公路桥梁设计中的安全性与耐久性

覃佳

（聊城市公路勘测设计院，山东聊城252000）

0 引言

目前，我国公路桥梁的大量修建，对提高人民的生活品质和工程质量有很大的推动作用。与此同时，在公路桥梁设计中，要特别关注安全性与耐用性的需求，不断提高公路桥梁工程质量的管理水平。

1 公路桥梁的耐久性与安全性

1.1 混凝土渗水

混凝土渗水破坏是目前普遍存在的一种类型，其主要表现为钢筋混凝土的腐蚀和冻害。其主要原因是由于混凝土本身的多孔结构特点，导致其本身的抗渗性较低，如氯等有害物质渗透到混凝土中，使钢筋受到腐蚀；混凝土抗渗性能的好坏，直接关系到钢筋的抗腐蚀性能和抗冻性以及混凝土的使用寿命与安全。而强化混凝土的抗渗性主要是对其性能和结构搭配的研究[1]。

1.2 混凝土的碳化

混凝土碳化是一个物理及化学反应的过程。在一定时间内，大气中的二氧化碳进入水泥与水泥中的碱性物质发生反应，会改变水泥的化学成分。混凝土的碳化损伤主要包括混凝土碱度的丧失、钢筋表面钝化膜的破坏、混凝土保护能力的下降、混凝土的收缩和加固、混凝土裂缝的增加等。混凝土的含碳量对其耐久性和安全性有重要影响。随着工业的迅速发展，大气中的二氧化碳含量急剧上升，将会使混凝土碳化的程度大大提高。所以，在公路桥梁设计中，必须重视混凝土的碳化问题[2]。

1.3 钢筋的腐蚀

混凝土的腐蚀主要由水中的氯离子、硫酸盐、酸性介质、二氧化碳等酸性物质组成。这些物质与钢筋材料中的铁发生反应，导致氧化，水将进一步溶解电枢中的金属阳离子。钢筋锈蚀后，钢筋体积将随着锈蚀量的增加而增加，导致混凝土裂缝，钢筋与混凝土之间的附着力降低，混凝土层坍塌，钢筋沿线混凝土裂缝，对桥梁的整体耐久性和安全性有重大影响。

1.4 碱骨集料的反应破坏

碱骨集料的反应破坏是以膨胀开裂破坏为主，使结构失去原有的特性，逐步引起多种协同破坏，进而对桥梁的耐久性和安全性产生不利影响。造成混凝土开裂的原因是混凝土的组成成分，水泥、混合材料中的氧化钾、氧化钠等碱性物质、外加剂、骨料中的活性物质，进行化学反应引起的混凝土的膨胀。结果表明，在混凝土中均匀分布的活性骨料和碱性骨料之间会产生大量的膨胀和破裂，这是一种致命的破坏，唯一的办法就是将其拆除。因此，在设计高速公路的时候，就应该充分考虑到这些问题[3]。

2 安全性与耐用性的重要性

2.1 社会发展方面

如果设计方案不合理，公路桥梁工程的安全性和耐久性就无法得到保障，而在以后的运行过程中，不但会出现安全隐患，而且还会由此造成一定的经济损失，也会对人民的生活、工作、学习造成不良的影响，对整个社会的稳定发展产生很大的影响。

2.2 安全方面

在确定公路桥梁的设计时，既要综合考虑当地的实际情况，又要对交通运行的需求进行分析，而不能一味追求外观上的美观和经济上的利益，否则会对桥梁的安全性和耐久性造成很大的影响，甚至引发行车安全事故。造成这种状况的原因，是由于在设计、施工时，没有对当地的实际情况进行全面的分析，使其设计方案有明显的缺陷和问题，使其施工难度大，提高了事故的发生概率。另外，由于工程建设过程中未对工程进行有效的管理与控制，存在较大的安全风险，影响了工程的整体效益[4]。

2.3 重要性分析

公路桥梁是推动城市现代化、经济和社会发展的重要力量，因此对高速公路桥梁的安全要求很高。安全性的改善，应从承载力、结构性能等方面着手，对桥梁进行质量评价与管理，并对各种安全指标进行全面的分析，以了解其在承载力上的需求，以保证各构件的设计符合合理的要求。耐用性是指在工程运行期间，能够达到一定的寿命，这需要从工艺、材料、成分等方面进行分析和控制。高速公路桥梁工程建设中存在的问题若得不到有效的处理，将会造成重大的安全事故。比如发生塌陷、开裂等问题，都会造成安全隐患，因此要加强对桥梁的安全性和耐用性的管理[5]。

3 安全性与耐久性的影响因素

3.1 设计理论与理念尚有缺陷

近年来，我国高速公路桥梁建设水平有了很大提高，施工理论、施工工艺和施工技术也在逐步完善，然而，在设计理论和设计理念上仍然存在着一些缺陷。高速公路桥梁的理论体系仍然基于桥梁的静态施工，并且在高速公路桥梁完工后，更多地考虑了运行性能参数。对路桥材料的微观、结构和力学性能的研究还不够。同时，公路道路设计理论体系更加注重公路桥梁的建设成本。在路桥运营过程中，养护维修成本仍然缺乏足够的重视。设计人员在桥梁结构的整体控制、耐久性和安全性方案的优化、桥梁结构和受力系统的合理控制等方面还存在很大不足。

3.2 设计思路尚不够严密

目前，设计人员在进行路桥施工设计时，通常先确定经济、技术上可行的设计方案，然后根据规范选择技术条件，以保证桥梁技术的安全系数。在桥梁的施工中，设计者往往只考虑强度来保证桥梁结构的安全性，忽视了对桥梁、桥梁结构材料、系统和结构耐久性的影响能力的综合计算。特别是在公路桥梁施工的运营阶段，没有考虑到可能的人为因素、不可抗力和其他事故影响公路桥梁的耐久性和安全性。在桥梁施工期间，桥梁施工表面的混凝土厚度并没有统一规定，因此导致在公路桥梁的运营阶段，由于混凝土厚度的影响，车辆压力过高，导致混凝土板断裂，导致桥梁倒塌。

3.3 管理上的不协调

目前，我国公路桥梁工程的规模不断扩大，但安全事故仍有发生，影响着社会的稳定和发展。造成这种现象的主要原因包括工程设计与施工中的不合理、施工组织不能正常进行、工程设计与现场的实际情况不符、施工观念的执行有很大偏差等。施工过程中存在着偷工减料、不按设计技术规范组织施工、外部自然环境、地形条件等诸多原因，导致设计方案存在着明显的缺陷，现场管理问题时有发生，使项目难以实施，严重影响了工程整体的质量。

3.4 后期养护问题

许多从事后期公路桥梁维护的员工缺乏全面的专业知识，这也是桥梁耐久性差的主要原因。下雨天，桥梁会被雨水浸泡，如果不及时进行人工清理，空气和雨水中的杂质会腐蚀桥梁，损坏钢筋混凝土，造成不同程度的裂缝。如果沉淀物长时间不能清理，将产生污垢。桥梁无法按照相关设计标准进行系统改造，部分构件将受损。在桥梁设计初期，如果不及时维护和管理承重核心构件，将影响桥梁结构的耐久性和安全性。如果不及时更换和维护承重核心构件，则会减少桥梁的使用寿命。

4 安全性和耐久性的具体关键环节

4.1 预置方案

在工程建设之前，为保证工程的使用寿命、质量符合要求，设计人员应深入工地进行实地勘察、分析，并组织有关人员对工程的实际情况进行全面的调查和分析，以确保工程的各项指标和数据符合要求，从而为工程的设计方案制定提供有利的依据，提高工程的整体水平，减少工程的安全风险和问题。对施工形式、施工材料等进行全面的分析，确保后期的维修、管理工作能够井然有序地进行，尤其是施工工艺的选用，必须与施工现场的实际情况相适应，做好各种技术参数的管理与控制，对桥梁的承载力进行分析，并及时地解决隐患，防止出现质量问题。另外，要对某些不可控的因素进行全面的分析，并制订相应的对策，灵活的施工，并根据不可抗力的影响作出相应的调整。

4.2 总体上的结构连续性

结构的整体性和连续性要不断提高，结构的各个部位要达到平滑性的要求，防止在施工过程中造成损伤。在公路桥梁施工中，采用柱形结构的支承结构，会造成结构的非平顺变化，因此在设计时应避免采用柱形结构，以确保结构的连续性，提高结构的强度、韧性和稳定性。在施工阶段，采用冗余的设计方法，使结构更加安全，避免了局部变形，提高了抗震性能。

4.3 完善设计理论和结构系统

目前，我国高速公路桥梁的设计还没有建立起完整的结构体系和理论支持，因此，在设计上也存在许多问题。所以，要使结构系统和设计理论得到进一步的改进，才能使其更加科学。主要包括：对系统进行必要的系统评价，及时发现系统的问题，明确安全系数、强度计算公式和失效应力的要求，并对各种技术参数进行全面的分析，使计算结果更加精确。

4.4 设计师职业素质

目前，在我国的高速公路桥梁工程施工中，施工人员的素质普遍偏低，设计水平整体偏低。因此，要提高公路桥梁的质量，设计师必须主动借鉴国外的经验，提高自己的设计能力。各有关部门应定期组织有关人员参加培训、进修，提高他们的认识。在项目前期，对公路桥梁的现状进行全面的认识，对其各部位的状态进行全面的了解，并对施工现场的具体情况进行合理的分析，有条不紊地组织施工，以确保工程的安全、耐用性符合要求，为提高公路桥梁的使用性能打下基础。

4.5 后期维护强度

除以上原因外，超载还会对车辆的安全和使用寿命造成负面影响。在高架桥工程建设完成后，由于高架桥在正常运行中出现了严重的超负荷现象，导致桥体承受的荷载逐渐增加，从而导致桥梁逐渐恶化，从而影响桥梁的使用寿命和发生重大安全事故。

5 提升公路桥梁设计耐久性的有效对策

5.1 强化结构设计科学性

公路桥梁是最基本的交通工具，它的设计既要兼顾美观，又要降低造价，还要注重桥梁的安全性和耐用性。在进行承载力设计时，不仅要严格控制承载力的范围，还要注意在提高承载力后，能否延长其使用寿命，提高其使用品质。同时，相关人员也要改变自己的工作观念，主动提升自己的设计水准，并且要注意每一个设计参数，从各个角度去理解设计的每一个细节，从而达到更高的设计水准。因此，必须综合考虑各种因素，科学地设计公路桥梁的形式与结构，以保证其结构满足不同的环境特点和使用要求。

5.2 完善相关规章制度

为了更好的满足公路桥梁的设计需求，必须制定相应的法规体系，以促进高速公路桥梁的建设。国家有关部门要有能力制定出符合公路桥梁建设发展状况的相关制度，保证其顺利进行，并严格遵守有关法规和规章，从而有效地改善公路桥梁的建设和施工质量，降低交通事故。在公路桥梁的设计中，要对各个环节进行全面的管理，并严格按照设计的要求进行施工。

5.3 重视公路桥梁疲劳损伤的设计研究

公路桥梁工程在运营过程中可承受多种荷载。例如，车辆荷载和风荷载都会对桥梁产生很大的内力影响，受此内力的影响，会产生一定程度的振动响应，造成疲劳累积损伤，使公路桥梁出现裂缝，如果这些裂缝得不到有效控制，势必造成桥梁损坏或直接倒塌。由于疲劳损伤引起的事故在钢结构桥梁中很常见，因此疲劳损伤是钢结构桥设计中需要考虑的一个因素。此外，疲劳损伤的研究不仅要从桥梁结构的角度出发，还要考虑公路桥梁的整体连接。在很多情况下，部分疲劳损伤会影响整个结构的性能，最终导致整个工程的疲劳损伤破坏，威胁到桥梁的行车安全。

5.4 强化后期维护

在设计师设计了公路桥梁之后，设计并没有完全完成，为了提高公路桥梁的耐久性，有必要改进后期养护理念。在施工中，要及时对公路桥梁进行维修和保养，避免出现小问题，随时掌握桥梁变化的动态，并制定相应的解决方案。在识别出潜在安全风险的情况下，相关人员必须及时预测潜在风险，并向主管部门报告。此外，有关部门还应对公路桥梁基础设施设备的后期养护费用进行充分的预算审查，防止下属施工养护单位因财务问题受到限制，养护工作无法顺利进行。

6 结语

综上所述，应充分重视公路桥梁的建设，确保其安全性和耐久性满足人们的使用需求，发挥其应有的作用。目前，我国公路桥梁工程设计还存在着某些缺陷，影响着工程质量和安全。结合实际问题，梳理切实可行的对策，不断总结经验教训，提高设计水平，对推动未来路桥事业发展，推动经济社会稳定和发展将起到积极作用。