港區(qū)橋梁工程設(shè)計(jì)問(wèn)題及對(duì)策探討

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摘要：改革開(kāi)放四十年來(lái)，港口工程的建設(shè)取得了輝煌的成就，港口工程建設(shè)很大程度上促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的騰飛。作為港區(qū)內(nèi)部連接樞紐的橋梁起著至關(guān)重要的作用。本文通過(guò)總結(jié)以往港區(qū)橋梁的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，主要分析港區(qū)橋梁設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題及相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：港區(qū)橋梁；荷載；耐久性

港區(qū)橋梁是港口重要的組成部分，作為連接堆場(chǎng)、碼頭、廠庫(kù)的紐帶，它在功能和定位上面有著與其他市政公路橋梁不一樣的特點(diǎn)。1.港區(qū)橋梁的主要特點(diǎn)港區(qū)道路的交通構(gòu)成主要以大型掛車為主，這樣在地基處理、橋型選擇、荷載布置、路面結(jié)構(gòu)等方面要求較高；港區(qū)橋梁一旦發(fā)生無(wú)法通車的事故，將直接影響整個(gè)港區(qū)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)考慮避免此類事故的發(fā)生；港區(qū)一般處于海洋環(huán)境，對(duì)結(jié)構(gòu)而已是較惡劣的環(huán)境條件，結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

2.港區(qū)橋梁設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀分析

2.1橋梁執(zhí)業(yè)資格制度的有待完善

在房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行業(yè)，一級(jí)、二級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師執(zhí)業(yè)資格經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展，現(xiàn)已日趨成熟，注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師制度極大的提高房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的整體素質(zhì),尤其是極大的加強(qiáng)了從業(yè)人員對(duì)規(guī)范的掌握深度。而注冊(cè)橋梁工程師至從2007年被提及后由于各種原因一直沒(méi)有實(shí)施。這樣造成了很多橋梁設(shè)計(jì)人員只能選擇報(bào)考注冊(cè)港航工程師或者注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師。其中，注冊(cè)港航工程師很少涉及關(guān)于橋梁部分的內(nèi)容，而注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師90%以上的內(nèi)容都是關(guān)于房建結(jié)構(gòu)，即使取得了這兩種證書(shū)，對(duì)提高橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的影響也非常有限。注冊(cè)道路工程師執(zhí)業(yè)資格考試已經(jīng)在2019年正式實(shí)施了，注冊(cè)橋梁工程師執(zhí)業(yè)資格的實(shí)施也應(yīng)盡早實(shí)施起來(lái)。

2.2設(shè)計(jì)人員水平參差不齊

港區(qū)橋梁工程屬于附屬工程，很多設(shè)計(jì)單位并不重視橋梁工程的專業(yè)建設(shè)，橋梁設(shè)計(jì)人員很多不具備專業(yè)的工程力學(xué)知識(shí)體系，設(shè)計(jì)人員的水平一般，只會(huì)套用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圖。相關(guān)校對(duì)審核的制度也沒(méi)有完全按照要求實(shí)施，很多設(shè)計(jì)人員將復(fù)核的權(quán)力交給了審圖或者專家會(huì)審，這樣很容易讓不合理的設(shè)計(jì)方案得到通過(guò)。通過(guò)大量的工程經(jīng)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)很多港區(qū)橋梁工程整體性差，建模的不合理造成了橋梁工程局部受力超限，工程材料的設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)不科學(xué)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)橫截面強(qiáng)度不夠等現(xiàn)象。設(shè)計(jì)單位應(yīng)重視橋梁專業(yè)的建設(shè)，提高橋梁設(shè)計(jì)人員的整體素質(zhì)。

3.港區(qū)橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)

3.1主要的幾種荷載標(biāo)準(zhǔn)介紹

目前，港區(qū)橋梁荷載可參照的標(biāo)準(zhǔn)有兩種：分別是以交通部為主體頒布的公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)體系和以建設(shè)部為主體頒布的城市橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)體系。公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)定汽車荷載分為公路一級(jí)荷載和公路二級(jí)，它是由車道荷載和車輛荷載組成。橋梁結(jié)構(gòu)的整體作用計(jì)算時(shí)采用車道荷載；橋梁結(jié)構(gòu)局部加載（包括涵洞、橋臺(tái)和擋土墻等）采用車輛荷載。車道荷載和車輛荷載不應(yīng)疊加計(jì)算。車道荷載由均布荷載和集中荷載組成，均布荷載Pk=10.5KN/m；集中荷載按以下方法選取：計(jì)算跨徑L0≤5m,PK=180KN,L0≥50m,PK=360KN,5<L0<50m,PK值采用線性內(nèi)插求得。車道荷載中的公路二級(jí)按公路一級(jí)的0.75倍取用。公路一級(jí)車輛荷載的具體布置見(jiàn)圖1（荷載為KN，長(zhǎng)度為m）。城市橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)中車道荷載與公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)基本相同，但在車輛荷載上有比較大的差別，城-A級(jí)車輛荷載的具體布置見(jiàn)圖2。從以上分析可以總結(jié)出：公路橋梁荷載和城市橋梁荷載在車輛荷載上有著較大的差別；此外在汽車沖擊力、人群荷載、荷載效應(yīng)值、折減系數(shù)等的取值上面均有差別。

3.2差別的原因分析及建議

兩種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生差別的主要原因有以下幾點(diǎn)：（1）兩種標(biāo)準(zhǔn)編制的主體不一樣，公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)是以交通部為主體負(fù)責(zé)編制的，城市橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)體系是以住建部牽頭負(fù)責(zé)編制的,兩個(gè)部門在編制規(guī)范時(shí)未進(jìn)行充分的溝通和協(xié)調(diào)；（2）公路橋梁密集程度低，車間距大，車輛發(fā)生擁堵的概率小，而城市橋梁密集度較高，車間距小，發(fā)生擁堵的概率也大。故而造成城市橋梁車輛荷載取值整體高于公路橋梁車輛荷載；（3）公路橋梁車輛通行速度快，荷載沖擊效應(yīng)大，城市橋梁車輛通行速度慢，車輛沖擊效應(yīng)小；（4）公路橋梁人群密集度較低，城市橋梁人群密集度較高；（5）公路橋梁荷載的制定方法是通過(guò)總結(jié)大量交通量調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)得出具有一定可靠度的取值，而城市橋梁荷載制定方法是通過(guò)分析和必選其他各國(guó)規(guī)范中的較為成熟的規(guī)定并結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況得出的結(jié)論。《港口工程荷載規(guī)范》(JTS144—1—2010)對(duì)橋梁荷載取值主要參考的是公路橋梁荷載，考慮港區(qū)橋梁的特殊性，建議在設(shè)計(jì)時(shí)選取公路橋梁荷載規(guī)范和市政橋梁荷載中的較大值。

4.港區(qū)橋梁的耐久性

港區(qū)橋梁在使用過(guò)程中，應(yīng)該綜合考慮各種不利條件的負(fù)面影響。

4.1海岸環(huán)境的影響

大部分港區(qū)橋梁處于海岸環(huán)境，海水和普通淡水有著巨大的差別，它是一種腐蝕性很強(qiáng)的液體。海水中含有大量的腐蝕性物質(zhì)，如鈉離子、氯離子、硫酸根離子等。它們作用于混凝土結(jié)構(gòu)上，嚴(yán)重影響了混凝土的耐久性。海水中硫酸鹽甚至?xí)诨炷羶?nèi)產(chǎn)生結(jié)晶，晶體生長(zhǎng)將混凝土脹裂，使得鋼筋暴露在外，鋼筋一旦失去了混凝土的保護(hù)，就會(huì)迅速腐蝕從而影響了整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力。此外海邊環(huán)境干濕交替、高溫對(duì)混凝土的耐久性也有著不利影響。對(duì)于海岸環(huán)境的混凝土構(gòu)件，樁基、橋墩等混凝土保護(hù)層厚度要比非海岸環(huán)境增加2-4cm，并且在混凝土保護(hù)層中增加一層防裂鋼筋網(wǎng)。此外在混凝土中還應(yīng)另外添加亞硝酸鹽、有機(jī)胺等阻銹劑來(lái)防止鋼筋生銹。

4.2重視超載對(duì)耐久性的影響

超載運(yùn)輸會(huì)對(duì)橋梁造成嚴(yán)重的損害，據(jù)有關(guān)試驗(yàn)研究表明，汽車荷載增加1倍，對(duì)橋梁受損的影響將超過(guò)16倍。即每座橋每天超載過(guò)車100次，相當(dāng)于實(shí)際過(guò)車1600次超載現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致橋梁的疲勞損傷，超載導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷無(wú)法修復(fù)，進(jìn)而造成橋梁安全與耐久性下降，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的損毀。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2000年至今，由非地震因素導(dǎo)致的橋梁垮塌事故多達(dá)近100起，由于車輛超載引發(fā)的垮塌事故占比約30%，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)該充分考慮各種不同荷載的組合，特別是對(duì)偏載超載的計(jì)算應(yīng)適當(dāng)增大安全儲(chǔ)備。從橋梁設(shè)計(jì)的角度考慮，如果僅僅依靠人為提高荷載標(biāo)準(zhǔn)來(lái)預(yù)防超載，考慮到造價(jià)的影響，并不適合大面積推廣，我們可以通過(guò)改變橋梁跨徑組合來(lái)減小超載帶來(lái)的影響，對(duì)于超載嚴(yán)重的港區(qū)建議在初步設(shè)計(jì)時(shí)盡量選取簡(jiǎn)支小跨度梁。從運(yùn)營(yíng)的角度考慮，可以通過(guò)對(duì)超載車輛的限制，按照荷載大小對(duì)車輛進(jìn)出進(jìn)行收費(fèi)。同時(shí)采取措施限制車速，從而可以減小超載車輛對(duì)橋梁的沖擊力。

5.結(jié)語(yǔ)

港區(qū)橋梁由于其所處環(huán)境的復(fù)雜性、服務(wù)對(duì)象的特殊性，對(duì)港區(qū)橋梁提出了與其他橋梁不一樣的要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮這些特性來(lái)保證港區(qū)橋梁的正常使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTGD60-2015,公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2]CJJ11-2011,城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范.

[3]JTS144—1—2010,港口工程荷載規(guī)范.

作者：楊懷偉 郝俊宇 單位： 中交四航局港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司