公路桥梁设计中的安全性和耐久性设计研究

叶晨

摘要：在公路规划设计当中对于桥梁结构的灵活运用能够更好地适应于不同的建设环境，特别是一些大跨境的河流需要通过连续桥的建设实现两岸接通。在桥梁设计当中对于安全性和耐久性的保障和其使用寿命与道路运营之间有十分密切的联系，必须要引起设计人员的关注，同时平衡好建设施工的质量和成本，优化公路桥梁的建设水平。

关键词：公路桥梁设计；安全性；耐久性；设计

1工程概况

某高速公路项目，全长182km，共设计桥梁103座。项目所在位置地势变化较大，表现出西北方向地势较高、东南方向地势较低、北部区域地势较高、南部区域地势较低等特点。地势高差较大会增加公路桥梁的规划难度。结合区域内震害频发的特点，需进行桥梁抗震设计，提升公路桥梁整体结构的安全性。本文结合桥梁工程的设计需求，从结构安全、耐久形两个方面给出设计方案，保证公路桥梁项目的整体质量。

2公路桥梁设计中安全性和耐久性的设计要点

2.1公路桥梁整体设计思路

该项目所在区域地震发生频率较高，桥梁设计位置河谷较深，山谷内弯道数量多、地势高差较大，初期进行公路桥梁规划设计时，秉承结构安全、项目耐久两个设计原则开展公路桥梁的整体设计。该项目应侧重关注桥位的设计方案，考量结构安全性。结合环境因素形成的限制作用，综合选出安全性较高的位置。如果桥位地势含不利因素，需及时给出补救措施，消除不利影响。同时，桥梁设计应侧重落实抗震设计工作，积极采取抗震措施，切实增强项目整体的抗震效果。桥梁孔跨设计需结合桥位周边的环境特点，如地势、河床宽度等，以此保障方案的可行性。如果桥位周边环境比较复杂、施工难度大，可采用大跨径结构。

2.2安全性设计要点

2.2.1支座设计

如果桥梁跨度较小、一个方向支座的水平调整量能够满足主梁水平温度形变量的需求，可在两个墩柱中设置相同的支座。如果是横跨沟谷的简支梁，可结合实际情况，对同联桥墩高度进行统一设计，尽量减少桥墩高度差异。位置相邻、桥梁高度差异较大的桥梁结构，桥墩容易因为水平地震波的作用而失稳，破坏结构整体的抗震能力。因此，需要改变支座设计参数，增强桥墩、支座连接位置的整体强度，以此增强桥梁的抗震性能。项目的第四区分布有V形河道，部分桥墩高度大于40m，桥梁联数量大于3联，可将V形孔梁结构添加在分联位置，形成抗震支护结构。

2.2.2防落梁

在该项目中，为了积极改善桥梁抗震性，还要有效控制梁体结构位置移动问题，从而减少落梁发生的地震损坏。梁体限位措施如下：（1）梁结构的设计长度主要参考盖梁顶层的宽度有效值；（2）对于简支T梁结构，可在伸缩缝的侧边添加防落链；（3）箱梁、桥墩间隔位置，需增加限位设计。

2.2.3其他措施

在桥台、桥墩等位置可使用防震挡块，如橡胶垫块，增加抗震缓冲空间，提高抗震性能。如果河岸区域地质条件表现出软弱黏性、失稳性较强等特点，需增加孔跨长度，合理确定桥墩及桥台的位置，以此增强桥梁结构的平稳性。桥台位置使用抗震性能较强的结构形式，合理调整桥台高度，以此控制动土压力对桥台结构的影响，增强桥梁整体结构的抗震能力。

2.3特殊位置桥梁设计

2.3.1跨越桥梁设计

对于跨越河流地段的桥梁，桥梁孔位设计应依据项目所在位置的河道实况给出设计方案；对于跨越既有桥梁的桥梁，桥址区域分布有较深的泥石流沟壑，应尽量增加跨径，尽量采用一孔跨越的方法，增加桥梁下方净空，使其形成安全防护结构；针对具有潜在泥石流险情的地段，需要给出必要的泥石流应对措施，合理改造沟壑，采取添加桥墩、调整桥墩设计形式、增设抗冲击装置等措施，以此增强桥梁结构设计的安全性。对于活动性较强的支沟，适当添加拦挡坝，以此抵挡泥石流的冲击作用，提升桥梁结构的安全性。

2.3.2陡坡桥梁设计

陡坡区域，桥梁工程具有地势高差大、桥墩高、工程施工困难性大等特点。如果挖方量较大，会影响边坡结构的平稳性。因此，采取如下措施：1）对于路线涉及的陡峭位置，准确给出竖向断面、水平断面等测量结果，作为工程地质分析的关键资料；2）可合理增加跨径，控制陡坡桥梁个数，以此有效减少桩基施工对陡坡的干扰。针对柱式墩，可使用高低墩的桥墩设计形式，以此控制开挖量，各侧桩顶高度应有一定的差异，也可采取桩端相连形式，使桩基与墩柱成为一体。如果墩位较高，可使用独柱空心墩。

2.4耐久性设计要点

2.4.1结构设计

桥梁项目正式使用后，其结构耐久性的主要干扰条件有：车辆运行的荷载作用、雨水冲刷等。因此，耐久性设计期间，应加强桥梁结构调整，以此减少桥梁性能受到环境因素的影响。桥梁设计结构期间，可有效联合梁体、铺装两个结构强化桥梁整体的耐久性，使其具有较强的抗损伤性能，以此避免雨水渗透导致的材料腐蚀问题，延长桥梁结构的可用时间。在铺装间隔位置，合理添加钢筋网，防止用料出现开裂问题。在主结构设计期间，添加排气孔，以此提升桥梁结构内部降温能力。

2.4.2抗疲劳设计

桥梁由多个结构组成，上部组成长时间承受车辆运行的荷载的作用，会将部分荷载传递给下部结构，改变桥梁结构整体应力分布，此种应力分布的动态变化会降低桥梁结构整体性能，甚至会削弱桥梁结构的耐久性，导致结构疲劳损伤问题。在桥梁结构出现性能损伤后，逐步演变成结构裂缝，甚至会转化成脆性破坏问题。为有效控制结构损伤问题，应对案例桥梁进行抗疲劳设计。1）选材时以优质用料为主，侧重选择具有抗腐蚀能力的用料。2）以结构安全、性能耐久为起点，全面落实桥梁结构设计，以此防控桥梁结构出现损伤问题。桩基、墩柱各位置均存在一定腐蚀风险，此类结构与地表水接触，会受到水中镁离子、氯离子的侵蚀。在耐久性设计时，需增强用料设计，调整保护层厚度，以此达到抗腐蚀效果。3）开展抗荷载设计，合理布置支座点位，以此展现支座功能，防止支座受到撞击。在桥梁表层添加监测设备，全面监测桥梁结构问题，提早排查风险，增强桥梁耐久性。

2.4.3抗震设计

耐久性设计中，抗震设计尤为关键。桥梁下部位置的抗震设计，以增加配筋量为主要措施。桥墩、墩柱各处可增设保护构件，达到抗震效果。在发生强烈地震时，依据相关规范的内容进行抗震设计。桥梁的抗震设计，可充分利用桥梁结构的初期强度，提高桥梁结构的延性。此种抗震设计，与强度设计法具有一定差别。延性抗震是选择特定的塑性形变位置来抵消地震作用，延长结构的使用时间，削弱地震作用。在抗震设计期间，使用塑性形变抵消地震的惯性作用，防止桥梁结构受损，维持桥梁结构的承载能力，是耐久性设计的有效措施。

2.4.4防水构造设计

对桥梁结构进行防排水设计，可以减少结构渗水问题，从而增强结构的耐久性。具体可以在桥面铺装中铺设防渗较强能力的防水层，保证防水质量。

3结语

综上所述，项目所在地域表现出地震频率高、地势高差大等特点，需给出合理的公路桥梁规划，结合结构安全、耐久性等设计要求，逐一给出设计方案，提升工程整体的质量，发挥公路桥梁设计的科学性与合理性。

参考文献

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