā)展。 2011 年福建地區(qū)就發(fā)生過橋梁吊桿斷裂、橋面垮塌的情況，造成了一定的傷亡事故。盡管國內新建公路橋梁的速度較快，但仍有許多橋梁的建設年限較長，包括了七星大橋（1999 年建成）、觀瀾河大橋（1997 年建成）等，在耐久度上還有較長的發(fā)展空間。 橋梁在對近年來國內公路安全耐久事故分析的過程中發(fā)現，各類隱患事故頻發(fā)的背后是橋梁設計不到位、工程施工不足等問題必須要引起行業(yè)重視， 分別從設計、施工、養(yǎng)護等多方面展開安全耐久保障工作，動態(tài)化的跟蹤當前的橋梁使用情況，在保證對經濟效益追求的同時，維護好人民群眾的生命安全。

2 重視公路橋梁設計安全耐久性的重要意義

在公路橋梁的應用過程當中對其安全性和耐久性提出了較高的要求：必須要能夠滿足不同類型、載重車輛的反復碾壓； 抵抗地下水系和河流對梁體結構的沖刷；符合公路橋梁建設的相關標準。在公路橋梁的應用過程當中，其整體結構和內部零件都會存在著實際荷載不斷上升的情況，其結構穩(wěn)定性會隨著環(huán)境和使用年限而發(fā)生老化，一旦超出橋梁結構的極限形變狀態(tài)就會產生開裂現象，這不僅會影響橋梁本身的使用壽命，還會對其行駛的車輛造成較大的安全威脅，必須要引起行業(yè)重視，并從設計、施工與養(yǎng)護等不同的階段予以關注，更好地提升我國公路橋梁的建設水平和使用壽命。 在公路橋梁的設計優(yōu)化過程中，能夠更好地明確風力、壓力等方面的荷載參數，提前做好橋梁使用中的潛在風險。

3 影響公路橋梁設計安全耐久性的主要因素

3.1 缺乏理論支撐

在進行公路橋梁的設計工作過程中，對于專業(yè)知識的需求量極大，給設計人員的工作也帶來了一定的挑戰(zhàn)。 由于橋梁建設環(huán)境狀況的差異性較大，巖溶、黃土、滲漏等情況在設計規(guī)劃的過程中都必須要予以充分的考慮， 保證好橋梁的結構安全耐久，部分設計人員在工作者存在著專業(yè)知識儲備不充足的情況，未能根據已有的地質水文資料對橋梁建設的要點進行科學梳理，過分依賴于個人工作經驗，單純地將之前的設計結構進行模仿套用，給橋梁工程建設質量帶來了一定的負面影響。國內的部分設計人員在工作的理論體系上還存在一定的問題，不利于建立成熟的工作流程制度，和設計預期之間存在著一定的偏差問題。

3.2 施工管理不足

在落實公路橋梁設計方案的過程中，需要嚴格把握施工技術運用、建材質量等方面的情況，避免因為施工建設不當而產生的安全耐久性下降問題。由于公路橋梁的建設周期偏長、 突發(fā)情況較多，在進行工程管理時的難度明顯加大，較容易造成紕漏和疏忽。 部分施工單位在建設的過程中，沒有嚴格參考設計規(guī)劃的要求開展工作， 存在著工序不當、質檢標準偏低等問題，在項目的交付、使用過程中存在較大的安全隱患。

3.3 結構設計不當

在公路橋梁的設計過程中，結構部分對于安全耐久性的影響程度較大，必須要經歷科學完善的規(guī)劃計算后才能夠確定設計方案，確保與地質環(huán)境之間具有更強的適配性。部分設計人員在工作過程中未關注到橋梁結構的重要性，在拉索、伸縮裝置、涵洞結構等部分的建設細節(jié)性要求偏低，不能較好地滿足橋梁建設的目標壽命要求。

4 提升公路橋梁設計耐久性的有效對策

4.1 明確設計原則

橋梁設計與建設的過程中要秉持基本設計原則的相關要求，從耐久、安全、適用、環(huán)保等多個角度出發(fā)，做好綜合化的設計統籌，確保公路橋梁的建設項目能夠更好地服務于民眾。 特大、大跨度的橋梁由于建設難度大、投入成本高，在各級公路的設計過程中都必須要按照100 年的建設年限予以規(guī)劃，中規(guī)模的橋梁在高速和一級橋梁中的壽命要求為100 年，二、三、四級公路的壽命年限為50 年，小規(guī)模的橋梁和涵洞等設計壽命一般以30～50 年為主[1]。 在明確了橋梁的設計要求后開展對應的工作會更具參考性和方向性，有效促進設計方案的橋梁質量保障性。 在橋梁結構設計與分析的過程中，還需要考慮到建材和氣候的影響性，如對于一些氣候潮濕的區(qū)域，在選擇混凝土材料時要具有更強的防水抗?jié)B能力，確保能夠和橋梁的結構穩(wěn)定性之間形成更好地適配，滿足50、100 年的壽命要求。

4.2 優(yōu)化設計流程

在公路橋梁的結構設計過程當中必須要明確工作流程和規(guī)范要求，避免在設計時由于流程錯誤導致部分結構力學參數不適配的現象。要求設計人員提前在施工現場進行實地的勘察與分析，在充分掌握橋梁應用需求和環(huán)境特征的基礎之上再開展設計工作，為后續(xù)方案的可行性論證提供重要的基礎資料。實地勘察的內容包括了地質結構橫縱截面的信息獲取、地質水文條件、橋梁平面布置的建設范圍和結構參數等，分別從工程的必要性、經濟性和可行性三方面進行充分論證[2]。

4.3 提升專業(yè)認知

設計人員需充分認識到公路橋梁安全耐久對于整個項目工程的重要意義，明晰在設計與施工過程當中對其安全耐久性可能產生影響的主要因素并予以有針對性的預防處理，不斷提升在公路橋梁設計工作方面的專業(yè)認知。一些發(fā)達國家在公路橋梁的規(guī)劃設計方案當中將耐久性作為了檢驗標準之一，其適用性能表現更優(yōu)，可以為設計人員的工作提供更多的思路參考，積極吸納和借鑒成功的經驗，不斷優(yōu)化個人設計方案水平[3]。

4.4 完善設計體系

對于不同的公路橋梁設計項目，在具體的規(guī)劃實操過程當中會存在一定的差異性，要求設計人員要積極建立成熟科學的工作體系，為設計規(guī)劃工作提供一定的專業(yè)參考。如在處理不同地質狀況下的公路橋梁建設需求時， 對梁體的實際荷載能力、施工技術選擇會產生很大的影響，特別是對于一些巖溶地區(qū)和地下水系分布較為豐富的區(qū)域，需要在地基建設的過程當中做好防水抗?jié)B和基坑支護建設，確保橋梁應用的安全性和耐久性[4]。

4.5 疲勞損傷研究

在公路橋梁受到外力作用的情況之下，會產生內應力的作用，特別是累計振動產生的疲勞損傷情況對于橋梁的使用壽命威脅性較大，容易造成一些可見的梁體裂縫，嚴重的還會引發(fā)斷裂坍塌，必須要在設計的過程中提前做好方案疲勞損傷的測試工作，確保實際壽命和設計預測更具適配性[5]。 由于橋梁的疲勞損傷是在逐步累積而形成的，在實際應用過程中很難及時予以探測發(fā)現，且具有一定的不可逆特點，實際養(yǎng)護工作開展的難度較大。

4.6 優(yōu)化荷載設計

在對公路橋梁的荷載設計進行優(yōu)化的過程中，需要明確不同的荷載類型和影響因素，確保設計方案更具綜合性、全面性，充分滿足安全耐久的應用需求。首先，橋梁的恒載是指梁體本身的重力作用，包括了梁體、欄桿和其中的管線等；活載是指橋梁在使用過程中產生的外界壓力；材料荷載是指構成梁體結構的混凝土材料在長時間應用過程中出現的收縮徐變、老化情況；另外還包含了環(huán)境因素帶來的影響，如風荷載、沉降荷載等[6]。

4.7 結構加固處理

優(yōu)化橋梁鋼筋混凝土結構的配筋和選材可以實現對公路橋梁的耐久性的有效提升，其在使用的過程中能夠形成一個較為穩(wěn)定的包裹狀態(tài)，通過提升結構抗力的方式來保證橋梁的實際使用壽命。橋梁模型的耐久度與鋼筋混凝土材料的碳化水平、結構安全系數、 使用年限之間存在著一定的數量關系，在進行計算的過程中能夠幫助設計人員掌握參數的范圍限定，確保應力計算的精確度[7]。

4.8 關注防水防裂

橋梁建設過程中的防水防裂設計十分重要，會直接影響其使用安全性和耐久性，這就要求設計人員要結合施工地的實際環(huán)境做好個性化的方案規(guī)劃。首先，由于橋梁的底部和地下水系直接接觸，在設計的過程中必須要提前建立好防水層，使用高強度、高密度的混凝土材料進行施工實操，確保其使用壽命[8]。

5 結語

在公路橋梁的設計過程當中，設計人員必須要結合建設環(huán)境和應用需求明確設計的要點，特別是橋梁的結構參數數值的確定會直接影響其疲勞損傷和應用超載的情況， 必須利用BIM 設計模型反復進行優(yōu)化和驗證，遵從科學的橋梁結構設計流程推進工作，確保橋梁荷載與安全耐久要求之間的適配性。在施工單位參照設計圖紙進行建設的過程當中要做好橋梁梁體的防水防裂工作，所使用的建材和零件必須要滿足設計方案的要求，避免因管理不當而留存質量隱患。