公路桥梁设计中的安全性和耐久性问题分析

2020-12-31韩新

运输经理世界 2020年16期

文/韩新

1 前言

国家大力推动基础设施建设背景下，公路桥梁工程建设力度进一步增加，无论是资金投入力度还是优惠政策的颁布，均为公路桥梁建设事业良性发展创造了有利环境。公路桥梁工程质量高低关乎人们交通出行安全以及经济发展，为了打造高质量的公路桥梁工程，应做好公路桥梁工程总体设计工作，编制合理设计方案。但由于公路桥梁设计属于系统工作范畴，其中需要考虑的因素多样，包括设计规范、设计人员、施工现场情况、技术和工艺等因素，任何一个因素考虑不全面，就会产生连锁反应，对工程整体质量带来不良影响。鉴于此，新时期加强公路桥梁设计的耐久性和安全性内容分析，便于积累经验，指导后续工程设计工作开展。

2 公路桥梁设计中耐久性与安全性的影响因素

2.1 路桥设计体系

公路桥梁设计中，如何提升桥梁结构的安全性和耐久性，完善、成熟的设计体系支持是必不可少的。即便国内对公路桥梁设计相关内容研究持续深化，取得了丰硕的成果，但相较于西方发达国家现有的公路桥梁设计体系而言，还有一些不足和欠缺，不同程度上影响到公路桥梁结构安全性和耐久性。如，在设计标准中，耐久性设计标准内容缺失；在具体设计中由于标准模糊不清，导致最终设计的公路桥梁工程使用寿命低于预期。另外，可能诱发一系列矛盾冲突，导致工程施工质量下降，后期公路桥梁工程使用中出现裂缝、麻面等病害，如图1 所示。

图1 桥梁裂缝

2.2 设计人员综合素质

设计人员是公路桥梁设计的主体，自身综合素质水平高低很大程度上影响着公路桥梁整体安全性和耐久性，做好设计人员的专业培训十分必要。但从实际情况来看，目前公路桥梁设计人员的素质水平并不高，还有很大的提升空间，表现在以下几点：一是设计人员对公路桥梁设计中的安全性和耐久性不够重视，认知存在局限性，部分设计人员为了节约时间，加快工作进度，经常出现在未实地考察项目区域实际情况的基础上盲目进行设计，这就导致公路桥梁设计方案在后期落实中可能存在与实地不符合的情况[1]。即便设计速度较快，但是质量却无法得到保障。二是设计人员专业能力较为滞后，不符合现代公路桥梁工程设计要求。部分设计人员习惯了使用CAD 设计软件，却不懂得如何运用更加高效的BIM 技术，新技术掌握程度不足，不仅导致工作效率偏低，还会影响最终公路桥梁工程的安全性和耐久性，导致使用寿命大大下降。

2.3 路桥设计审核

公路桥梁设计中的一个主要影响因素即设计审核因素，审核是否严谨、全面，关乎是否可以及时发现设计方案中的不足，及时优化改进，否则将会影响到后续公路桥梁工程耐久性和安全性。公路桥梁设计审核流程烦琐、复杂，审核难度大，部分审核人员屡屡出现违规审核情况，未能做好设计把关工作，为后续的公路桥梁工程质量埋下了隐患，审核工作也变成了表面文章[2]。

3 公路桥梁设计中耐久性和安全性不足的表现

在公路桥梁设计中，需要对施工区域进行充分实地勘察收集相关数据资料，结合环境因素来分析结构受力情况，在保证桥梁结构刚度和强度同时，也要保证公路桥梁耐久性。就公路桥梁的耐久性和安全性来看，具体表现在以下几点：

桥梁工程长时间暴露在自然环境中，受到雨雪、阳光和大风侵蚀，内部钢筋材料容易锈蚀破坏整体结构，在降低桥梁结构承载力、缩短使用寿命的同时，为路面行车安全带来不同程度的危险。所以，公路桥梁设计中要做好选材，确定最佳的桥梁保护层厚度，规避钢筋氧化锈蚀威胁到公路桥梁整体结构耐久性与安全性，现场的钢筋集中存放，做好遮盖防护措施，避免损坏影响到公路桥梁工程质量。

桥梁强度不足，致使公路桥梁工程倒塌，一些超载车辆通过桥梁时损坏桥梁结构，情况严重下甚至诱发坍塌事故，造成不可估量的经济损失和人员伤亡。所以，公路桥梁设计中强度是一项重要指标，只有符合标准，才能保证工程质量和通车安全。

桥面铺装层承载作用，设计时要注重铺装层材料选择分析，分析后期受到温度变化影响的热胀冷缩，可能导致桥梁结构压缩变形，增加裂缝出现概率，工程整体施工质量和使用寿命随之缩短[3]。

4 公路桥梁耐久性和安全性问题的设计方法

4.1 上部结构设计

公路桥梁上部结构设计，要求设计人员在充分实地勘察结果基础上，进一步分析桥梁整体结构受力与技术可行性等因素优化设计。一些地形平缓区域的中小型公路桥梁工程，选择筒支空心板结构，跨度小、操作便捷，在保证桥梁功能的同时，减少总体施工成本。但是此种方式不适合山区建设环境，跨径无法满足施工要求。对于此类情况，可以选择预制T 梁结构，设计中适当增加跨径，便于预制T 梁结构优势，优化工程结构同时，减少总体成本支出。另外，T 梁属于曲线梁，结构受力平衡性与抗扭能力有所不足，可能对下部结构稳定性产生不良影响。所以，小弯矩曲线桥工程适合采用直梁结构，在可控范围内适当地调整翼缘板宽度，曲面桥平面线形得到优化改进同时，显著改善T 梁桥弯矩不足的问题[4]。

4.2 下部结构设计

下部结构设计至关重要，其功能在于支撑，这就需要做好桥墩选型设计，结合区域施工地质条件和上部结构特点综合考量。双薄壁墩和柱式墩是较为常见的桥墩，其中柱式墩施工期间操作便捷，并且整体的外观美感良好。在具体设计中为了保证桥墩稳定性，可以通过增加横截面，钢管外包以及碳纤维材料加固等方式进行加固处理。如果钢管外包加固可以选择椭圆形钢管，碳纤维材料加固就要结合施工环境合理安排工序，加强施工过程控制。增加墩底接触面积方式也可以起到加固处理作用，促使桥墩整体支撑力大大提升，尽可能规避桥梁结构变形。

4.3 加强工程隔震设计

工程隔震设计，主要是将隔震装置设置在各结构之间，可以增加结构整体阻尼，减少能量输出的装置，可以起到提升工程结构稳定性的作用。受行车荷载和地质环境因素影响，会导致桥梁结构稳定性受到不良影响，这就需要做好工程结构的隔震设计，按照特定公式来计算等效刚度和等效阻尼等隔震装置性能。

另外，桥梁附属结构的设计需要保持高度重视，类型多样，如限位装置、伸缩缝等，通过时程分析法进行分析，细部构造对附属结构整体性能影响较大，应在设计时注重附属结构细部优化，提升设计合理性。

4.4 合理选择和配置施工材料

公路桥梁工程建设规模大，需要大量的混凝土材料，混凝土施工质量一定程度上决定了工程总体性能。所以，应加强混凝土配合比设计，选择高质量的原材料，严格控制水泥、添加剂和水等各种材料用量。施工前进行工艺性试验，分析实际结构和设计标准的差异，基于实际情况适当地优化调整，确定最佳配合比设计。混凝土耐久性设计，保护钢筋，避免钢筋与氧气充分接触发生大面积锈蚀；做好混凝土养护和支模工作，避免混凝土出现裂缝或表面受损。另外，为了确保设计工作高质量进行，还要建立相较于完善的路桥设计体系，积极吸收和借鉴西方发达国家路桥设计体系建立经验，契合我国公路桥梁工程建设实际情况形成更具特色的设计体系，为公路桥梁工程的耐久性和安全性提供坚实保障[5]。