山区高速公路桥梁设计的安全性及耐久性问题探讨

王宏

（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，兰州730030）

1 山区高速公路桥梁耐久性与安全性现状

近年来，随着我国公路桥梁工程的增加，相关部门越来越重视公路桥梁耐久性与安全性问题。当前我国高速公路桥梁在纵向的桥梁强度设计方面技术较为全面，但对于横向时间线上的使用考虑不足，一定程度影响公路桥梁使用寿命，进而增加安全事故发生率。尤其是山区高速公路桥梁设计，由于水文、地质、地貌、地形等条件，山区高速公路桥梁建设差别于平原地区，设计过程中存在考虑不周等问题，增加了山区高速公路桥梁事故发生率，因此，需要重点考虑以上因素可能造成的某些特定影响【1】。

2 山区高速公路桥梁设计存在的问题

2.1 安全性问题

1）施工管理与施工水平有限，根据综合分析国内多个高速公路桥梁事件，施工管理疏忽与建设中的不合规性是造成不良事故的主要因素。在公路桥梁建设中，没有严格依照设计、规范等相关要求进行管理与施工，导致公路桥梁存在安全隐患，主要问题体现在材料以次充好、偷工减料等方面【2】。

2）缺乏完善的山区道路桥梁构造体系与设计理念，在进行高速公路桥梁设计时，选择合理的结构方案是首要任务，需要对构件与连接、结构等进行分析；但在实际山区高速公路桥梁建设中，存在诸多问题，如设计人员考虑不够充分，过度依赖计算机软件系统，并未充分考虑结构材料、结构构造、结构体系等因素，另外，整个项目从设计到施工，容易受到人为因素的影响，例如，混凝土等级不够、设计图纸表达不明确、不能充分认识山区高速公路桥梁整体结构，进而导致项目安全性问题受到影响。

2.2 耐久性问题

1）目前，我国公路桥梁设计中，在施工技术、施工人员、材料等施工监督与安全存在较多问题，如偷工减料，造成公路桥梁耐久性问题，导致设计工程无法达标。另外，施工人员技术水平有限，施工时无法达到技术标准要求，导致公路桥梁存在质量问题。

2）超载问题严重，一般情况而言，可将公路桥梁超载分为3 种情况：一是司机的违法行为，对桥梁结构造成损坏，导致桥梁使用寿命缩短；二是公路桥梁荷载与流量出现变化，导致公路桥梁超负荷工作，损害桥梁耐久性；三是公路桥梁使用超过年限，一般这种情况较为少见。

3 应对措施

3.1 耐久性问题应对措施

3.1.1 进一步完善桥梁设计构造

适当加大混凝土保护层厚度，一定程度使混凝土保护层碳化概率降低，预防钢筋钝化膜受损。一般而言，混凝土结构发生开裂是造成混凝土结构破坏与损伤的开始，然后逐步恶化发展。同时，这种裂隙会加剧混凝土结构的损害，加剧雨水对混凝土结构的侵蚀，进一步破坏混凝土结构，形成恶性循环。通过提高混凝土结构，保证桥梁结构的正常性能，有助于延长桥梁的耐久性。此外，需要加强混凝土结构裂隙的控制，从构造方面入手消除隐患。加强运营管理部门管理，定期对公路桥梁进行检测、维修、养护等，并详细记录公路桥梁使用情况。在运营过程中，需要高度重视公路桥梁支座耐久性，满足结构使用规格与要求，有助于提高公路桥梁耐久性，延长使用寿命。

3.1.2 设计方案创新

近年来，社会各界对山区高速公路桥梁耐久性性问题关注度越来越高，在当前建设工作中，桥梁设计单位、监理单位、施工单位等相互之间沟通越发频繁，这在一定程度上可以提高建设工作的合理化与科学化。因此，为进一步提高山区公路桥梁耐久性，还需提高施工人员专业水平，定期对其进行培训，做到在加快施工进度的同时，保证施工质量。

3.1.3 设计理念创新

在长期的发展历史中，公路桥梁设计都在发展、应用、研究、借鉴等过程中得到进步。因此，要进一步提高对桥梁结构的重视度，总结设计经验与以往成功案例，对其深入剖析，进一步完善自身公路桥梁设计理念与知识范畴，促使设计理念不断更新，逐步发挥创造出适合时代需求的理念与体系，从根本上提高山区公路桥梁耐久性。

3.2 安全性问题应对措施

3.2.1 提高公路桥梁抗震性

一是从构造细节方面提高抗震性，结合相应的措施，保证结构的安全性；二是从总体方面设计，即从计算分析、结构设计、结构选型上考虑，尽可能采用连续结构，以3～4 孔为最佳桥梁联长，设置多个制动墩，提高公路桥梁抗震性，分散地震力，强化制动墩基础，多做中小跨径、控制大跨径，保证山区公路桥梁“大震不倒、中震可修、小震不坏”。在具体布孔与选择下部结构形式时，避免出现同一联桥跨中纵向墩高过大差异及同一桥墩横向墩高过大差异，保证抗震安全性。

3.2.2 泥石流沟

由于山区特殊的地形与地貌，一般桥梁需要横跨沟谷，且大部分沟谷均存在泥石流风险，尤其是针对大、中型泥石流沟，在进行公路桥梁设计时，需要将这些因素特别考虑在内。针对这些情况，可通过适当改沟、增加桥墩防护、避免桥墩落在泥石流沟附近与沟底、极大跨径等措施，来加强其安全性。

3.2.3 重视公路桥梁结构疲劳损伤

山区高速公路桥梁所应对的环境复杂，所承受的风荷载、车辆荷载都会对公路桥梁使用安全性造成影响，都属于动荷载，可对公路桥梁结构内产生的应力呈循环变化，在对公路桥梁结构造成震动影响时，对结构造成持续性疲劳损伤。在实际工程建设中，公路桥梁所使用的材料存在许多微小缺陷，并非是连续的、均匀的，因此在循环动荷载因素影响下，公路桥梁逐步形成损伤，随着使用年限的增加，公路桥梁内部材料逐步形成宏观裂纹，可诱发结构、材料发生催醒断裂，造成严重安全隐患。

由于导致公路桥梁结构疲劳损伤的因素众多，早期难以被察觉，往往造成不可逆转的严重后果。因此，在刚桥设计中，疲劳损伤问题一直备受关注。近年来，由于疲劳损伤引起的重大垮塌事故频发，社会各界及专家学者对其关注度不断提高，关于疲劳损伤的研究不断增多，即便目前已进入混凝土结构，仍还需进一步重视提高对于使用期受腐蚀的钢筋混凝土结构的疲劳性能、动态性能方面研究，深入了解公路桥梁材料疲劳损伤，做好防护工作，提高公路桥梁安全性与使用年限。

4 结语

山区公路桥梁建设工程，由于其微丘、山岭等特殊性地貌，以及运输条件限制、沿线地质复杂等特性，导致公路桥梁建设工程难度大，导致工程项目安全隐患多、使用寿命较低等。因此，在不同跨径桥梁需要采取针对性的措施，如跨径40～50m 公路桥梁需要使用预应力混凝土T 梁，对于20～30m 跨径公路桥梁需要使用预应力混凝土小箱梁。此外，还需加强施工动态设计与地质勘探，在明确地质环境等综合条件下，合理设计公路桥梁，提高其使用安全性与耐久性。