港區橋梁工程設計問題及對策探討

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摘要：改革開放四十年來，港口工程的建設取得了輝煌的成就，港口工程建設很大程度上促進了社會經濟的騰飛。作為港區內部連接樞紐的橋梁起著至關重要的作用。本文通過總結以往港區橋梁的設計經驗，主要分析港區橋梁設計的主要問題及相應的建議。

關鍵詞：港區橋梁；荷載；耐久性

港區橋梁是港口重要的組成部分，作為連接堆場、碼頭、廠庫的紐帶，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。1.港區橋梁的主要特點港區道路的交通構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、路面結構等方面要求較高；港區橋梁一旦發生無法通車的事故，將直接影響整個港區的正常運轉，造成巨大的經濟損失，在設計階段，應考慮避免此類事故的發生；港區一般處于海洋環境，對結構而已是較惡劣的環境條件，結構的耐久性設計顯得尤為重要。

2.港區橋梁設計的現狀分析

2.1橋梁執業資格制度的有待完善

在房建結構設計行業，一級、二級注冊結構工程師執業資格經歷了二十多年的發展，現已日趨成熟，注冊結構工程師制度極大的提高房建結構設計人員的整體素質,尤其是極大的加強了從業人員對規范的掌握深度。而注冊橋梁工程師至從2007年被提及后由于各種原因一直沒有實施。這樣造成了很多橋梁設計人員只能選擇報考注冊港航工程師或者注冊結構工程師。其中，注冊港航工程師很少涉及關于橋梁部分的內容，而注冊結構工程師90%以上的內容都是關于房建結構，即使取得了這兩種證書，對提高橋梁結構設計水平的影響也非常有限。注冊道路工程師執業資格考試已經在2019年正式實施了，注冊橋梁工程師執業資格的實施也應盡早實施起來。

2.2設計人員水平參差不齊

港區橋梁工程屬于附屬工程，很多設計單位并不重視橋梁工程的專業建設，橋梁設計人員很多不具備專業的工程力學知識體系，設計人員的水平一般，只會套用相關標準圖。相關校對審核的制度也沒有完全按照要求實施，很多設計人員將復核的權力交給了審圖或者專家會審，這樣很容易讓不合理的設計方案得到通過。通過大量的工程經驗，我們發現很多港區橋梁工程整體性差，建模的不合理造成了橋梁工程局部受力超限，工程材料的設計指標設計不科學，導致結構橫截面強度不夠等現象。設計單位應重視橋梁專業的建設，提高橋梁設計人員的整體素質。

3.港區橋梁荷載標準

3.1主要的幾種荷載標準介紹

目前，港區橋梁荷載可參照的標準有兩種：分別是以交通部為主體頒布的公路橋梁荷載標準體系和以建設部為主體頒布的城市橋梁荷載標準體系。公路橋梁荷載標準體系規定汽車荷載分為公路一級荷載和公路二級，它是由車道荷載和車輛荷載組成。橋梁結構的整體作用計算時采用車道荷載；橋梁結構局部加載（包括涵洞、橋臺和擋土墻等）采用車輛荷載。車道荷載和車輛荷載不應疊加計算。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：計算跨徑L0≤5m,PK=180KN,L0≥50m,PK=360KN,5<L0<50m,PK值采用線性內插求得。車道荷載中的公路二級按公路一級的0.75倍取用。公路一級車輛荷載的具體布置見圖1（荷載為KN，長度為m）。城市橋梁荷載標準中車道荷載與公路橋梁荷載標準基本相同，但在車輛荷載上有比較大的差別，城-A級車輛荷載的具體布置見圖2。從以上分析可以總結出：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、荷載效應值、折減系數等的取值上面均有差別。

3.2差別的原因分析及建議

兩種標準產生差別的主要原因有以下幾點：（1）兩種標準編制的主體不一樣，公路橋梁荷載標準是以交通部為主體負責編制的，城市橋梁荷載標準體系是以住建部牽頭負責編制的,兩個部門在編制規范時未進行充分的溝通和協調；（2）公路橋梁密集程度低，車間距大，車輛發生擁堵的概率小，而城市橋梁密集度較高，車間距小，發生擁堵的概率也大。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，荷載沖擊效應大，城市橋梁車輛通行速度慢，車輛沖擊效應小；（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總結大量交通量調查和統計，利用數理統計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分析和必選其他各國規范中的較為成熟的規定并結合我國實際情況得出的結論。《港口工程荷載規范》(JTS144—1—2010)對橋梁荷載取值主要參考的是公路橋梁荷載，考慮港區橋梁的特殊性，建議在設計時選取公路橋梁荷載規范和市政橋梁荷載中的較大值。

4.港區橋梁的耐久性

港區橋梁在使用過程中，應該綜合考慮各種不利條件的負面影響。

4.1海岸環境的影響

大部分港區橋梁處于海岸環境，海水和普通淡水有著巨大的差別，它是一種腐蝕性很強的液體。海水中含有大量的腐蝕性物質，如鈉離子、氯離子、硫酸根離子等。它們作用于混凝土結構上，嚴重影響了混凝土的耐久性。海水中硫酸鹽甚至會在混凝土內產生結晶，晶體生長將混凝土脹裂，使得鋼筋暴露在外，鋼筋一旦失去了混凝土的保護，就會迅速腐蝕從而影響了整個結構的承載力。此外海邊環境干濕交替、高溫對混凝土的耐久性也有著不利影響。對于海岸環境的混凝土構件，樁基、橋墩等混凝土保護層厚度要比非海岸環境增加2-4cm，并且在混凝土保護層中增加一層防裂鋼筋網。此外在混凝土中還應另外添加亞硝酸鹽、有機胺等阻銹劑來防止鋼筋生銹。

4.2重視超載對耐久性的影響

超載運輸會對橋梁造成嚴重的損害，據有關試驗研究表明，汽車荷載增加1倍，對橋梁受損的影響將超過16倍。即每座橋每天超載過車100次，相當于實際過車1600次超載現象會導致橋梁的疲勞損傷，超載導致的結構內部損傷無法修復，進而造成橋梁安全與耐久性下降，嚴重會導致橋梁結構的損毀。據不完全統計，從2000年至今，由非地震因素導致的橋梁垮塌事故多達近100起，由于車輛超載引發的垮塌事故占比約30%，在設計階段應該充分考慮各種不同荷載的組合，特別是對偏載超載的計算應適當增大安全儲備。從橋梁設計的角度考慮，如果僅僅依靠人為提高荷載標準來預防超載，考慮到造價的影響，并不適合大面積推廣，我們可以通過改變橋梁跨徑組合來減小超載帶來的影響，對于超載嚴重的港區建議在初步設計時盡量選取簡支小跨度梁。從運營的角度考慮，可以通過對超載車輛的限制，按照荷載大小對車輛進出進行收費。同時采取措施限制車速，從而可以減小超載車輛對橋梁的沖擊力。

5.結語

港區橋梁由于其所處環境的復雜性、服務對象的特殊性，對港區橋梁提出了與其他橋梁不一樣的要求，設計人員應充分考慮這些特性來保證港區橋梁的正常使用。

參考文獻：

[1]JTGD60-2015,公路橋涵通用設計規范.

[2]CJJ11-2011,城市橋梁設計規范.

[3]JTS144—1—2010,港口工程荷載規范.

作者：楊懷偉 郝俊宇 單位： 中交四航局港灣工程設計院有限公司