关于路桥设计中的安全性和耐久性研究

丁文良

河南锐浩建设工程勘察设计有限公司 河南南阳 473000

随着社会的发展，我国科技水平逐步提高，交通运输发展愈发迅速，城市桥梁与道路已经成为推动经济发展，满足人们出行需求的关键。路桥工程建设随着交通工程的快速发展而日益崛起，无论是工程规模还是要求都在不断提高，对路桥设计无疑提出了更高的要求，尤其是在保证路桥安全性与耐久性方面，亟须通过相关措施的采用来解决所有可能对安全性与耐久性造成的因素、问题[1]。

1 路桥设计中安全性和耐久性的设计原则及思路

1.1 遵循设计原则

在该桥梁工程设计中，结合所处城市地形、环境、施工特点、水文地质、使用要求等内容，工程总体设计需遵循以下原则：

（1）设计方案需满足城市化工程建设需求，以安全性和功能保障为前提，对建设规模加以控制，严格执行“耐久适用、技术先进、美观协调、安全可靠、环境保护、经济合理”的原则。

（2）该桥作为标志性建筑，需加强对桥梁景观的设计，做到造型美观简洁，与周围环境、建筑相协调，体现出区域人文特色。

（3）设计方案应当吸取新工艺、新理念、新材料及先进经验成果，并对施工可行性、维护便利性及结构耐久性加以考虑，选择合适的桥梁材料和结构形式。

（4）加强城市桥梁保通，在设计施工桥梁中，可应用车辆借道绕行、左右幅同时施工的模式，不仅可以保障桥梁顺利建设，迅速建成，还能确保两岸交通通畅，减少对人们出行的影响。

1.2 完善设计思路

桥梁工程对人们的出行具有较大影响，在设计中应完善相应思路，可从以下方面出发：

（1）设计中对于不规范的地方及时调整。在桥梁设计中，选择经验丰富、基础扎实的设计人员设计多套工程方案，通过比选的方式，根据工程不同阶段、内容及施工范围制定方案，由审查委员会确定，在初选之后，通过图片、模型的方式对工程进行展览，邀请专业技术人员及专家对桥梁设计进行分析。

（2）完善规章制度。在桥梁工程设计中，需构建完善的管理制度，保证设计有据可依。在本工程市政桥梁设计中，结合实际情况，将设计思路、创新技术等与施工工艺、施工水平相结合，保证其达到预期效果，并提高桥梁设计标准，保证工程能够按照图纸操作，以提高工程质量。

（3）培训设计人员。通过培训设计人员，完善其知识结构，使其深入了解桥梁特点，通过与施工人员、勘察人员沟通，以全局出发，对各个环节加以重视，并明确所需机械设备及材料，随桥梁变化进行桥梁设计[2]。

2 影响路桥设计中安全性与耐久性的主要因素

2.1 方案欠合理

路桥设计中，保证其安全性与耐久性为基本要求，而决定路桥安全性与耐久性的关键是设计是否合理。在路桥工程建设中，设计是十分重要的环节，对工程建设质量有直接影响。部分人员在工程建设过程中，没有充分考虑施工和需求之间的结合，对工程建设施工造成影响，降低工程经济效益，并产生安全性与耐久性方面的问题。

2.2 施工能力不足

路桥一旦发生坍塌事故，将对人们生命财产安全造成极大威胁，调查与统计结果表明，近五年一共发生了30起桥梁坍塌事故，由此造成的伤亡与经济损失均无法挽回。路桥坍塌的主要原因为安全性与耐久性较差，而导致安全性与耐久性较差的主要原因是施工能力不足。

2.3 未对路桥养护引起足够的重视

路桥养护可以有效延长路桥使用寿命，提高路桥耐久性，所以路桥养护至关重要，必须引起足够的重视。然而，从当前的实际情况看，很多路桥建设参与单位都没有重视路桥养护，养护意识严重缺乏，工程建设完成后未能及时开展各项养护工作，导致路桥处于不利状态[3]。

3 提高路桥设计中安全性和耐久性的措施

3.1 抗震结构设计

在桥梁抗震设计中，可通过创建有限元模型检查地震模型横截面最薄弱的部分。在应用过程中，利用SAP2000有限元分析软件构建几何模型，输入桥梁材料属性、截面属性、单元属性、工程进程及反应谱等，通过动力特性分析、时程分析、反应谱分析的计算模式，输出该桥梁设计中的地震响应、滞回曲线等。按照地震要求进行桥梁结构计算，以此对其他部分进行抗震分析，保证其符合抗震要求。通过此种方法可提高建筑抗震特性，改变其结构自然振动周期，以免发生地震后产生共振，且利用地震结构特点，以螺旋标准的扭转尺寸及整体稳定性设计桥梁抗震结构[4]。

3.2 抗疲劳损伤设计

路桥施工后需要吸收的动态负载量过大，不可避免地会产生疲劳损伤。当前大部分桥梁工程选用混凝土、钢材等材料，这些材料具有不规则连续性，易产生裂缝，项目如若未能及时处理检测，则会影响其安全性。因此，本工程中要求设计人员对工程疲劳参数认真进行计算与验证，多方位模拟混凝土的抗压性、抗侵蚀性，以多角度试验考察获得的混凝土质量比，通过冲击试验，确定常温下钢材存在脆性，所以，为保证桥梁安全，选择低系数、低韧性材料，为结构安全性提供支撑。在材料选择中，选用高性能钢，其结构具备良好的耐蚀性与可焊性，使用环氧树脂将钢筋与钢绞线包覆，避免钢筋腐蚀；混凝土选用高性能混凝土，在路面上选用环氧沥青混凝土，以增强该工程路面耐磨性、强度及密实度。在此过程中，应严格根据国家规范展开设计，避免出现成本控制与设计要求不符的情况[5]。

3.3 提高载荷能力

在市政路桥工程中，荷载能力对其耐久性、安全性具有较大影响。市政道路普遍存在超载情况，外部压力过大，超过路桥承载力，则会引发质量问题，进而导致耐久性与安全性降低。因此，在该工程设计中，应当提高桥梁承载力，在了解工程通行量的基础上，通过限重、限高方式应对超载情况，以免造成桥面损伤。并且设置专用公交车道，分散路面压力。

3.4 增加混凝土保护层

保护层作为保护混凝土与钢筋之间粘结强度地屏障，同样可保护钢筋免受腐蚀，避免有害介质入侵至内部。经研究可知，扩散氯离子至钢筋表面时间与保护层厚度成正比，扩散二氧化碳速度也与保护层厚度有密切联系。通常，保护层越厚，则钢铁表面免侵蚀时间越长，可降低钢筋腐蚀率，提高耐久性。因此，工程中可适当增加混凝土保护层厚度，以提高其结构耐久性。本工程在材料选择中，应用高性能混凝土，且在路面上采取环氧沥青混凝土，以增强其密实度与耐磨性。

3.5 结构与构件选型

选用箱型截面，以提高整体结构刚度，减少疲劳振动。选用全预应力结构，在主桥结构的水平及垂直构件上添加预应力，以避免出现结构性裂缝。在设计构件断面中，选择恰当的钢筋间距，以适应混凝土骨料粒度、强度及密度分布，棱角外观断面也应当增强混凝土密度强度。桥梁结构设置抗剪切、防渗透与拉伸的防水层，沥青混凝土与防水涂层两者之间的附着力需大于钢筋混凝土与沥青混凝土路面之间的附着力。伸缩缝作为桥面设计的重要部分，对桥梁灵活性具有直接影响，工程中选用横向且两端有翘头的伸缩缝，整体结构构成闭合良好的U形槽，以避免桥梁伸缩缝排水泄露至墩盖梁上。并且，在铺装桥面顶面时，特别是连续梁负弯矩截面，需做好防水层设置，以免梁内渗水，设计排水需在伸缩缝环节加强[6]。

3.6 优化施工工艺

在摊铺施工前，应当做好系统全面检查，内容涉及摊铺机械与路面基层，在使用摊铺机械前应做好预热处理，设定时间超过1h，实际温度超过100℃。此过程中，重点在于检查摊铺机械，保证振捣装置始终处于有效工作状态，保证路面达到设计平整度、高度及密实度，在摊铺路面中应选用改性粉质黏土，且保证其具有可摊铺性，以免产生整车料或大面积麻面问题。当做好摊铺检查后，即可展开摊铺作业，现场安排1-2人负责检查，防范施工人员、车辆及其他机械碰撞钢丝或支撑杆，开始摊铺施工时，需检查混合料温度确保其超过150℃，以提高施工质量。

3.7 做好混凝土材料的应用

钢筋如果和空气长期接触，并受到雨水的浸泡或冲刷作用后，将产生锈蚀，钢筋一旦锈蚀，不仅抗压及抗拉能力会大幅下降，直接对桥梁结构承载能力造成影响，对钢筋结构整体坚固性造成很大的影响，产生安全隐患或问题。对此，为防止钢筋锈蚀，对设计人员而言，应做好相关设计，保证混凝土保护层厚度合理性，满足规范和施工要求。除此之外，设计人员还需不断加强技术创新与新材料的应用，从而提高混凝土结构稳定性。以某沿海地区的路桥工程为例，在设计中应充分考虑潮湿条件下钢筋与混凝土容易产生锈蚀的特性，以此提高整个路桥结构的性能与质量。在条件允许的情况下，可使用高性能混凝土来取代传统混凝土，利用高性能混凝土具有的高密实度、高耐久性、高工作性和稳定性来防止钢筋受潮锈蚀从而保证钢筋混凝土结构的安全性延长其使用的耐久性。

3.8 引入先进的技术手段与管理方法

如今，电子信息技术正快速发展，这对设计和管理人员而言，除了能采用这些先进技术进行日常监督，还能提高信息处理水平，保证信息传输效率和质量。路桥工程建设过程中，应高度重视和先进技术之间的结合，最大限度发挥各项先进技术的作用功能，通过对先进技术的合理应用使路桥的设计方案得以全面优化。比如，为提高路桥工程建设质量，除了要对工程设计引起足够的重视，还应加强实际的管理力度。在预应力管道的设计与施工过程中，应对其预拱度设置与调整引起足够重视，同时以此为基础确定适宜的张拉强度，加强对拱度的有效控制。在此环节当中，可利用计算机软件进行，根据实际情况进行必要的模拟实验，采用实验的方式除了能保证生动性，而且效果相比于传统的方式更加显著。另外，对路桥的下部结构进行施工的过程中，应严格按照规范的路程进行，和施工实际情况应做到完全相符，防止设计和人为方面的因素对工程建设造成影响，需对施工中包含不同结构坐标实施反复的确认，以保证实际工程质量和路桥结构的安全性及耐久性[7]。

3.9 充分吸取国内外相关成功经验

尽管在路桥工程的建设方面我国在最近几年得到了突飞猛进的发展，但在实际情况下，依然存在一些不足和问题，对路桥工程建设质量及设计成果的安全性及耐久性造成影响。对于此，可充分参考借鉴国内外相关成功经验，通过对这些成功经验和案例的学习掌握，除了能延长路桥结构使用寿命，还能帮助相关技术人员准确且全面地树立起观念意识，从设计中的不同方面入手保证路桥设计的安全性及耐久性，在实际工作中应和相关部门之间做好联系沟通，无论相关规章制度或管理水平，都需要得到不断地提高与完善，借鉴和学习先进的做法及技术方法，为国内路桥工程建设和设计提供参考借鉴，起到促进工程建设与设计不断发展的作用，保证路桥设计成果的安全性及耐久性。

4 结语

为满足时代发展，我国道路桥梁建设规模及数量不断增加，促进了我国经济发展，改善了城市交通。但是，道路桥梁在建设中也存在一定的风险，在设计中应结合实际情况，从抗震性设计、抗疲劳损伤设计、提高载荷能力、增加混凝土保护层、结构与材料选择及优化施工工艺这几方面出发，提高市政路桥工程安全性及耐久性，以提高工程质量。