重载交通下桥梁的寿命周期成本分析

王培浪

（苏州工业园区建设监理有限责任公司，江苏 苏州 215021）

0 引言

随着我国经济建设的飞速发展，公路运输在国民经济中所占的地位越来越重要。我国的公路桥梁，特别是矿区的公路桥梁，其承载的几乎所有的货运车辆都存在不同程度的重载、超载现象。超载车辆的荷载往往会远远超过公路和桥梁的设计承受荷载，致使路面损坏、桥面开裂，正常使用年限大大缩短，不得不提前大修，甚至可能造成垮桥事故，危及安全。据统计，全国公路每年因车辆超限超载造成的损失超过300亿元，造成了巨额的财产损失。

如何解决这一问题，是公路桥梁界讨论的焦点之一。笔者将结合自己的工作经验和研究成果，从桥梁工程寿命周期成本的角度谈谈对重载交通下桥梁设计的几点看法。

1 寿命周期成本理论

工程寿命周期，从理论上说，是指工程产品从研究开发、设计、建造、使用直到报废所经历的全部时间。工程寿命周期成本是指工程项目从项目构思到项目建成投入使用直至工程寿命终结所发生的一切可直接体现为资金耗费的投入总和，主要包括建设成本和使用成本。建设成本是指建筑产品从筹建到竣工验收为止所投入的全部成本费用。使用成本则是指建筑产品在使用过程中发生的各种费用，包括能耗成本、维护成本和管理成本等。

长期以来，人们总是把工程产品的建设成本和使用成本分别加以管理，特别是对于当下某些重载超载的桥梁，其使用成本过高，建设成本显得相对较低，导致寿命周期成本巨大，这就需要把建设成本和使用成本结合起来综合管理，这种必要性现在变得愈来愈突出。对于工程建设项目而言，工程的建设费用和使用费用存在着内在的对立统一关系，如图1所示。

图1 建设项目全寿命周期功能—成本关系图

全寿命周期成本分析的实质是桥梁工程项目管理的一种指导思想和方法，核心是要求从桥梁工程项目全寿命出发去考虑造价和成本问题，关键是要实现工程项目整个寿命周期的总成本最小化。从图1可以看出，要实现建设项目全寿命周期成本最小化，必须寻找项目建设费用与使用费用之间的平衡点，而这个平衡点依赖于项目的决策与设计，不同的设计会有不同的平衡点。即要系统地看待项目建设费用与使用费用之间的辩证关系，而且要将这种系统思想融进项目决策和设计过程中，降低项目使用费用曲线，抬高项目建设费用曲线，使得项目的使用费用和建设费用在更低点上得到均衡，从而降低建设项目全寿命周期成本。

2 从寿命周期成本角度分析重载交通下桥梁的设计

众所周知，工程产品的功能在决策及设计阶段就基本确定了，对其寿命周期成本影响最大的阶段也在决策及设计阶段。因此，决策及设计阶段也就成为工程产品成本节约潜力最大的阶段，是工程产品成本控制的重点阶段。

桥梁工程的寿命周期成本，也是由其建设成本和使用成本（养护、维修成本）组成。重载交通下桥梁寿命周期成本的一个突出特点就是桥梁容易损坏，使用成本高。重车荷载作用下的一座新桥，建好不到几年，桥面铺装、支座墩台、梁板等就发生大面积的病害，正常使用年限大大缩短，养护、维修成本要远大于标准荷载桥梁，部分严重的甚至要拆除重建。

根据寿命周期成本理论，为了有效地节约成本，应将桥梁的建设成本与使用成本综合起来统筹考虑，对建设成本与使用成本的分配加以权衡，找出整个系统的最佳平衡点，使总成本达到最低。考虑到重载交通地区桥梁的损坏率高及养护、维修成本高的特点，应提高重载交通下桥梁的设计荷载等级，有针对性地改进桥梁的构造，提高桥梁的承载能力、安全性与耐久性，从而大幅度减少桥梁的养护、维修、改建甚至重建费用，降低桥梁的寿命周期成本。

我国在“七五”、“八五”期间修建的众多中小桥梁一般按汽—20设计，设计荷载偏低，重载、超载车辆荷载大大超过了设计荷载。新建的一些中小桥梁，由于对实际的交通流量缺乏系统的调查，因此在设计荷载的选取上，即使考虑了一定的安全系数，仍有一定的盲目性。这些桥梁在重、超载车辆的反复作用下，不可避免地会产生各种病害，造成巨大的损失。

长期以来，由于对寿命周期成本的忽视，设计与使用、建设与运营被割裂，建设单位决策时并未对使用成本有足够的认识，片面强调降低建设成本，而设计人员也未对重载交通下桥梁荷载的特殊性进行区别对待，依然按照标准荷载的要求进行设计，由此导致了“边建设、边破坏，边破坏、边维修”的恶性循环，桥梁的使用性能大大降低，安全隐患无法解决，大量建设资金被浪费。所以，在决策、设计过程中需要更加注重成本，推广寿命周期成本的理念，纠正以往片面的认识，这是在超载、重载交通下提高桥梁的安全性、适用性、经济性的一个有效手段。

3 重载交通下提高桥梁安全性与经济性的措施

笔者结合自身的工作经验和研究成果，对重载交通下如何提高桥梁的安全性与经济性提出以下几点建议。

3.1 设计荷载方面

笔者曾对某矿区的交通情况进行过实地考察，当地超载情况非常严重，部分额定50t载重的大车，往往实际荷载可以达到100t，甚至150t。该地区桥梁损坏严重，特别是国道和省道，因对超载的查处不及高速公路严格，危桥比率高。图2所示为该地区某省道的一座危桥。

图2 某省道危桥

针对该情况，在超载现象未得到有效控制前，进行新建桥梁设计时，应首先对当地的交通量进行实地调查，按实际调查得出的准确结果确定设计荷载，选取合适的设计荷载等级。

3.2 空心板铰接缝的构造措施

目前我国空心板桥梁多应用企口式铰缝，该类型铰缝在重载交通下易首先破坏，导致横向联结失去对车辆荷载的分散作用，主梁间无法相互传力，车辆荷载将完全作用在车轮下一条单独梁上，形成了“单板受力”现象，降低了桥梁的整体性，加速了桥梁的损坏。针对该病害，可以通过在铰缝上缘或下缘粘贴钢板，在铰缝中添加纵向钢筋、门筋等构造措施，有效地提高铰缝的抗剪强度，加强桥梁的整体性，减少“单板受力”病害的发生。

3.3 梁板与桥面铺装整体化构造措施

目前的桥梁设计中，大多是在梁板与桥面铺装层间铺上两层钢筋网，并联结少量竖筋，桥面铺装与梁或板之间的联结并不紧密，不能很好地共同受力。笔者建议可以通过在梁板与桥面铺装层之间增设竖向钢筋或其他构造措施，改进施工方法，提高桥面铺装层与梁板之间的整体性，从而提高桥梁承受荷载的能力。

4 结语

在决策与设计过程中推广寿命周期成本的理念，将建设成本与使用成本综合起来加以统筹考虑，进行最优组合，加大建设时的资金投入，减少维修、养护费用，是提高重载交通下桥梁的安全性、经济性、耐久性的可行方法。然而，要从根本上解决重载交通下桥梁的破坏问题，则必须控制超载，加大超载查处力度，从源头上解决问题。

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