关注桥梁的耐久性

关注桥梁结构的耐久性张文斌摘要：针对我国目前桥梁结构存在的耐久性问题，从设计、施工、养护等方面系统地分析了其原因，并提出了提高桥梁耐久性的措施。关键词：桥梁结构耐久性措施耐久性是指结构在长期使用过程中能够保持其质量稳定的性能。耐久性与结构的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，而这一正常功能直接影响结构的安全性和结构的适用性，并且更多地体现在适用性上。随着结构耐久性问题的日益突出，对结构耐用久性的研究也越来越受到重视。现就桥梁结构的耐久性问题分析如下，以期共勉。关注桥梁结构耐久性的意义桥梁结构的耐久性直接影响结构的适用性和安全性按照我国现行规范，桥梁工程的设计必须遵循“适用、经济、安全、美观”的原则，这一原则不仅体现在桥梁设计和建成初期，而是应该贯穿于整个结构的生命周期内。然而一些桥梁运营十几年甚至几年后，便出现了桥面破损、伸缩缝破坏、混凝土开裂等现象，严重影响桥梁的通行能力，甚至会出现桥毁人亡的重大事故，严重威胁人民生命财产安全。耐久性问题导致巨大的维修费用的产生，有些桥梁在运营十几年后被迫重建，造成巨大的经济损失。桥梁工程的生命期通常在50年以上，在这么长的时间内，其养护维修费用是不可忽略的。据1998年美国土木工程学会的一份材料估计，他们需要有万亿美元来处理美国国内基础设施工程存在的问题，仅修理与更换公路桥梁的混凝土桥面板一项就需800亿美无，而现在联邦政府每年为此的拨款只有50〜60亿美元。根据1988年资料，英国全部建筑和土木工程维修费为150亿英镑，其中混凝土工程维修费为5亿英镑，约相当于人民币60〜70亿。有专家估计，我国“大干”基础设施工程建设的高潮还可延续20年，但是由于对耐久性忽视，我国不久会有“大修”20年的高潮，其耗费将倍增于当初这些工程施工建设时的投资。可见，耐久性问题不仅带来安全问题，还带来经济性和可持续性问题。桥梁结构耐久性差的主要原因设计上没有足够的重视按照我国目前的桥梁设计程序，在方案设计和评审阶段会考虑到经济和美观的要求，然而在该阶段对经济性的评估中往往只是以建设成本作为参考指标，而对于后期的养护、维修等的长期综合成本并没有纳入经济指标中，因此这种评估经常是比较片面的，这就为结构出现耐久性问题埋下了伏笔。另一方面，规范作为技术标准已经倍受重视，然而大多设计人员对规范的理解和运用却远远达不到规范制订的初衷，很多设计大多只是进行安全性的验算——“结构设计就是规范加计算”，而忽视了从构造、材料等角度采取措施加强结构耐久性，并且没有注意到桥梁各构件的寿命是不同的，没有将各构件的生命周期与整个桥梁的生命周期联系起来，更没有从设计、施工到养护的全过程去加强结构的适用性和安全性。不少桥梁、虽然满足了设计规范的强度要求，仅用了5〜10年就因为耐久性出了问题影响结构安全。实际上，目前的桥梁设计中，对于耐久性更多的只是作为一种概念受到关注，既没有明确提出使用年限的要求，也没有进行专门的耐久性设计（从材料、结构措施及设计程序上上保证耐久性，并明确声明在何种维护和使用条件下，桥梁具有哪种程度的耐久性）。施工上只强调短期质量保证在施工上，承包商和监理单位往往只强调当时的质量状况，主要以强度作为控制指标，而耐久性仅仅取决于相关人员的技术水平和责任心。然而质量得到保证并不等于在运营状态下，结构能够发挥良好的工作性能。承包商不对耐久性负责，承包商在工程完成后只要符合规范就可以了，不可能对之后的耐久性负责。另外，不恰当地加快施工进度的行为也是造成耐久性差的主要因素，混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证。媒体上大加宣传的所谓几个月就建成一座大桥、某某大桥提前几个月完工等，很可能就是今后注定要花掉更多资金进行大修的短命工程。桥梁工程使用阶段的正常检测与维护制度不健全结构耐久性和使用寿命，与使用阶段的检测、维护和修理不能分割，尤其是对处于露天和恶劣环境下的桥梁工程。要保证结构安全性和耐久性，确保正常的运营状态，必须对建成后处于使用状态的工程进行定期检测和维护。这与人的定期体检类似。我国的规范似乎更注重于设计与施工等技术问题，而对如何使用与维护缺乏制度上的支撑。有些工程倒塌事故，例如四川宜宾的南门大桥发生桥面坍落事故，就是因为桥面结构与主拱之间的吊杆在连接处发生锈蚀，如果有定期的结构监测，这样的事故很有可能避免。车辆超载现象和通行量远远超出设计的现象比较严重这包含两方面的含义，一方面是设计时对工程建成后的通行量的预见性不够，是设计荷载的变化和交通量的增加；另一方面是部分车辆违规超载。第一种情况在我国的公路设计中较为常见，例如沪宁高速，这有多方面的原因，例如资金问题等。第二种情况是运营市场管理问题。这无形中增加了维护的难度。提高结构耐久性的措施设计规范应明确规定进行耐久性设计我国现行设计规范《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-85指出”……按照适用、经济、安全和美观的原则进行设计……”。虽然可以理解为含有耐久性的要求，但为强调“耐久性”的重要性和可操作性，建议今后在修订规范时，能将“耐久性”的内容列入该条中，并且应制订专门的耐久性设计规范。设计人员应重视规范的指导性，加强对规范的理解和应用我国的规范应该说已经比较系统和适用，指导性较强。之所以还是出现了一些问题，关键是一些设计人员对规范理解偏差。桥梁工程有着强烈的个性，作为工程技术人员应针对具体特点去解决设计与施工问题。不仅要重视其强制性，更要重视其指导性。不仅要保证强度要求，而且要想方设法延长桥梁的“生命值”和保证桥梁的“健康”。另外对于在方案设计和评审阶段，在进行经济性评估时应以建设成本和养护维修作为评估依据，也就是以桥梁工程从规划设计到生命周期结束期间所发生的费用总和（综合成本）作为评估的依据，而不应仅以建设成本作为依据。例如斜拉桥的换索问题，斜拉桥拉索的平均使用寿命在20年到30年之间，也就是在其服役期期间至少要进行一次换索，如果考虑到后期换索的巨大投入，那么在跨度1000米以下的桥型竞争中，悬索桥与斜拉桥在经济性方面的差距将大大减小。建立桥梁工程耐久性评估体系桥梁工程使用年限较长，耐久性的好坏难以在短期内鉴定，并且难以以单一的、精确的指标表示。但这方面的研究已经在世界范围内展开，事实证明对耐久性的评估并非不可能，但是需要长时间的大量的积累资料。由北京市建筑工程研究院、上海交通大学建工与力学学院、清华大学土木工程系共同完成的“钢筋混凝土工程耐久性评估(MEDS)技术研究”于2003通过北京市科委组织的专家鉴定。钢筋混凝土结构耐久性评估是指建立一套基于可靠度理论的新的结构耐久性评估方法，实现钢筋混凝土结构耐久性评估的计算机专家系统，根据给定的工程检测数据，对结构的可靠性进行评估，最终预测该结构今后可靠性的降低情况，并根据鉴定结果，对结构的状态进行正确评级，从而为规范的经验性评估方法提供理论依据，并可为规范的修订提供指导。而在设计阶段，也应相应地建立耐久性评估体系和指标，将耐久性评估直接列入评审内容之中，以避免因设计引起的耐久性问题。建立桥梁资料库，将桥梁的检测与维护制度化要确保结构的正常使用。及时发现安全隐患，必须建立定期检测的制度，及时发现问题，以进行维修与加固，改变我国目前存在的“养路不养桥”的现象。有些国家对于结构的损坏可能导致公众安全的建筑物与桥、隧等公共工程，强制规定必须定期检测。按照我国现行《公路养护技术规范》JTJ073-96)，所有桥梁结构都应建立桥梁卡片，该卡片应装载全部基本资料以及最近技术评定和维护记录。然而事实证明，这样并没有起到应有的作用，主要原因可能在于制度的不完善。众所周知，我国实行的是责任终身制，然而与监理工作的“事先监理”的原理一样，等到事故发生了再去追究责任，为时已晚。最为合理的制度应该是起到预防和避免事故发生的作用。把事后的追究和处理变为事先的有效管理和监督，似乎更为有效和合理。需要特别强调的是目前政府正在整治的车辆超载问题。对于桥梁来讲，超载主要有两种情况，如前所述，这两种超载现象在我国公路运输中较为普遍。应该从管理上纳入桥梁维护的范围，保证桥梁的设计荷载状况与实际状况相吻合。进一步加强提高耐久性方面的技术研究，积极借鉴国外的经验和成果一方面是材料的耐久性研究，桥梁工程中使用最多的是钢材与混凝土，关于这一方面的研究早以开展，在此不再赘述。另一方面是关于设计理念的研究，同济大学范立础教授提出“应该力图开展保障结构安全与耐久的新设计理念的研究：认识到结构各部件的寿命不是完全相同的，因而结构寿命期内功能的保证，必须从设计、施工、材料、检测、维修、加固整个过程来考虑，审视结构的概念设计与构造设计，并保障结构在生命期内的结构可检性(Examinability)、可换性(Replaceability)、可修性(Repairability)、可控性(Controllability)、可强性(Retrofittability)和可持续性(Sustainability)。”并且提出了寿命投资效益的新概念。这些无疑是对桥梁耐久性设计的推动。综上所述，耐久性的问题是贯穿设计、施工、运营、维修保养的整个过程的，如果一座桥梁先天不足，仅靠维修养护是很难延长其寿命的，但先天好，后天不养也是难以保证其应有的使用寿命的。而桥梁的整个生命期内“几易其主”的特点，更是增加了保证耐久性的困难。目前，我国正处于交通大发展时期，大量的桥梁已经建成和将要建成，如何在设计、施工、养护中更多地考虑结构耐久性问题，应当作为更为突出的问题，引起重视。参考文献：1、范立础桥梁工程安全性与耐久性——展望设计理念进展2、邵容光赖国麟对桥梁耐久性问题的几点思考3、高延红 刘在今水工结构混凝土碳化耐久性和剩余使用寿命评估4、JTJ073－96，公路养护技术规范5、JTJ021－85，公路桥涵设计通用规范PayAttentiontoTheDurabilityofBridgesConstructionZhangWen-bin(RoadEnginneeringDepartment，NanjinCommunicationInstitute，Nanjing210032，China)Abstract：Aimatthedurabilityofbridgesconstrction,thearticlesystematicallyanalyzesitsreasonfromthedesign,construction,maintenanceandotherwise,andadvancessomemeasuresofenhanceingthedurabilityofbridgesconstrctio