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摘要：为了有效保证桥梁结构的安全耐久，新公路桥梁规范增加了桥梁结构设计的基本要求，强化了桥梁的耐久性设计要求。围绕桥梁的安全性和耐久性进行探讨，通过实际的工程案例，具体阐述海洋环境下桥梁结构的安全性和耐久性设计。
关键词：桥梁结构；海洋环境；安全性；耐久性
在我国基础设施建设不断推进的大背景下，近年来，越来越多的跨海大桥建成通车，这对于我国交通事业的进一步发展无疑起着重要作用，不仅方便了人们的出行，同时也推动了社会经济的发展。但由于近海地区的环境因素较为复杂，桥梁所处的环境条件恶劣，结构耐久性是需要重点考虑的问题。因此，我们要根据海洋环境的实际情况，进行科学合理的桥梁结构安全性和耐久性设计。
1桥梁安全性和耐久性设计的重要性
影响桥梁安全性的因素很多，有设计原因、施工原因以及不可抗力因素等；而影响桥梁耐久性的因素则更为复杂，在混凝土的制备过程中，任何一个环节的细微变化都可能引起结构耐久性的变化。目前，我国正在大规模建设桥梁工程，有些项目不但规模大，而且结构复杂，在桥梁工程的建设中，难免会出现一些安全隐患问题，不仅影响桥梁的使用寿命和通行安全，严重时甚至可能出现坍塌事故，造成人员伤亡和财产损失。根据有关资料，导致部分桥梁工程建设质量不达标的原因可分为以下两个方面：一方面，在桥梁设计阶段，由于一些设计人员缺乏桥梁施工经验，设计时考虑不周全，导致桥梁运营时出现功能性缺失[1]；另一方面，由于施工单位在施工时未能完全按照设计图纸施工，存在较多的不规范行为，往往导致桥梁工程在建设中就埋下安全隐患，进而对整体的工程质量造成影响。为了有效解决这一问题，在桥梁工程的设计、施工和管理的全过程中，要时刻重视桥梁的安全性和耐久性，这不仅是确保桥梁工程建设质量和运行安全的关键，而且对推动我国经济进一步发展也起着重要作用。
2提高桥梁设计安全性的措施
2.1完善设计规范、加强质量控制。在桥梁工程项目建设中，设计阶段是至为关键的阶段，要提高桥梁结构的安全性，首先要建立完善的设计规范，以确保桥梁工程设计的科学合理。在设计过程中，要严格按照设计、复核、审核流程对设计成果层层把关，相关人员要积极履行自身职责，对桥梁项目设计过程进行有效监督，避免因主观因素造成设计图纸有质量缺陷。
2.2重视结构疲劳损伤问题。目前，我国机动车保有量仍在持续增长，给桥梁工程的使用带来很大压力，随着桥梁的长期运营，难免不受到汽车超载的影响[2]。长此以往，在汽车动荷载作业下，桥梁一定会受到不同程度的疲劳损伤[3]。目前，钢筋混凝土仍在桥梁建设中大量使用，钢筋混凝土的材料特性，决定了它会出现细微的裂缝。在桥梁运行过程中，若不能及时对裂缝进行修补，任其发展，必然会导致桥梁结构安全性降低。因此，设计人员在设计时，必须进行严格的设计验算，确保结构疲劳性能指标符合要求，确保桥梁结构安全有效。
3提高桥梁耐久性的措施
3.1混凝土桥梁。桥梁耐久性设计应该以预防为主，同时兼顾经济效益。钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性破坏的主要表现形式之一[4]。目前，近海环境下混凝土桥梁耐久性措施包括采用高性能混凝土；提高混凝土保护层厚度；控制混凝土裂缝宽度；提高施工质量；钢筋表面加防腐层；掺加钢筋阻锈剂；混凝土表面涂层；阴极保护类电化学技术等。这些措施都各有优缺点，也有其使用的局限性，而混凝土桥梁耐久性设计是一个系统性的工程，需要综合考虑到环境气候特点、工程所处的腐蚀特点、施工工艺和管养运营等各方面的条件，因地制宜，对桥梁结构进行耐久性设计。表1对常用的耐久性措施进行了比较。
3.2钢结构桥梁。海洋大气环境气温高、湿度大，富含氯离子、氧气和水汽，在海水盐雾等因素长期作用下，钢结构桥梁容易受到较强的腐蚀。为此，我们需要重视海洋环境下钢结构桥梁的耐久性设计。在海洋环境下，钢结构桥梁常用的耐久性措施包括防腐涂层、表面热喷涂、钢材冷镀锌、采用耐候钢、预留腐蚀余量、采用阴极保护类电化学技术、包裹层防腐等。这些措施有各自的优缺点，也有其使用的局限性，表2对常用的耐久性措施做了对比。
4桥梁结构安全性和耐久性设计——以某沿海地区桥梁工程为例
4.1工程概况。该桥梁项目位于中国南部海滨城市，桥梁建设条件复杂，大部分处于陆域或近海滩涂区。陆域地形平缓，场地表层为人工填土及堆积物，土质不均。同时，由于该区域处于沿海地区，降水量较多，夏季炎热，受台风影响多，这些自然因素对于工程设计的安全性和耐久性都造成了不同程度的影响，均需要严加防范。
4.2设计前的勘察和准备工作为确保所建设的桥梁工程的安全性和耐久性符合要求，在设计工作开始前，有关单位对项目区域进行了详细的实地考察，得到了大量准确而具体的勘察数据。在获得充足的勘察数据的基础上，结合当地现有的交通路网情况，设计人员经过研究分析，最终确定了公路桥梁的具体走向和结构形式。
4.3桩基设计。桩基设计是整个桥梁工程施工的基础，直接关系着桥梁的施工进度和施工质量。海中钻孔灌注桩，一般处于水下区，环境作业等级为D级，少数桩基处于潮差区，在落潮时会露出海面，夏季炎热气候条件下环境作业等级达到F级。为确保桩基安全耐久，设计时适当增大了钢筋保护层厚度，并采用掺合料提高混凝土的密实度，降低氯离子的扩散能力。同时，保留桩基永久钢护筒作为钻孔灌注桩的防腐屏障。
4.4桥墩设计。海水中的桥墩处于非常严重的腐蚀环境中，通常也是海洋环境下桥梁腐蚀最为严重的结构部位。设计时，除了增加了墩柱的保护层厚度外，还对墩柱水位变动区部位涂刷了防腐涂层。并结合国内工程施工经验，采用透水模板布改善墩柱外观质量，增强混凝土表面致密性，提供混凝土结构的抗渗性能。
4.4箱梁设计。箱梁属于上部结构，为降低自重，钢筋保护层厚度不宜太厚，在炎热气温下裂缝控制难度较大，仅使用海工高性能混凝土无法满足耐久性设计要求，必须同时采用其他防腐措施。设计时，考虑预制箱梁在预制厂涂刷一次防腐涂层，现浇箱梁拆模后涂刷一次防腐涂层。同时考虑到预应力结构的长期使用安全，预应力管道后灌浆采用海工专用预应力管道灌浆材料。钢箱梁根据情况选用喷涂环氧富锌底漆或冷喷锌的防腐措施。
4.5抗震设计。抗震设计是公路桥梁设计中必不可少的一项重要内容。具体来看，本项目所处区域水平向地震动加速度峰值为0.12g，桥梁抗震设防类别为B类，桥梁抗震设防烈度为7度，抗震设防措施等级为8级。设计时，设计人员根据抗震规范采取防落梁措施，合理确定帽梁尺寸，设置防震挡块，加强各片梁之间横向连接，提高上部结构的整体性。在伸缩缝处梁端、挡块内侧设置减震橡胶缓冲块。在桩基设计中，进一步增加桩基长度，使得大部分桩基穿过液化的土层，桩端嵌入到下层基岩中，确保桩基安全稳定。
4.6疲劳损伤设计。在桥梁的运营过程中，因交通情况的不同，会受到各种各样的荷载，这些荷载往往是变化的，相应的桥梁结构所承受的应力也是变化的，在交变荷载的作用下，引起桥梁结构的疲劳损伤。这些疲劳损伤具有叠加效应，使得桥梁结构的疲劳承受力持续增加，一旦疲劳承受力超过临界值，就会导致桥梁出现裂缝，严重时甚至还会导致桥梁断裂或坍塌。一般来说，在桥梁疲劳损伤的早期，往往因为损伤不明显而不易察觉，待损伤明显时，往往为时已晚，难有有效的补救措施。针对这一问题，设计人员在设计时，充分考虑了疲劳损伤问题，对桥梁中各个部位的构件都进行了强化设计。
5结束语
桥梁工程是我国重要的交通基础设施，在交通运输和经济社会发展中都起着不可或缺的作用。为了提高桥梁工程的安全性和耐久性，避免出现不必要的问题，相关设计单位必须做到防患于未然，在桥梁设计之前，分析可能存在的安全隐患，并采取针对性的措施，将问题消灭在萌芽状态，以确保桥梁工程的安全性和使用寿命。
参考文献：
[1]刘冠延.道路桥梁设计中的安全性与耐久性问题研究[J].黑龙江交通科技,2020(8):99-100.
[2]汤光祥，李海波.混凝土桥梁安全性与耐久性问题的探讨[J].国外建材科技，2004,25(01):116-118.
[3]柯春光，祝飞.城市桥梁结构安全性、耐久性的影响因素及设计要点[J].工程设计,2020(12):215-126.
[4]曹烈仿.砼桥梁耐久性设计探讨[J].重庆交通学院学报,2007,26(02):53-56.
作者:朱爱东 单位:华设设计集团股份有限公司
