桥梁设计中的安全性和耐久性分析

何学德

（招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067）

1 工程概况

某大桥属于重庆忠县移民新城大道工程一部分，跨越漕溪河。上部结构主桥采用65+118+65m 的连续刚构，引桥采用2×40m 的预应力砼连续T 梁，下部结构主桥刚构桥墩采用双肢薄壁墩，群桩基础；引桥采用双柱式墩，桩基础；桥台采用重力式桥台、扩大基础。

2 桥梁结构一般构造设计

2.1 混凝土保护层

钢材腐蚀属于导致桥梁结构安全性和耐久性下降最为主要的因素之一，而钢筋腐蚀的时间和混凝土保护层的实际厚度直接相关，呈现为平方关系。一些发达国家提出，为了防止桥梁表面裂缝的出现，需要配置充足的预应力筋管道及普通筋保护层，并且管道保护层不应该低于管道直径的1.2 倍；普通钢筋保护层的设计值不应该低于4cm，从而确保在实际施工建设之后的保护层厚度不低于3cm，管道之间的净距则不应该低于5cm。国内则规定预应力管道到构件侧面或者顶面边缘的净距不应该低于3.5cm，并且施工误差应该处于±5mm 的范围内，考量到在实际施工过程中可能会出现更大的误差，所以实际保护层厚度通常过小。

处于不同环境作用之下的主筋、箍筋以及分布筋，相应混凝土保护层的厚度需要满足钢筋防锈、与混凝土间粘结力传递等方面的要求，并且混凝土保护层的设计厚度值不应该低于钢筋公称直径。此外，对于配置连续密封套管的预应力钢筋，相应保护层厚度应该和普通钢筋相同，并且不低于孔道直径的一半，亦或是比普通钢筋多出10mm；先张法构件当中的预应力钢筋处于全预应力状态之下的混凝土保护层厚度需要和普通钢筋相同，亦或是增加10mm；对于直径超过16mm 的热轧预应力钢筋，其配置的保护层厚度应该和普通钢筋相同；对于工厂预制后直接运送到施工现场的混凝土构件，普通钢筋及预应力钢筋保护层的厚度可以较现浇构件降低5mm。

2.2 钢筋布置和防护

钢筋布置需要确保方位，并且要对周边混凝土进行充分振捣。如果钢筋布置密度过大，便会影响混凝土浇筑和振捣过程。应该采取钢筋骨架焊接的方式进行处理，以缩减钢筋层高度、减少箍筋和定位钢筋，继而便于混凝土浇筑过程的施工。此外，还可以采取直径更大的钢筋，继而缩减钢筋层数与根数，提高层距及间距，保证混凝土浇筑和振捣质量。通常情况下，在预应力钢筋的锚固区会布置大量构造钢筋，为了确保混凝土浇筑和振捣质量，需要对配合比与施工工艺进行合理配置。在梁上部所配置纵向钢筋之间的间距需要设计出能够让振捣棒通过的足够空间。暴露于混凝土结构构件之外的各种金属部件，其表面需要配置适当的防腐措施。

3 桥梁防水构造设计

水属于造成钢筋锈蚀最为主要的因素之一，同时也是导致混凝土冻融破坏和碱-骨反应的关键诱因。所以，桥梁防水设计是保证桥梁工程整体安全性、耐久性和防腐性的重要“防线”。

出于桥梁所处特殊环境与用途，相应防水概念需要具备良好的整体性与系统性特征。在开展桥梁防水设计活动的过程中，不但要充分关注桥面部分，同时也要重视伸缩缝和接缝等部分。水流通常是经过局部防水缺陷逐渐侵入到桥梁其它部位，继而直接影响工程防水体系的整体展现。为确保水流被有效收集，并排出桥梁结构范围，桥梁自身配置的防水系统需要和路基排水等周边排水系统之间相互协调。与其它类型的构件一样，桥梁排水系统同样需要经常性地加以维护和修理，才能切实发挥出其效应和功能。此外，桥梁排水系统实际使用寿命相对较短，在应用桥梁产品的过程中一般需要作更换处理，所以在进行防水体系设计与构造的过程中，需要确保排水系统便于清扫、维护以及更换。在进行防水系统设计时可采取如下措施：

3.1 排水

保证水可以被快速集中，继而排出到桥外。

①将桥面设计出足够大的坡度，使水被收集至缘石位置的集水口，随后利用悬吊于桥面之下或者浇注于桥面之内的排水管将其排出桥面；

②对于伸缩缝之下的结构，需要综合考量伸缩缝损坏和渗漏等情况对构件耐久性形成的影响，需要在台帽和盖梁顶面位置设置斜坡和排水道等，使可能流经此处的积水被尽快排出；

③为在管道失效的情况下方便检查与更换，尽量不要把排水管道浇筑于混凝土当中，可以采取悬吊在桥面以下或者置于主梁间空隙等方式进行处理，也可以设置于桥面边缘位置的管沟之内；

④必须保证排水系统的坚固性和耐用性，确保材料的稳定性，可以抵抗常见的化学物质侵蚀；

⑤在较易出现排水渗漏的位置，需要留出替代出口，从而避免箱梁和空心板当中积水；

⑥在桥梁范围的内外，跟主要排水系统之间的连接需要和细节部位相互协调，例如管道清扫口等；

⑦要在方便检修的位置设计排水系统结合点。

3.2 防水

对于桥梁所采取的防水保护方法主要包括结构表面处理、电化学设备处理以及结构性措施等。对于桥面防水层位置铺装料的选择，需要符合下述要求：

①具有优质的抗渗性能；

②具有优质的耐高温和低温性能；

③与混凝土桥面、沥青面层之间具备良好的粘结性；

④在面层经过碾压之后，能够呈现出较好的无破损性；

⑤对于桥面状况具有良好的适应性；

⑥对于桥面裂缝带来的影响具有良好的抵御性；

⑦材料寿命不应该小于面层使用寿命；

⑧具有优质的边缘密封性。

4 桥梁伸缩缝构造设计

一直以来，桥梁伸缩缝都是影响工程施工及维护工作的主要难题之一。因为桥梁伸缩缝需要长期暴露于大气当中，实际服役环境恶劣，导致伸缩缝成为桥梁结构当中最容易受到破坏，而且修复难度较大的部位。如果伸缩缝遭到破坏，不但会导致行车状况的恶化，影响桥梁使用安全性，还会缩减桥梁使用年限。对桥梁伸缩缝在安全性、耐久性构造方面考虑，要满足可更换与可维修要求，具体包括：

①应该在设计使用年限之内维持良好的适用性，方便检查与维护；

②为了防止桥梁结构表面和桥台遭受腐蚀，需要为全部伸缩缝供给排水系统；

③在允许一部分桥面位置通车的工况下能够作更换处理；

④确保伸缩缝具有足够长的设计使用寿命，防止在实际使用过程中更换过于频繁。

5 桥梁支座构造设计

倘若条件允许，如果支座预期使用寿命低于结构寿命，需要在墩顶或者盖梁位置预留出空间和通道，便于支座和千斤顶等设备的运输，尽可能为技术人员留出足够的操作平台，缩减后期维护难度及费用投入。应该在支座周边位置留出适当的空间，方便对支座进行检查与维修；在进行结构设计的过程中，应该分析到达支座的具体方式。对支座细部进行设计的过程中，需要具体分析怎样将可能堆积的尘土及水气排出。开展盖梁计算和配筋设计的过程中，要关注千斤顶等设备所在位置所产生的集中应力。

6 结束语

总而言之，桥梁工程设计阶段是决定桥梁产品实际安全性和耐久性的重要环节，必须要对设计方案进行合理优化处理，为工程后期施工建设与投入使用形成良好的指导，为国民出行的安全性和便捷性提供保障，促进国家交通运输事业的持续优化发展。