路桥设计中的安全性和耐久性探究论文_农杉

中交一公局集团海外事业部北京 100024

摘要：路桥作为重要的交通枢纽工程，随着交通运输事业的飞速发展，在国民经济中的地位也更为重要。在设计阶段，做好安全性和耐久性的评定工作，对于保证路桥建设质量有着重要意义。本文主要就路桥设计中安全性问题和耐久性问题进行了研究，旨在为提升路桥工程整体质量提供参考。

关键词：路桥设计；安全性；耐久性

1路桥设计中的安全性研究

1.1研究内容主要内容

路桥设计安全性研究主要是指，运用系统工程的方法对设计中存在的危险性进行评价和预测，并制定相应的安全措施，以实现路桥安全的过程。概括来说，安全性研究的主要内容包括以下几个方面[1]：

1）对工程可行性研究阶段、设计阶段、运营阶段的安全性研究，从而确保每个阶段的安全性；

2）对设计中存在的安全隐患进行定量和定性分析，并采取针对性措施，提高路桥行车的安全性；

3）为促进路桥工程本质安全化、安全运营管理科学化创造条件。

1.2影响安全性的主要因素分析

路桥设计安全性研究主要是对设计方案与设计要素的取值进行分析，评价其安全水准，发现设计中存在的缺陷，推荐出更安全的设计，主要考虑因素有以下几点：

1）技术标准：平原地区技术标准的拟定主要以路桥功能为主，技术标准相对较高。对于西部山区，除了考虑平原地区的因素外，还要考虑到自然条件的制约，与平原地区标准差异较大。

2）路线方案：平原地区路线方案主要考虑与区域路桥网的关系，西部山区主要考虑地形、地质、水文等自然条件。

3）技术指标选取：平原地区一般强调高指标，舒适性，西部山区则是强调与自然条件结合，以满足使用功能为基础，选用相应的技术指标。

4）工程方案：平原地区一般以符合路线走向为前提进行方案评定，西部山区工程方案则需要综合路线方案，自然条件等多种因素的进行评定[2]。

1.3路桥设计安全性研究方法

对路桥设计安全性研究的方法主要有以下两种：

1.3.1规范复核法

我国路桥设计的相关规范文件，不仅是国内外路桥建设相关规范的精华，又是我国路桥工作者长期研究、应用，总结出来的指导性文件，参考相关规范有利于发现不符合的指标，消除安全隐患。如：交通部《公路路线设计规范》（JTG D20-2006）；交通部公《路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）。

1.3.2运行速度协调性评价法

（1）路段划分

以某高速路段为例，本文对路桥运行速度预测过程采用“分段预测”，将路桥分为两个不同的路段，具体划分标准如表1所示。

表1 路段划分标准

（2）运行速度预测

本文采用第85%位车速（）作为运行速度，首先推算设计路段衔接的相邻路段速度，作为本路段的初始运行速度。假定该高速公路小客车初始速度，货车

在平直路段，驾驶人会根据自己的期望行驶速度进行驾驶，由此，如果初始速度低于驾驶人期望值，则驾驶人会进行加速行驶，直至达到期望值后变为匀速行驶。假设为期望车速（），为加速度（），为直线距离（），则计算公式为：

如果路段车辆运行速度大于期望速度，则驾驶人会进行制动，也即是小客车行驶速度≤120km/h，大货车≤75km/h。

在纵坡路段，按照表2对小客车和大货车进行运行速度修正。

表2 纵坡下各车型运行速度的修正

（3）相邻路段运行速度协调性分析

相邻路段主要是指平面、横纵断面或设计速度不同的相衔接路段，对其协调性的分析是评价线形一致性的主要指标之一，具体评价标准为：

，协调性较好；，协调性较好，若条件允许，为提高行驶安全性，可适当进行调整，使其满足；，协调性较差，需要调整相邻平纵面设计指标，使其达到。

图1 速度折减量与坡长的关系图

（4）同一路段设计速度与运行速度协调性分析

设计速度与运行速度差值评价即是对协调性的评价，具体标准如下：

，协调性较好；，协调性较好；，协调性较差，需结合相关规定进行安全性验算，确保路桥运行安全。

1.4施工图设计安全性分析

1.4.1路线安全性分析

从空间结构来看，路桥设计是直线与曲线相互组合的带状建筑物，组合的合理性直接影响着路桥的行车安全。概括来说，路线安全性分析主要包括以下几个方面的内容：视距分析，路基横断面评价，平面线形评价。

1.4.2路基路面安全性评价

路面及排水设施等在车辆行驶过程中都会对道路安全产生影响，因此也需要在设计方案中对这些设施情况进行分析。如：路基防护是否根据沿线地形，地质状况选择了正确的防护形式；安全净空范围内的排水设施是否会对安全行车造成影响等。

1.4.3桥梁安全性分析

完善的桥梁设计方案能够为行车安全提供保障，对市政桥梁设计的安全分析主要应从桥梁引线与护栏衔接过渡情况，桥梁所受侧风等几个方面考虑，若发现桥梁引线的设计指标与桥梁线形的设计指标存在较大的差距，则应对桥梁引线速度协调性进行评价，进而找出存在差距的原因和相应改进措施[3]。

1.4.4沿线设施安全性分析

沿线设施作为交通安全的微观构件之一，配置的适应性直接决定了路桥的交通安全水平。对沿线设施的安全性分析主要是对包括交通标志、护栏、分隔带防眩等设施的安全性评价。其中交通标志、标线的设置形式、尺寸等因素对交通安全的影响较大，科学合理的交通标志标线能够为驾驶人提供足够的安全信息，避免安全事故的发生。

2市政路桥设计中的耐久性研究

在实际中，我们总期望路桥有更长的使用年限，混合料的耐久性更好。因此，在路桥设计有必要测试、研究其的耐久性能。以下本文以某市政混凝土结构道路设计为例，对其耐久性进行深入分析

2.1研究的主要内容

1）混凝土配合比与工作性、早龄期混凝土性能与质量不仅影响硬化混凝土的力学性能，也是其初始渗透性的重要决定因素。研发致密高强和低渗透性的高性能混凝土材料成为结构耐久性的重要研究方向；

2）腐蚀作用引起的结构基本构成单元的严重膨胀和开裂与外施荷载作用效应交织，导致的复杂耐久性问题诸如钢筋起锈时间确定、锈胀开裂形态界定、混凝土与钢筋粘结损失分析及其对构件力学性能影响的评估等，无法简单地用材料的力学指标表征；

3）劣化也可导致常规结构系统失效形态和模式的变异，由此引发了检测评估和维修加固的系列化对策研究；

2.2现行设计中存在问题分析

一方面我国现行的混凝土结构设计与施工规范，主要考虑荷载作用下结构承载力安全性与适用性的需要，较少顾及结构长期使用过程中由于环境作用引起材料性能劣化对结构适用性与安全性的影响。现行的设计管理制度尤其强调安全性方面的设计内容，比如现行的施工图审查制度及抗震超限审查制度。

另一方面在实际工程设计中，设计人员除了考虑政府部门的规划要求和业主的功能要求之外，往往特别关注建设单位所提的经济要求(如控制含钢量)，在设计上常常表现为满足于达到现行规范的基本要求或最低要求即可。从建设初期看，这种做法可以满足安全性的基本要求，也可以满足业主的经济性要求；但从整个使用年限看，并不一定能满足耐久性要求，也不一定能够达到工程全寿命的经济性，相反还可能由于耐久性不足存在安全隐患。

此外长期以来，结构设计人员对结构体系布置、结构计算分析和构造措施都有着足够的重视。从结构定案到结构计算及构件与节点构造诸方面，都进行了多方面的分析与优化，并有完整细致的图文表达。但是，对比安全性设计，在混凝土结构耐久性方面的设计就显得比较简单，不够全面，甚至会出现由于混凝土结构耐久性的不足，致使结构在安全性及适用性方面存在隐患。

2.3提高设计耐久性的方法分析

全概率设计法中明确包括性能可靠指标p和结构使用寿命。该方法既可用于新结构的设计，又可用于既有结构的再设计(评估)。

在设计过程中，对于结构在不同环境作用下的性能分别给出定义。针对该性能提出了与时间相关的极限状态，借助极限状态方程式：

，式中R为性能指标对应的抗力，S为环境作用，。通过引入材料参数和抗力劣化计算模式，就能对于结构的使用寿命进行设计和再设计，如图2所示。

图2 全概率使用寿命设计的概念

每项性能指标所对应的抗力R中的参数取值，可通过基于规范和数据库的材料设计或实验室标准试验获得(如混凝土的抗压强度、混凝土抗碳化系数、混凝土氯离子扩散系数等)。数等)。作用可分为力学荷载作用(如风荷载，地震荷载等)，环境作用(如等)。这些随机变量值可从规范、已有数据库或从实际结构中试验取得。随机变量抗力和作用的数据齐全之后，按下式进行结构耐久度分析。