桥梁使用寿命与设计使用年限差异浅析

秦永松 王志民

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安 710075)

桥梁使用寿命与设计使用年限差异浅析

秦永松 王志民

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安 710075)

桥梁在使用过程中受自然环境和交通荷载的长期作用,其结构各部分发生损伤和病害,使用功能下降,实际使用寿命往往达不到设计寿命。本文分析了我国桥梁使用寿命与设计使用年限存在差异的原因,针对使用寿命低的原因提出了提高桥梁使用寿命的对策和建议,以期能够为相关的实践提供一些参考。

桥梁 使用寿命 设计使用年限 桥梁安全

桥梁是道路的关键和控制部位，桥梁正常使用是确保交通线路畅通的关键。桥梁在使用过程中受自然环境和交通荷载的长期作用，其结构各部分发生损伤和病害，使用功能下降，实际使用寿命往往达不到设计寿命。为了保证桥梁安全可靠的运营，必须找到实际寿命小于设计使用年限的原因，并且要采取措施延长桥梁的使用寿命，确保桥梁运营期的正常使用和安全。

1 桥梁使用寿命

桥梁的使用寿命是是根据现行规范标准和桥梁建造质量确定的，桥梁使用寿命是指桥梁从竣工到出现不安全状况的时间。我国桥梁的设计使用年限一般为100年，实际工程中大多数桥梁并不是达到设计使用年限才终止使用，桥梁实际寿命小于设计使用年限。

英国的SomerVille将使用寿命分成以下3类：

(1)技术性使用寿命：以桥梁的某些技术指标(如承载力)不合格时为终止使用期限；

(2)功能性使用寿命：以桥梁结构不再满足功能实用要求(如通行能力不满足现在交通量)时为终止期限；

(3)经济性使用寿命：以桥梁结构养护维修不经济(与拆换更新相比)时为终止期限。

目前人们所说的桥梁使用寿命基本上是指技术性使用寿命。

2 桥梁使用寿命小于设计使用年限原因分析

港珠澳大桥技术专家组会议提出了“建设百年大桥”的建设目标，既所有的设计、施工、设备和原材料都按照“建设百年大桥”的目标来要求，达不到要求的不能进场，可见桥梁使用寿命是衡量桥梁工程质量的重要标准之一。“百年大桥”目标对新时期公路桥梁建设具有重要的指导和借鉴意义。

但是要实现“百年大桥”的建设目标，必须要保证桥梁的实际使用寿命，实际工程中大多数桥梁的使用年限小于设计使用年限，造成这一现象的原因是多方面的，主要有以下几个方面：

2.1 设计规范的局限性

设计规范是在以往的经验、技术、科技水平等基础上建立起来的，一般工程类设计规范每十年左右(甚至更短的时间)修订一次，对于设计使用年限为100年的桥梁，随着桥梁使用时间的增加，桥梁越来越不能满足时代的要求，特别是长寿命的老桥梁显得标准较低。即设计规范是静态的，不可能充分考虑到桥梁使用过程中的动态变化，从而导致桥梁实际寿命和设计使用年限的差异性，引起差异的原因主要表现为以下两个方面：

(1)设计荷载标准偏低。在役老桥设计时按照早期的设计荷载，相对于现阶段的交通量要求，设计标准普遍偏低。例如2006年陕西316国道冷水河大桥垮塌，引起社会各界广泛关注。冷水河大桥是1983年开始施工，1985年建成通车，之所以选择修建这种桥，主要是这种拱桥的投资少。大桥设计是按照当时的国家标准进行的，按现在的新标准看，大桥却有“豆腐渣”的嫌疑，但当时符合标准，修建大桥并没有偷工减料。可见，随着交通量以及荷载等级的增加，许多老桥梁设计标准偏低，已基本无法满足现在的交通需求。

(2)通行能力不足。早期设计的桥梁桥上、桥下通行净空尺寸太低，越来越不能满足现代化通车、通航的要求，以致巨轮冲撞桥梁的事故时有发生。

2.2 轻视正常使用极限状态设计

桥梁结构应该按照承载能力极限状态和按正常使用极限状态进行设计，前者指结构达到最大承载力或达到不适于继续承载的变形时的极限状态；后者指结构达到正常使用的某项规定限值。

荷载达到桥梁的极限承载力时桥梁会发生破坏，但是没有达到承载能力极限状态时，由于某些病害桥梁也不能正常使用甚至发生破坏。实际没计中设计者主要考虑是荷载作用下桥梁的破坏，对桥梁的耐久性、适用性(正常使用情况)不够重视，没有意识到正常使用极限状态验算的重要性，使得桥梁的使用性、耐久性较差，从而导致桥梁的实际使用寿命小于设计使用寿命。

另一方面，承载力极限状态的有承载力和无承载力之间的分界线是清晰的，而正常使用极限状态的能正常使用与不能正常使用之间的分界线是模糊的，在很大程度上依靠工程经验确定。所以科学合理的确定正常使用极限状态也是有继续研究的问题。

2.3 桥梁施工质量不达标

施工质量是影响桥梁使用寿命的重要因素之一。我国的桥梁建筑工程行业不断发展成熟，但是部分建筑商为了追求高额利润，施工中偷工减料、不按照设计规范、图纸设计施工，严重影响了桥梁结构的质量和安全。如2012年6月，辽宁省抚顺市月牙岛西侧跨河大桥施工时发生坍塌，事故直接原因是施工人员严重违反施工流程，过早拆除支架，导致该桥第三联箱第10孔坍塌。

2.4 超负荷使用

随着车辆的不断增多，交通越来越繁忙，我国大部分桥梁几乎都在超负荷运行，尤其是超载的大卡车明显增多，而桥梁的设计交通量是按以往水平设定，对后期的发展考虑不足，使得实际通行量超过其设计承载能力。桥梁长期超负荷运营，其使用寿命不可能达到设计使用年限的要求。惠州市惠城区的西枝江桥新桥，是惠州市区交通最繁忙的桥梁之一。该桥修建于1991年8月，1992年10月竣工交付使用。2007年该桥直接综合交通量为69273辆／昼夜，从建桥初期每昼夜2000多车次发展到现在的近70000车次，15年时间，该桥的交通量增加了36倍。长期超负荷运行，令西枝江桥不堪重负，结构出现开裂、变形现象，于2008年封闭通车进行改造。

2.5 桥梁运营期养护不当

桥梁运营期进行定期养护维修，可以提高桥梁的耐久性，延长桥梁的使用寿命。若桥梁投入运营后养护维修不恰当，桥梁的使用寿命将大大降低，甚至远远没有达到设计使用年限就发生破坏。

3 延长桥梁使用寿命的对策随着科学技术的不断发展，桥梁的建造材料、建造技术也不断进步，要缩短桥梁使用寿命和设计使用年限的差距，必须从影响桥梁实际使用寿命的原因入手，可从以下几个方面采取一定的对策。

(1)重视设计阶段。桥梁设计阶段应严格按照设计规范、设计标准进行设计，重视正常使用状态设计，保证承载力满足的同时，对桥梁的耐久性、适用性、安全性提出计算和构造设计的要求。在设计阶段科学合理预测桥梁建成后的运营条件变化和交通量增长，综合考虑各种因素，考虑一定的安全系数进行设计，使桥梁建成后在设计年限内能够正常运营。对以往桥梁设计规范中不适合的地方要及时地修订、更改，并且针对桥梁实际寿命低于设计年限的事实，综合考虑技术、功能、经济等因素研究合理的设计使用年限。

(2)施工阶段。施工阶段是桥梁工程的关键，在建设施工时把好质量关，按设计要求和建筑规范建造桥梁，是保证桥梁质量，延长使用寿命的重要措施之一。

大多数桥梁的施工材料以混凝土为主，所以混凝土的质量问题决定着桥梁的使用寿命。桥梁施工阶段应该严格按照设计要求采购材料，进行严格的检查，杜绝因材料问题导致桥梁质量问题的出现。

施工工艺会影响桥梁工程质量，进而影响桥梁的使用寿命。比如施工工艺的差异会带来不同程度的沉降问题，尤其道桥过渡段的施工；施工工序也会影响桥梁的质量问题。所以施工单位应严格按照标准施工，保证桥梁工程的施工质量。

(3)养护运营阶段。科学合理的进行桥梁养护维修，可以保证桥梁运营期间的正常使用，是延长桥梁使用寿命的一种方法。科学合理的养护计划是建立在准确的评估桥梁技术状况基础上的，积极采用新检测手段和设备，大力提高检测技术水平，建立桥梁信息管理系统，在经济上进行预算从而制定出可行性的修复和维护计划，延长桥梁的使用寿命。

4 结语

理论上桥梁使用寿命应该等于设计使用年限，但是由于每座桥梁都处于一个复杂的动态环境中，桥梁结构的安全性、适用性和耐久性是各种因素、各个环节综合作用的效果，两者存在差异是不可避免的，但差异太大也是问题所在。本文分析了桥梁使用寿命低于设计使用年限的原因，并提出了一些延长桥梁使用寿命的措施。只有做好了设计、施工、维护这几方面的工作， 桥梁的使用寿命才能确保达到设计标准。

[1]金小川,周宗红等.中国桥梁设计使用年限的研究[J].公路与汽运,2012(02).

[2]SomerviUeG．The design life of structure[M]．London:Academic Blackic and SonsLtd．,1992.

[3]刘军,邬晓光,张彦飞.基于可靠度的桥梁使用寿命分析[J].长安大学学报( 自然科学版),2010(01):54-58.

[4] 熊世金.桥梁使用寿命的探讨[J].广东科技,2006.12:94-95.

[5]赵井旺.桥梁工程中施工质量对桥梁使用寿命的影响[J].科技资讯,2012(32):121.

[6]冯兴中.工程结构承载力极限状态与正常使用极限状态可靠度的比较分析[J].西北水电,2011(02):66-71.

秦永松,男,汉族,生于1981.06.09,本科,2004年毕业于重庆交通大学,桥梁及结构工程专业。

王志民:男,汉族,生于1981.11.23,本科,2004年毕业于重庆交通大学,桥梁及结构工程专业。