市政路桥设计中的安全性和耐久性研究

聂拥军，祁 巍

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳 518029）

0 引言

目前中国公路和桥梁项目发展迅速，道路和桥梁虽然获得的占取空间较小，但承担了比例巨大的城市交通流量，是一道城市交通的美丽风景。新形势下的公路与桥梁技术的发展让人们有更多的了解，特别是公路桥梁设计的安全性和耐久性与大家的切身利益相关联，这吸引了更多人的注意。经济快速发展，带来了加速城市化的进程。城市设计过程中的道路和桥梁设计的重要性越发凸显。交通体系作为城市发展的命脉，越发重要。如今，在新形势下如何提高高速公路和桥梁设计中的安全性和耐久性已经成为绝大多数路桥设计人员的工作重点。本文就当前我国道路和桥梁设计形式，总结其中的安全性和耐久性问题，提出相关的解决应对策略。

1 路桥出现安全性和耐久性问题的原因分析

1.1 设计方面的原因

路桥在安全性和耐久性方面出现问题，主要原因是由于桥梁安全设计以及施工和后续维护阶段的问题。在设计阶段必须实地考察，确保设计方案与工程主体周围环境的契合。设计人员应当对每一个项目持谨慎细致的工作态度，以合理化的设计方案来满足现实使用需求。在每一个设计过程中，都应当让数据来说话，通过每个数据来对项目主体进行度量。在设计过程中，严格检查设计步骤，确保数据的准确性。在路桥的耐久性方面出现问题，原因通常是出在设计和材料环节，施工中所用材料的质量直接影响到桥梁的使用寿命。道路和桥梁的设计和施工过程中需要考虑诸多因素。道路和桥梁的建设由许多不同的组件构成，系统的建设所使用到的建筑材料也不唯一，所以为了确保整个建筑结构不是单一的，在每个结构构件的安全性和耐久性上都必须进行控制，彼此之间进行相互约束。在设计过程中，设计人员应当在深思熟虑需之后完成一个全面的有关安全性和耐久性的技术试验，避免在考虑时遗漏某些影响桥梁结构完整性的因素。由于很多技术人员都缺乏全面性思维，考虑时过于片面，导致了很多影响路桥安全性和耐久性的问题。在实践中，由于设计人员的专业技能水平有限，对于道路和桥梁的设计公式理解深度不够，导致其在对道路和桥梁设计的强度上要求低或局部受力大，从而造成道路和桥梁缺乏耐久性，进而影响安全性。在道路和桥梁的设计和施工过程中，开发过程是动态的而不是静态的，所以在设计过程中遇到的各种技术问题，需要技术人员结合实际，做到具体问题具体分析，根据不同的环境和条件制定合适的解决方案，不应当使用惯常的思维来考虑问题，导致对象的设计、施工与实际需求不匹配，缺乏系统的整体性能。

1.2 施工管理方面的原因

在路桥工程施工前期，安全技术工程师应对相关施工部门进行准备工作的审查，审查的内容应当涉及：在编制的施工组织设计中是否含有符合强制性标准的安全技术措施或专项安全施工方案，是否含有按照设计文件有关要求制订的施工安全保护措施等。在施工中的过程没有安排安全监管工程师，来督促公路工程施工项目组建立安全保证体系，规定安全生产责任人，安排好相关安全人员的分工。施工过程的安全教育，是整个高速公路工程建设施工技术安全保证的意识基础。但目前在大多数情况下，针对施工人员的安全生产培训以及相应的安全施工意识教育没有跟进，缺乏相应的制度管理标准。施工过程中没有足够的信息管理平台支撑，技术质量管理中缺位、越位、错位现象比较严重。实际上，相对高速公路项目开发企业而言，高速公路项目开发管理就是一个资源整合和优化的过程，但相关利益的各方对质量控制的标准不是一样的，开发商应该对各方质量标准进行对比分析，把技术质量管理重点放在不同点上。设计条件及设计人交待不够准确，经常发生反复性调整，导致设计文件及图纸交付迟、变更，以致工期及预算影响施工和建设质量。总承包单位的界界定不清晰，总包、分包及供应商等及其合同管理定位不清晰、不可控。所有这些施工管理方面的问题，直接影响路桥的安全性与耐久性。

2 提升路桥安全性和耐久性的设计准则

（1）桥面铺装。桥面铺装是直接接触汽车的组件，也是桥面排水的第一道防线。桥面一方面承受汽车滚动剪切的影响，另一方面一直承受重复主声束应力和结构变形的影响，这些往往会在早期对桥梁产生损伤，然后摧毁桥面防水系统，最终导致水在甲板上的主光束和钢筋腐蚀。混凝土路面逐渐剥离了主梁，削弱主梁的受力性能，影响整个结构的安全性和耐久性[1]。

（2）桥面防水层。在许多设计中只使用一个防水混凝土防水，由于防水混凝土属于刚性防水层，一旦开裂，防水性能显著下降。

（3）主梁。主梁是全桥的主要承载构件，通常在总体设计分析和局部分析时对其重视程度很高，从理论的角度来看，安全性和耐久性能满足规范的要求。然而，在实际工程中主梁箱体大量积水，满水箱也有发生，大大损害了预应力钢梁和普通钢筋，大大降低主梁的安全性。原因主要是由于主梁设计的细节不到位，主梁设置排水结构不足。

（4）伸缩缝。伸缩缝是桥面的重要组成部分之一，直接影响到桥梁的灵活性。因为主梁收缩和形变考虑不足或模型选择不当，导致桥梁结构在高温度时受损，在低温度时挤压变形拉坏。纵向接头确保梁地扩张，但也应注意防水设计。在许多设计中，使用直线形伸缩缝，虽然设计更方便，但是桥梁两端的护栏区域成为主要泄漏点。因此,建议使用横向两端有翘头的伸缩缝，使整个结构形成一个封闭的U形坡口，可以有效地避免桥梁伸缩缝在排水环节下泄到分联梁端及分联墩盖梁上[2]。

3 优化路桥设计中安全性和耐久性的施工工艺

在进行摊铺施工前，首先进行一项全面系统的检查，检查的内容涉及路面基层结构和摊铺机械。另外，摊铺机械在使用前需要进行预热处理，时间设定在1 h以上，并且实际温度要在100℃以上[3]。最关键的是摊铺机械的检查，确保摊铺机的振捣装置能够处于有效工作状态，以此确保实现设计要求下所应达到的路面高度、平整度和密实度。在路面摊铺时所用到的改性粉质粘土，必须具备滑模可摊铺性，不得出现大面积或整车料的麻面现象。如果不具备可摊铺性，强制摊铺会出现由于振动插头在强重力的压制下插入不到中间位置的情况，这将会严重影响路面的施工质量。改性粉质粘土混合料宜采用全路面机械摊铺，摊铺前检查支撑杆和基准钢丝架设标高，经核对无误后，方可进行摊铺作业，在施工作业过程中现场应设1～2人来回检查，做好防范车辆、施工人员及其他机械碰撞支撑杆或钢丝的措施。摊铺施工工序开始前，先要对混合料的温度进行详细检测，温度需要控制在150℃以上。

4 完善路桥设计中安全性和耐久性的细节措施

4.1 增加混凝土保护层的厚度

保护层是保护钢筋和混凝土之间的粘结强度的重要屏障，对钢筋保护也起着重要作用，预防有害介质侵入钢筋混凝土内部。研究表明氯离子扩散至钢筋表面的时间与保护层厚度的平方成正比，二氧化碳的扩散速度也与保护层的厚度密切相关。一般来说，保护层越厚，钢铁表面免于侵蚀的时间越长,钢筋腐蚀的速率越慢,也就更耐用。因此，增加混凝土保护层的厚度有助于提高混凝土结构的耐久性。

4.2 优化原材料选择

首选高性能钢，该钢结构具有良好的可焊性和耐蚀性。用环氧树脂包覆钢绞线和钢筋，可以使其免于腐蚀。选用高性能混凝土，同时在路面使用环氧沥青混凝土，可以增加强度、耐磨性和密实度。根据当前工程实践情况预测，耐碱玻璃纤维将是未来纤维增强沥青混凝土应用最为广泛的一种纤维材料。由于当沥青与水接触后会立即产生水化反应，并在反应发生初期，混凝土的pH值会迅速升高,由于这一特性的存在，对纤维的耐碱性提出了特殊要求，以助于其抵抗碱度环境[4]。

4.3 注重结构和构件选型

尽可能的使用箱形截面，提高结构的整体刚度，减少疲劳振动。尝试一个全预应力结构，对主桥结构的垂直和水平构件施加预应力，防止结构性裂缝。构件断面设计中，钢筋间距应适当加强振动的混凝土骨料粒度分布、密度和强度，混凝土棱角的外观断面也应适当增加密度和强度。在桥梁结构上应设置一个防渗透、抗剪切和拉伸的防水层。防水涂层与沥青混凝土铺装层两者之间的附着力不应小于沥青混凝土路面和钢筋混凝土桥之间的附着力。此外，在桥面铺装的顶面，尤其是连续梁的负弯矩截面，应该设置防水层。为了避免梁内的水渗透，排水设计应在伸缩缝的设计细节进行加强。

5 结语

通过上文的论述，我们可以知道市政道路和桥梁设计不仅是经济发展的一个组成部分，同时也要考虑许多质量方面的因素。其中，耐久性和安全性是其核心内容，此外要尽可能避免城乡道路规划的高密度。本文对市政道路和桥梁设计的耐久性和安全性进行简要分析，旨在促进道路和桥梁建设的科学化。桥梁结构设计的问题主要集中在缺乏完善性，从而耐久性也受到制约。为此，在今后的设计施工过程中，首先要确保桥梁设计有足够的安全性结构技术验证。系统化的技术复核，是确保建设质量的重要内容。其次，设计人员要根据实际情况做出适当调整，以确保道路和桥梁的质量，提高桥梁结构的耐久性和安全性。

[1]马军海.基于全寿命的桥梁设计过程及其在混凝土连续梁桥中的应用[D].同济大学,2010(8)：1-3.

[2]马军海.基于全寿命的桥梁设计过程及其在混凝土连续梁桥中的应用[D].同济大学 ,2011(12):44-46.

[3]陈生年.简支变连续自应力法加固旧桥的数值分析研究[D].大连理工大学 ,2010(9)：161-164.

[4]何恭茂.对住宅建筑给排水设计的分析[J].广东科技，2009(2)：11-18．