影响桥梁使用寿命因素分析与应用对策研究

吴宇伦 万嘉俊 杨璐遥 张紫潼 唐玮玮

（长沙雅礼中学高三11330066班，湖南 长沙 41100002211）

近三十年来，随着国家经济建设和城镇化的发展，我国进行了大规模的基础设施建设，特别在交通建设方面修建了大量的高速公路、高速铁路和城市道路，桥梁建设工程是交通建设过程的重要组成部分［1-3］。据不完全统计，近三十年来我国建成的桥梁已达50万座以上，并且可以预见在未来相当长的时期内我国仍将处于桥梁建设的高峰时期［4，5］。目前国内外的桥梁工程的设计使用年限一般都为100年左右，而在实际生产生活中，大多数桥工程项目的桥梁使用寿命小于设计寿命年限的要求。据国内相关资料统计，中国只有40%的桥梁使用寿命为25年以上；美国的相关统计，设计平均寿命为75年的桥梁实际使用寿命平均为40年左右；德国对部分砼桥梁的统计也表明，使用年限25年以上的桥梁46%都存在一定的损伤［6］。

桥梁的使用寿命对人们的生产生活和生命安全有非常大的影响，不仅人民群众高度关心重视，政府和有关部门也高度重视。所以对影响桥梁使用寿命因素展开研究具有重要的理论和实际应用价值。本文将系统深入分析影响桥梁使用寿命的各种因素，提出相应对策，从根本上提高桥梁的使用寿命。希望最终能为桥梁管理部门提供相关理论支持。

1 影响桥梁使用寿命因素分析

大量文献显示影响桥梁使用寿命的主要包括：设计因素、材料因素、施工因素、维修和养护因素、车辆通行量和其他因素。

1.1 设计因素

桥梁寿命在设计时就已经有大体的设定，设计者在开始就要大致估计桥梁的使用寿命，还有设计者在设计时考虑的因素是否全面将会直接影响日后桥梁在面对各种因素的能力。并且近年来，世界各国普遍认识到，桥梁使用性能差、耐久性低、服务寿命短、全寿命经济性指标差等问题（与人们最初的设计和规划预期有很大差异）已经严重影响了其正常服务功能的发挥，并且给养护、维修等后期运营管理工作带来难以承受的巨大经济和社会负担，也使桥梁的建设管理面临着极大的系统风险。经过长期的探索，人们认识到除了设计合理、施工得当、维护及时外，要从根本上解决以上问题还需要改变桥梁建设管理的一些理念和习惯做法。实际上，我国当前桥梁建设中的某些惯例和办法在很大程度上导致或加剧了桥梁使用寿命短、耐久性差的问题。相关的典型问题包括：①在桥梁规划和设计阶段，对多个方案进行比选时，只注重建设初期（包括设计与施工）的成本，而忽视桥梁从规划、建设到运营、破坏整个寿命周期的总成本。而合理的经济性应当体现为使桥梁的建造与在整个使用期内检查、养护及维修费用之和达到最低。各国桥梁使用实践证明，如果片面追求较低的建造费用而忽视了对结构耐久性的改善，不仅影响结构的安全、减少结构使用寿命，同时投入的养护维修费用将十分可观，甚至远远超过建造中节省的费用。②国内桥梁工程招投标中经常是报价越低，得分越高，中标的希望越大。由于公路桥梁建设市场的竞争非常激烈，导致一些工程报价被压得过低，施工企业的合理利润得不到保证。这在客观上助长了桥梁建设中层层分包这种不良运作方式的存在。工程的实际建设者往往是资质差、技术力量薄弱、管理松散的队伍，这将对桥梁的建设质量十分不利。③还有一些工程（如一些政绩工程、献礼工程），因为种种原因过分缩短建设周期，一味追求施工速度，难免出现违背科学规律的做法，也在一定程度上增加了桥梁的病害，减少了桥梁的寿命。

1.2 材料因素

材料作为一个桥梁的直接组成者，能从根本上决定桥梁的质量与寿命，所以材料本身质量的好坏与材料的搭配就显得格外的重要，但是现在的材料市场良莠不齐，材料以次充好的现象时有发生，这就导致的许多桥梁坍塌的悲剧发生，所以材料因素就成为人们最关心也是最熟知的因素。

1.3 施工因素

桥梁建设是按图纸设计建造的一个过程，施工是桥梁建造中最为重要的一环，桥梁工程的施工工艺的不同也会给工程的质量带来不同的影响。在有了合格甚至是优质的材料后也一定能修建起一座牢固而耐久的桥梁，其中，很大的原因就是正要提到的施工因素。我们都知道施工是一个比较复杂又漫长的过程，期间发生的任何一个小小的失误就会影响到桥梁的寿命，千里之堤毁于蚁穴。桥梁的建设施工出现人为和非人为的原因影响桥梁工程的质量。人为的情况是在施工中存在施工人员偷工减料以及不按照规范设计图样进行设计施工、不按规范建设、施工等；在非人为因素中是指在遇到地震、火山爆发、泥石流、暴雨雪天气等非人为情况下，很难避免但可以做到有效防止。

1.4 维修和养护因素

我们都知道用预应力混凝土材料修建的各类桥梁在我国现役的桥梁中占绝大多数。但是由于各种原因，预应力混凝土材料修建的桥梁在使用多年后，或多或少都会出现一些病害，特别是近几年，地区交通流量增大以及车辆超重等现象的增多导致桥梁出现较多的病害，这大大缩短了桥梁的寿命。因此，对产生病害的桥梁进行必要的维修将对延长桥梁寿命起到非常重要的作用。

1.5 车辆通行量

据统计，一座桥梁在其服役期内由车辆产生的疲劳荷载次数大约超过1亿次。若构件内力影响线短，则1个轴重就会是1次加载，在制定规范时，按照效应相等原则，可以将复杂应力循环转换为单个循环的等代数来表达。

随着桥梁车辆通行量的增加，相同的时间下桥梁疲劳荷载次数会越来越大。另一方面，车辆的增加可能会使桥梁产生拥堵的情况，而桥梁的拥堵也会降低桥梁的使用寿命。高速发展带来便利的时候同时对桥梁的寿命也会产生影响，如果桥梁的使用寿命在下降而桥梁的设计使用年限保持不变或是增大，那么两者的差距会越来越大。桥梁设计时的日通行量往往是按以往的水平设定的，对后期的发展考虑不足，所以当桥梁长期在超重荷载下运营时袁其使用寿命也将随之减小，致使桥梁的使用寿命不能达到设计使用年限的要求。

1.6 其他因素

正常运营时段中，桥梁因自身因素和所处环境对桥梁使用寿命也会产生影响。例如，周边温度的冷热原因会使桥梁本身表层混凝土出现裂缝，桥梁在承受自重以及桥面荷载的作用力会发生不均匀的沉降，桥梁水下的氯离子对钢筋有锈蚀作用，在桥梁下桥墩因可能发生碱集料反应从而使桥墩的体积增大等原因，都会对桥梁的使用寿命产生影响。

2 延长桥梁使用寿命的应用对策与措施

2.1 针对设计因素方面的对策与措施

我国正处于桥梁建设的高峰时期，大量的在役与待建桥梁都面临着如何保证其全寿命期间的安全、耐久及维护管理的经济性问题。在桥梁设计的时候要综合考虑桥梁成本、设计寿命和使用寿命的关系，建议在桥梁设计过程中采用全寿命经济分析（Total Life Cycle Cost Analyze，LCCA）等分析模型进行分析。要及时修订和更新桥梁各种设计，特别是随着我国综合实力的增长，对以往桥梁设计规范中不适合的地方要及时地修订、更新，而按早期桥梁设计规范建造好的桥梁，维修时应重新评估桥梁的剩余使用寿命。同时在桥梁设计时应满足技术先进，安全可靠，持久耐用，经济合理的要求，也就是应遵守安全，适用，经济和美观的基本要求。

2.2 针对材料因素方面的对策与措施

材料方面的问题需要材料供应商诚信经营，按标准生产材料，材料的检测公司或者检测机构进行严格的检测，有关政府部门加强对不合格材料的打击力度，建设方自己也要对材料进行相关实验，严格检测，严格把关，在材料上不能先让桥梁就已经埋下事故的种子。另外，在设计桥梁需要使用的材料时，工程师必须清醒承认桥梁整体结构的寿命和各部件的寿命是不等的，对那些自身寿命期低于桥梁设计寿命期的部件在构造上保证可查、可修、可换、可加强，对桥梁在外因剧变情况下，桥梁的变形要在构造上“可控”，才能够在运营阶段对桥梁进行维修、加固等措施，从而保证桥梁的耐久性。

2.3 针对施工因素方面的对策与措施

首先施工前应进行招标，找到一个有资质的建筑公司，然后建筑公司应对设计图进行分析，检查，与设计师进行交流，充分理解设计师的意思，然后再开工。开工期间应该首先考虑天气因素，怎样排除恶劣天气对工程质量的干扰，选择较为适宜的天气进行施工，并且对施工工地实施相应的保护措施。在桥梁最开始的步骤中，要耐心打牢桥梁的地基，并且建造牢固的桥墩，使其能承受较大的压力。在混凝土的凝固过程中观察是否出现空洞，不能让其留下缝隙，这样会大大降低桥梁的安全性。在施工过程中承包公司也不能因为要使利益最大化而简化用材，如少放置钢架等，也要注意留出较为宽敞的维修通道，以方便日常的桥梁护理，保养，对桥梁的情况的检测及日后可能的维修。第三方也要严格监督施工的进程与步骤，防止重大的疏漏或者事故的出现。

2.4 针对维修和养护因素方面的对策与措施

我们都知道用预应力混凝土材料修建的各类桥梁在我国现役的桥梁中占绝大多数。但是由于各种原因，预应力混凝土材料修建的桥梁在使用多年后，或多或少都会出现一些病害，特别是近几年，地区交通流量增大以及车辆超重等现象的增多导致桥梁出现较多的病害，这大大缩短了桥梁的寿命。因此，对产生病害的桥梁进行必要的维修将对延长桥梁寿命起到非常重要的作用。根据某一大桥的病害情况，对大桥的主要病害情况及成因进行分析，然后根据病害的情况制定了详细的维修方案。

2.5 针对车辆通行因素方面的对策与措施

首对对桥梁实际承受的荷载、交通流量、横桥向多车道车流分布情况、该桥横向分布系数、过桥车型（轴型）等因素的进行研究分析，建立桥梁车辆荷载分布模型，模拟各种情况下桥梁荷载极限，再根据不同情况制定桥梁相应的交通分流或管制措施。

3 结语

桥梁作为国家的一种基础设施，分析和研究影响桥梁未能达到设计使用年限的原因，具有重要实际应用价值。本文系统分析影响桥梁寿命的因素，因素具体可以归纳为：设计因素、材料因素、施工因素、维护和养护因素、车辆通行因素和其他因素等，并针对各种因素提出了具体的应用对策和措施。希望本文研究能为今后我国桥梁建设具有一定的指导作用。

［1］熊世金.桥梁使用寿命的探讨［J］.广东科技，2006（12）：94-95.

［2］金小川，周宗红，黄毅，等.桥梁使用寿命与设计使用年限差异的原因分析和对策［J］. 世界桥梁，2012（4）：73-75.

［3］岑代鲜.桥梁使用寿命预测研究［J］.公路交通技术，2010，4：80-84.

［4］周祖干，陈雷.碳化对混凝土桥梁使用寿命的影响［J］.世界桥梁，2009（1）：68-71.

［5］王星.桥梁工程中施工质量对桥梁使用寿命的影响［J］. 黑龙江交通科技，2013（11）：60.

［6］金小川，等.中国桥梁设计使用年限的研究［J］.公路与汽运，2012（2）：162-165.