公路桥梁安全性和耐久性设计中的问题及对策

李东

（深圳市特区建工集团有限公司，广东深圳 518000）

0 引言

设计是工程建设的核心，是保证工程安全与耐久性的根本，因此，在公路桥梁的设计中，科学合理的设计是必不可少的。设计人员在进行公路桥梁的设计时，应从多个角度进行深入分析，以达到合理设计目的，协助后续工程的建设。在进行公路桥梁的安全与耐久性设计时，设计人员应充分认识各种影响因素，在设计过程中加以注意，从而降低事故的发生。

1 公路桥梁安全性和耐久性设计概述

随着社会经济的不断发展，我国的公路桥梁建设规模越来越大，对设计和施工要求也越来越高。作为衡量桥梁质量的重要标志，桥梁的安全性和耐久性应该从桥梁的结构设计开始就受到重视。在相关领域中，公路桥梁的安全性和耐久性设计是建立在施工技术基础上，以确保工程结构稳定耐用，并根据施工现场的环境特点，对其结构、造型和工艺进行设计。特别是对公路桥梁的安全和耐用性的研究，不仅要从结构力学和工程技术的角度保证其稳定可靠，而且要考虑到耐用性和施工工艺的合理性，从而提高其在不同环境下的适应能力，延长使用年限。具体来说，公路桥梁是一种从总体到局部的复杂结构，应该根据安全可靠和经济耐用的基本原理，进行力学分析、科学计算，以避免影响桥梁的施工质量，提高对环境的适应能力。

2 影响公路桥梁设计安全性和耐久性的设计因素

2.1 结构合理性

由于很多公路桥梁需要跨越山谷和河流，因此如何在既能保证自重荷载和行车荷载的前提下，又能有效地降低成本，还能最大程度地减小对周围环境造成的不利影响，是目前我国公路桥梁设计的主要课题。公路桥梁的结构合理性直接关系其承载能力、稳定性，从而影响安全性、使用寿命。

在现代常用的桥梁结构有梁式桥和拱式桥。梁式桥可以具体地分成简支梁、连续梁、悬臂梁等多种结构，适合于不同的场合和不同的施工规模。在实际工程中，如果桥梁结构不够科学，不仅会对其承载力、稳定性产生影响，还会对其使用寿命和安全性产生一定的不利影响[1]。

2.2 材料及工艺设计合理性

在公路桥梁设计中，应根据桥梁的构造形态和体量来确定其施工技术和所使用的施工材料。若选用不合理的材料、不科学的工艺，将会对桥梁的安全与耐久产生不利影响。比如，公路桥梁的抗裂性非常重要，如果预应力钢筋混凝土受弯构件抗拉强度不足，容易造成构件开裂。有些预应力可以用正截面拉应力来实现，但这需要对应力值进行精确调节。如果公路桥梁跨度过大，必须按照全应力构件进行合理的设计，这样才能更好地保障其安全性和耐久性。

2.3 环境因素

公路桥梁工程的施工，必须要考虑现场施工情况，了解地质结构和气候条件，根据需求做好桥梁设计，选择合适的施工工艺。其中，地质结构很容易影响公路桥梁的结构，还会影响桥墩工艺，环境温度等变化，会影响桥梁结构、焊接工艺以及材料性能。因此，设计人员进行公路桥梁安全性和耐久性设计过程中，必须要考虑各方面因素的影响[2]。

3 公路桥梁安全性、耐久性不足的原因

3.1 设计方案不够科学合理

公路桥梁设计必须要符合可持续发展理念，选择科学合理的方案，满足经济性要求以及科学性要求。但是，在设计过程中，经常会出现设计不合理的情况。主要是由于很多设计人员过于注重结构强度，忽略了雨水、风沙等自然环境所造成的影响，导致耐久性下降，出现钢筋腐蚀、混凝土脱落等情况，影响使用寿命。除此之外，公路桥梁设计对于设计水平要求较高，设计人员在进行设计过程中，必须要认真勘察施工现场，对结构强度进行精确计算。但是有些设计人员比较粗心大意，导致设计过程中出现偏差，设计方案在落地过程中与实际情况不符，严重影响公路桥梁的稳定性。桥梁铺装层设计对于安全性和耐久性非常重要，是荷载的承受层，在大规模桥梁施工中，要进行铺装设计。部分设计人员不重视铺装设计，造成桥梁铺装层容易出现断裂情况，影响耐久性[3]。

3.2 施工管理水平不高

导致桥梁出现安全事故的主要原因是施工质量不到位，所应用的施工工艺流程不正确、不科学，施工管理不足，主要表现有：第一，个别施工队伍的门槛较低，施工人员水平参差不齐，缺乏责任心，安全意识不到位，施工作业不规范，造成施工中出现安全问题和质量问题。第二，有些施工企业存在偷工减料行为，为了提高经济效益，采用质量不合格的材料，在施工中为了追赶施工进度，压缩工期，管理人员管理水平不高等，这些问题都严重影响了施工质量。第三，很多施工企业不重视质量和安全检查，很多检查过程流于形式，责任落实不到位，不能充分发挥作用。

4 提升公路桥梁耐久性和安全性的设计方法

4.1 上部结构设计

公路桥梁结构设计中，设计人员要实地考察，根据实际需求设计结构的受力，选择合适的施工工艺，对各影响因素进行优化。对于比较平缓的区域在进行中小型公路桥梁施工中，可以选择简支空心板结构，该结构的跨度比较小，方便施工，既能够确保桥梁功能，又能降低施工成本。但是简支空心板结构不适合跨度比较大的施工区域，也不适合比较复杂的施工环境。对于施工跨度比较大的场所，可以应用T 梁结构，在设计中增加跨径，充分体现T 梁结构的优势，对工程结构进行优化，节约施工成本[4]。除此之外，T 梁属于曲线梁，结构受力平衡性和抗扭能力有限，会影响下部结构稳定性。因此，小弯矩曲线桥工程适合应用直梁结构，在合理范围内对翼缘板宽度进行调整，优化曲面桥平面线形，改善T 梁桥弯矩不足的问题。

4.2 下部结构设计

对于公路桥梁工程而言，下部结构设计非常重要，能够对整个建筑起到支撑的作用，因此要做好桥墩选型设计，根据施工场所地址条件和上部结构特点进行设计。在桥梁工程中，双薄壁墩和柱式墩较为常见，柱式墩操作比较简单，同时外观良好，具有一定的美观性。在设计过程中，为了保证桥墩稳定性，可以增加横截面，对钢管外包、碳纤维结构进行加固。钢管外包的加固可以应用椭圆形钢管，碳纤维材料的加固要根据实际情况选择合适材料[5]。除此之外，还可以通过增加墩地接触面积的方式进行加固，全面提升桥墩支撑力，避免桥梁结构变形。

4.3 加强工程隔震设计

对于工程的降震设计，要将降震结构设置在结构之间，提升结构阻尼，降低能量输出，全面提升结构整体稳定性。公路桥梁受到车辆荷载以及地质环境影响，会影响结构稳定性，所以必须要降震设计，要根据公式对刚度进行计算，选择恰当的隔震装置。与此同时，设计人员必须要充分重视桥梁附属结构的设计，桥梁附属结构有很多种类，要考虑限位装置、伸缩缝等，可以应用时程分析法进行分析。影响结构性能的主要因素有细部构造，所以在设计时要加大对细部结构性能的研究，切实提升设计有效性[6]。

4.4 合理选择和配置施工材料

很多公路桥梁建设工程规模比较大，会应用到大量混凝土，混凝土材料质量直接影响工程整体建设质量，因此，要选择合适的混凝土配合比，采用高质量材料，控制水泥、添加剂以及水等材料用量。在正式施工之前，要做好工艺性试验，认真分析设计和实际施工之间的差异，根据实际情况调整方案，选择合适的配合比。为了提升混凝土耐久性，要对钢筋进行保护，防止钢筋与氧气接触的部位出现锈蚀，要认真做好混凝土养护以及支模工作，能够有效避免混凝土表面受损或者产生裂缝（如图1所示）。此外，为了提高设计质量，还要健全路桥设计体系。设计人员要不断学习先进设计理念，并且应用到设计过程中，积累丰富的经验，根据实际施工情况，形成具有特色的设计体系，保证路桥工程耐久性和安全性。

图1 桥梁裂缝

4.5 重视结构耐久性设计

公路桥梁的施工容易受到人为因素和自然环境因素的影响，会造成材料或者构件被损坏，影响耐久性。设计人员进行设计过程中，如果不重视耐久性，会导致设计存在较大缺陷，造成经济损失。例如：车辆超重或者超载都会影响桥梁结构耐久性，会增加桥梁疲劳应力，久而久之就会破坏桥梁结构，从而引发交通事故。所以，设计人员要考虑疲劳损伤规律，应用恰当的设计方法，选择符合要求的材料，合理设计，防止桥梁出现疲劳损伤。

4.6 更新设计理念，优化设计方案

以往在很多桥梁结构部分设计过程中，设计人员大多较为重视结构稳固性，对强度和承载力要求比较高，忽视视耐久性设计，这样会缩短桥梁使用寿命。现阶段，桥梁的分为大跨度桥梁和标准跨度桥梁。大跨度桥梁施工难度比较大，施工成本高，较少应用。标准跨度桥梁施工比较简便，成本比较低，可以应用预制拼装结构，所以应用较为广泛。设计人员要研究国内外桥梁设计方案，分析优缺点，总结经验，取长补短，提升桥梁耐久性和安全性[7]。

设计人员的设计理念对于安全性和耐久性有很大影响，必须要有责任感，有耐心，全面了解影响因素，规范设计，提高自身专业知识和素养，在施工中也要做好监督和审计工作，要防止因为设计人员的失误导致出现问题，影响安全性和耐久性。对于桥型的选择，要充分考虑施工场所的地址条件、交通量等综合因素，例如：拱桥主要采用圆拱形，延性比较好。车辆行驶过程中所产生的向心力能够让车辆和桥面紧密接触，当出现自然灾害时，拱桥所具有的韧性和延性能够防止桥梁倒塌或者断裂，提升安全性。

4.7 提升设计人员设计水平

为了提升公路桥梁设计安全性和耐久性，必须要提高路桥设计人员的专业素质，要加强对设计人员进行专业教育培训，提高设计人员的设计水平，让设计人员可以学习和了解先进设计理念，防止因为设计人员业务水平不高，影响路桥设计耐久性和安全性。作为设计人员，必须要充分认识到设计的重要性，对耐久性和安全性设计进行研究，要提高专项研究能力，在设计过程中，不仅要考虑路桥工程的使用年限，还要重视荷载强度及各方面因素影响。

目前，我国有一些关于公路桥梁设计使用年限的规定，但是在实际设计中，仍存在部分路桥工程的使用寿命无法达到规定标准。

首先，设计人员要了解相关标准，注重路桥设计中的耐久性和安全性设计，从设计上提升路桥设计水平，延长路桥使用寿命。

其次，要重视对路桥设计人员的专项培训，路桥设计较为冷门，从事人员较少，很多高校也没有相关课程，直接影响了设计人员专业素质的提升，所以，高校要重视对设计人员的培训，高校可以和设计机构合作，进行协同办学，高校向设计企业输送高质量设计专业学生，让学生能够在实践中积累设计经验，将理论知识进行应用。通过协同办学，可以为设计企业储备高端人才，还能够为高校路桥设计专业学生提供实践机会，切实提升设计人员专业素质。

再次，作为公路桥梁设计企业要为设计人员提供更多学习机会，可以与相关部门进行联合办学，让设计人员能够利用业余时间进行学习。

最后，设计企业要对新入职的设计人员进行岗位培训，避免让新入职人员独立进行设计，保证设计的有效性。

5 结语

综上所述，公路桥梁设计中，设计人员要充分考虑各方面要素，不断学习先进设计理念，积累丰富经验，全面了解施工情况，不断优化设计，保证公路桥梁设计安全性和耐久性，为后续工程建设质量提供支持和保障。