公路桥梁设计的安全性和耐久性研究

周龙

（江西省交通设计研究院有限责任公司，江西 南昌 330000）

0 引言

伴随着现阶段我国机动车辆总数的不断提升，保证人民群众的出行安全成为重中之重。针对此种情况，在公路桥梁工程设计的过程中，需要对耐久性以及安全性设计提起重视，保障公路桥梁的建设质量，为人民群众的安全出行奠定基础。

1 国内公路桥梁设计中的安全性、耐久性解析

近几年来，随着公路桥梁建设规模的扩大、数量的增长，出现了不同类型的安全事故，造成不同程度的损失。实践调查表明，公路桥梁工程会在施工和后续投入使用期间出现坍塌事故，主要原因在于前期桥梁设计不科学不合理，或是施工期间没能按照相关规定施工。主要体现在公路桥梁设计期间，设计工作人员没能提起重视，忽略综合因素的考虑，在后续的计算和核算过程中出现数据错误，间接导致后续公路桥梁使用寿命降低，引发坍塌事故。不难看出，随着公路桥梁工程安全事故频发，人们开始重视公路桥梁结构的安全性与耐久性设计。

2 公路桥梁安全性与耐久性的影响因素

首先，就一般情况而言，在公路桥梁设计完成之后需要设置试验室，进行模型的构建，对其安全性以及耐久性进行测试，并且在测试的过程中不断地对设计方案进行改进，重视技术可行性、成本控制的综合考量，使最终的设计方案满足我国现行的公路桥梁的设计标准。但从实际情况来看，在偏远地区，施工条件较差并且地形复杂，对公路桥梁施工产生影响的因素非常多，这就导致公路桥梁在设计的过程中需要考虑的因素较多，桥梁设计的整体方案以及结构不够灵活。很多工作人员套用单一设计模式，没有根据实际情况进行灵活的设计，批量化的设计导致很多桥梁或公路的结构并不适合施工区域的地形。其次，公路桥梁的设计方案重视安全性设计，却忽略耐久性这一因素。虽然已根据安全性的需要进行材料以及结构的选择，但没有考虑后续使用可能对耐久性产生干扰的因素，导致桥梁的整体耐久性下降。最后，在公路桥梁实际使用的过程中，经常出现大负载车辆通过的情况，这会大大降低公路桥梁使用的耐久性，使其无法达到预期的设计目标。

3 公路桥梁设计的安全性和耐久性研究

3.1 转变设计理念

在设计工作开展的过程中，应当充分吸取国内外成功案例的设计模式以及设计理念，不断更新施工技术、扩大施工工艺的储备，扩展设计思路。在进行设计工作之前，应当进行充分的调查，加强对地质的勘察与地形的分析、数据的记录及研究工作。根据公路桥梁建设地区的实际环境以及建设条件，分析对施工可能产生影响的因素，由此针对性地选取公路桥梁的结构、材料、工艺等。在设计阶段开展质量管理模式的设计工作，加强对施工要点的控制。在设计完成之后与施工部门开展充分的交底工作，施工期间如果出现问题需要重新进行设计，保证设计的耐久性以及安全性。

3.2 综合考量对耐久性产生影响的因素

工作人员在公路桥梁耐久性设计工作开展期间，要具有以施工工艺和材料标准为基础针对性强化耐久性方案的意识，以此展开综合考量，以公路桥梁的总体结构作为切入点，定位其中容易被忽略的位置和环节。通过综合的分析，准确预判公路桥梁后期养护过程中可能遇到的问题或者故障，并在公路桥梁的养护方案中指明上述问题的具体处理方式，作为评价公路桥梁安全耐用性的重要依据。在公路桥梁设计过程中，尽可能全面考虑使用过程中可能遇到的问题，按部就班地开展后续维修、维护、施工管理等工作。以保证公路桥梁的应用性能为前提，结合公路桥梁应用的多方面需求，及时定位并处理公路桥梁应用中可能发生的问题。结合国家针对公路桥梁颁布的各类标准，以建设规范为基础，应用不同类型的新技术，可以满足后续维修、保养、检测、加固等多方面的需求，避免对后续的使用质量和效果产生不利影响。此外，还要具有综合评估桥梁承受灾害危险的能力，也就是明确公路桥梁实际的承载力，强化结构的灾害适应性能，达到延长桥梁使用寿命的效果。

3.3 适当增加混凝土层的保护厚度

钢筋混凝土结构的稳定性直接影响公路桥梁的质量。增强混凝土层的厚度，规范设置混凝土层的相关参数，可以对公路桥梁的钢筋起到防护作用，最大限度地降低钢筋遭受外部侵蚀的概率。同时产生一定的约束作用，避免有害物质进入混凝土结构内部。在实际使用期间，公路桥梁所处的外部环境包含较多的氯离子，附着在钢筋材料的表面并形成保护层。通常情况下，混凝土保护层厚度应与氯离子的浓度成正比，在保护层设置阶段，要考虑这一关键因素，确保最终的设置成果吻合实际要求，并保证扩散效果。

3.4 提升公路桥梁截面的抗裂性能

工作人员要综合考量截面抗震抗裂性能是否会对结构产生限制和不利影响，结合混凝土结构的裂痕状况准确分级，经过计算与检验，确定公路桥梁的抗震性能是否符合要求，为公路桥梁的应用打好基础。当前对公路桥梁混凝土一般划分为三个级别：一级要求公路桥梁施工阶段不能发生裂缝，二级要求允许存在一些裂缝和非标准组合，三级要求允许存在不同影响作用下的裂缝。这就需要工作人员提起重视，保证公路桥梁的等级与应用需求对应。

3.5 严格管控公路桥梁的超载问题

需要工作人员重视以下三种情况的严格管控。首先，明确行驶车辆是否存在自重违规的情况。其次，车流量是否严重超过设计规范。最后，公路桥梁是否存在超过使用年限后仍继续使用的情况。如果存在上述三种情况，就需要当地车辆管理部门提起重视，及时应对超载现象对公路桥梁结构的影响，定期落实公路桥梁内部探伤任务，及时做好维护管理，多角度保证公路桥梁结构稳定。全面定位公路桥梁所在环境内的不利因素，通过行之有效的管控，保证公路桥梁结构稳定。加大对公路桥梁材料的关注力度，通过检测确定存在问题的公路桥梁材料，做好配套的处理补修工作，保证公路桥梁的应用价值，满足实际的应用需求，避免出现更严重的事故。

3.6 结构与选材

公路桥梁的设计结构与选材都是对其安全性以及耐久性造成影响的因素，针对此种情况，在设计的过程中，工作人员应当考虑当地的地质状况、地形分布、降水量、气候条件、自然侵蚀等各方面的限制性因素，合理进行公路桥梁建设材料的选择，并对设计结构进行优化。举例来说：进行桥梁墩施工的过程中，如果有水流经过的情况，需对台墩进行钢筋混凝土的浇灌工作，避免因为水体的腐蚀造成台墩承载能力的下降。在材料的采购阶段、入库阶段、入场阶段做到严格的质量控制，安排专人进行材料的管理与检测工作。在材料入场之前，应当在工地试验室中进行质量检测工作，在保证材料质量的前提下，为公路桥梁顺利应用奠定扎实的基础。

3.7 重视疲劳损伤设计

公路桥梁完成施工之后，需要对桥梁进行疲劳测试工作，因为桥梁在使用的过程中需要面对大负荷车辆的反复碾压，公路桥梁连接处的插板处于反复的弹性工作状态。公路桥梁所承受到的荷载变化会直接引发自身结构的振动，长期的使用会导致公路桥梁的金属部件出现疲劳损伤，如果忽略后续的维护与保养工作，可能出现连接处断裂、公路桥梁表面出现裂缝等各种严重的质量问题，严重威胁过往车辆驾驶人员的生命安全。针对此种情况，工作人员在完成设计方案之后，可以使用计算机仿真软件对设计结构进行模拟，不断调整荷载重量、使用年限等数据，预估公路桥梁投入使用后是否会出现疲劳损伤的情况，之后对设计方案进行针对性的优化工作。因此，在设计公路桥梁的宽度、荷载等指标时，应当结合公路桥梁所在区域的交通流量，如果公路桥梁位于交通繁忙区域，应适当提升公路桥梁的荷载标准，保证公路桥梁的承受能力。与此同时，导致钢筋出现开裂引发公路桥梁坍塌事故的主要影响因素之一包含疲劳损伤，要想避免该问题，需要应用新型有效的解决方法。通过不同类型技术的使用，保障钢筋结构自身的稳定性能满足后续的应用需求。传统的强化混凝土技术无法达到较为理想的应用效果，依旧存在人为损伤、材料腐蚀等问题，致使疲劳损伤逐步加剧，这就需要技术人员研究应用技术，做好技术的革新优化，积极应对钢筋疲劳损伤等问题。

3.8 防腐材料的合理应用

在气候条件较为恶劣的区域，公路桥梁在投入使用之后，会经受长时间雨水的侵蚀、沙尘暴的风蚀作用。针对此种情况，需要在设计过程中进行防腐材料的应用。现阶段，环氧树脂涂层作为一种新兴的材料，能有效降低周围环境对公路桥梁的腐蚀影响，如果能将其投入实际的施工中来，可对耐久性设计起到有效的促进作用。公路桥梁的锚头区是最容易出现腐蚀的区域，在外部环境因素的长期腐蚀下，性能逐步降低，甚至导致坍塌。在设计公路桥梁的锚头时，可以在钢筋材料外部涂抹环氧树脂涂层，提升钢筋材料抵御侵蚀的能力，如图1 所示。

图1 环氧树脂涂层钢筋

3.9 加强保护层设计

钢筋混凝土构件是公路桥梁保护层设计的重要关注点，应确保钢筋材料与外部环境绝缘，避免钢筋材料发生碳化。一般在设计的过程中，公路桥梁钢筋材料构件之间的距离相当于保护层的厚度，保护层的厚度与保护性能成正比，借助厚实的保护层，最大限度地保证钢筋的防护效果，并为构件的长久应用奠定基础。

在设计过程中需要注意，过厚的保护层不仅会降低保护效果，还会增加构件浇灌的成本。分析主要原因为保护层厚度过大的情况下，会使钢筋混凝土构件受到更大的外来压力，间接提升发生裂缝的概率，不利于维持钢筋混凝土构件的性能。要高度重视保护层的厚度参数，结合公路桥梁所在区域的基本特征、环境特性以及自身结构，进行厚度的反复试验与修正，使其满足施工的需要。在验证钢筋混凝土性能的过程中，要注意混凝土的强度因素，需要在配比的过程中加强对坍落度、强度的控制，避免使用低强度的水泥。混凝土配比完成之后，需要快速运输到施工现场，避免长时间的运输造成混凝土强度下降。有条件的区域，要开展钢筋混凝土构件的预制工作，简化施工工序，避免由于现场施工不当导致的质量问题。钢筋保护层示意如图2 所示。

图2 钢筋保护层示意图

4 结语

综上所述，伴随着我国现阶段市场化经济建设速度的进一步加快，公路桥梁在基础交通系统中扮演的角色越来越重要，良好的公路桥梁能为城市之间的互联互通提供高质量的支持。因此，需要提升公路桥梁自身的安全与耐用性能，注重先进理念与公路桥梁设计方案的融合，真正服务于交通体系的建设，为“交通强国”的建设提供重要支撑，彰显公路桥梁的价值。