摘要： 橋梁是鐵路、公路或城市道路的重要組成部分，特別是大、中橋梁的建設對當地政治、經濟、國防等都具有重要意義。因此，公路橋梁應根據所在公路的作用、性質和將來發展的需要，除應符合技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理的要求外，還應按照美觀和有利環保的原則進行設計，並考慮因地制宜、就地取材、便於施工和養護等因素。
國內現行規範對橋梁設計提出的要求是適用、經濟、安全、美觀，這些要求基本上含了人們關心的所有重要問題。
現在城市橋梁的設計過程按承載能力和正常使用兩種極限狀態來進行。前者是控制結構在喪失服務能力臨界狀態時的承載能力、設計的基本原則是要求荷載效應不利組合的設計值，必須小於或等於結構抗力的設計值。利用荷載安全係數、材料安全係數及工作條件係數來考慮不確定因素作用下的結構總體的安全儲備，是乙個半概率的極限狀態設計法。
可以認為是對安全性要求的保證。後者控制結構在正常使用狀態時應力、裂縫和變形小於一定的限值，對應於適用性的要求。
國內的結構設計過程中，有這樣的傾向：設計中考慮強度多而考慮耐久性少；重視強度極限狀態而不重視使用極限狀態，而結構在整個生命週期中最重要的卻恰恰是使用時的效能表現；重視結構的建造而不重視結構的維護。實際上，目前的橋梁設計中，對於耐久性更多的只是作為一種概念受到關注，既沒有明確提出使用年限的要求，也沒有進行專門的耐久性設計（從材料、結構措施及設計程式上上保證耐久性，並明確宣告在何種維護和使用條件下，橋梁具有哪種程度的耐久性）。
這些傾向在一定程度上導致了當前工程事故頻發、結構使用效能差、使用壽命短的不良後果；也與國際結構工程界日益重視耐久性、安全性、適用性的趨勢相違背；也不符合結構動態和綜合經濟性（考慮結構建設、使用、維護等整個週期的費用）的要求。
橋梁安全性、耐久性差的主要原因
1）施工和管理水平低
國內外多座橋梁的突然破壞與倒塌，已使工程界對橋梁安全性問題倍加關注。一般的看法認為當前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導致。對於短期內發生的諸如突然破壞與倒塌，多是由於施工質量沒有達到規範和設計要求，典型的問題包括材料強度不足和施工工藝不合格等；也有個別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴重的管理問題，更是對橋梁安全造成致命的損害。
而大量的橋梁在遠沒有達到預期使用壽命時，出現了影響正常使用的病害與劣化；特別是一些橋梁在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現嚴重的耐久性不足的問題，這也與施工質量低下有重要關係，典型的問題有鋼筋保護層不足及目前廣泛存在於施工現場的嚴重的構件開裂問題（主要原因包括：水泥選用、混凝土配合比、振搗、養護不當及預應力施加不合理等）。
節段橋梁施工技術具有對環境交通影響小、對施工的地理位置要求低、施工工期短等優點，可基本實現無支架化施工，不影響現有交通，特別適合於對環境要求極高的城市橋梁的施工。
1 節段橋梁預製拼裝法
首先，可以大幅度的縮短工期。與現澆箱梁相比，在進行下部結構施工的同時即可進行節段的預製。
其次，減小對環境的影響。節段拼裝時占用的地面道路較少，施工過程中對地面交通與行人的干擾也較小，特別適合城市範圍內的高架橋梁施工，除採取必要的安全措施外，可保持原有的交通執行，提高了文明施工程度。
再次，節段預製拼裝工藝可保證橋梁的線型美觀。由於預製時採用密貼鑲合匹配澆築法，而且整根梁的每個節段由同一套模板澆築而成，保證了梁體的線型一致。
節段預製拼裝工藝目前還存在一些侷限性，減少這些侷限因素應是今是改進和提高的目標。
裝置一次性投入大。施工中涉及的主要裝置包括預製模板、小平車、架橋機等，工廠化的預製模板包括能夠自動脫模的內、側模和自動找平的底模，這些都需要由專業的製造工廠進行設計、製造。
另外，通用性較差。在節段預製拼裝施工中，模板系統和架橋機是一筆極大的投資，只有達到一定的工程量，才能達到一次攤銷的目的。因為，每套模板是針對本次施工節段的長度和橫斷面，如果在以後的施工中運用該項工藝，就需對模板和架橋機進行重新改造。
其次，架橋機對縱坡、線性都有一定的限制條件，當橋梁的設計引數不滿足要求時，將不能採用此項施工工藝。
2 節段橋梁懸拼拼裝法
節段橋梁的施工方法很多，但就城市橋梁而言，懸臂拼裝法是具競爭力的方案，即主梁在預製場地分段預製，留好預應力孔道，下部結構施工完成後，把梁段運到工地拼裝，同時張拉所需的鋼束。整個過程的結構體系為先是懸臂結構，合龍後形成連續體系。節段橋梁的分段長度可根據結構的受力要求及施工機具靈活劃分。
設計方面，可採用高標號混凝土，預應力體系可多種多樣，計算機的使用已使橋梁的結構分析及撓度控制十分簡便。與滿堂支架法相比，結構由簡支到連續，存在結構體系轉換問題，預應力及徐變引起的次內力已不容忽視。鋼束既可布置在腹板內，也可布置在頂底板內，結構自重大大降低，跨越能力增強。
施工方面，可以節省大量的支架、型鋼和模板，混凝土質量可以得到保證。對城市橋梁而言，不必用掛籃進行張拉鋼束等作業，只需簡單的移動支架即可。節段的預製可與下部構造同時進行，一方面大大加快了施工進度，另一方面可減少徐變帶來的負面影響，充分發揮力筋的高強效能。
節段的安裝可充分利用機械化裝置，安排在車流量較小的時段進行，對交通影響較小。
但是，節段式橋梁的技術要求較高，影響結構的因素較多，施工控制也很嚴格，對小跨度橋梁由於樑高較低，無工作面張拉連續力筋，不適宜採用節段橋梁。
不同的環境和使用條件、不同的設計物件都會對結構體系提出不同的布局和構造等方面的要求。規範再詳細也不能包羅本應由設計人員解決的各種問題、規範更新得再快也適應不了新認識、新技術、新材料快速發展對結構提出的各種新的要求。因此，合理可靠的結構設計除了滿足規範的要求外，還要求設計人員具有對結構本性的正確認識、豐富的經驗和準確的判斷。
1）應該更加重視結構的耐久性問題
橋梁在建造和使用過程中，一定會受到環境、有害化學物質的侵蝕，並要承受車輛、風、**、疲勞、超載、人為因素等外來作用，同時橋梁所採用材料的自身效能也會不斷退化，從而導致結構各部分不同程度的損傷和劣化。在大跨橋梁領域，國內從上世紀80年代以來，修建了大量的斜拉橋；雖然迄今為止出現倒塌或嚴重損害的例子很少，但已經有多座橋梁因為拉索的耐久性問題而不得不提前換索，既影響了使用又增大了經濟損失。
需要指出的是，很多這類問題與沒有進行合理的耐久性設計有關，這也促使人們重新認識橋梁的耐久性問題。大量的病害例項也證明，除了施工和材料方面的原因，影響結構耐久性的決定性因素是來自構造上（也即設計上）的缺陷。
2）重視對疲勞損傷的研究
橋梁結構所承受的車輛荷載和風荷載都是動荷載，會在結構內產生迴圈變化的應力，不但會引起結構的振動，還會引起結構的累積疲勞損傷。 由於橋梁所採用的材料並非是均勻和連續的，實際上存在許多微小的缺陷，在迴圈荷載作用下，這些微缺陷會逐漸發展、合併形成損傷，並逐步在材料中形成巨集觀裂紋。如果巨集觀裂紋不得到有效控制，極有可能會引起材料、結構的脆性斷裂。
早期疲勞損傷往往不易被檢測到，但其帶來的後果往往是災難性的。
疲勞損傷過去一直被認為是鋼橋設計中的核心問題，由鋼結構疲勞引起的鋼材開裂案例較多，亦有不少因疲勞斷裂引起橋梁垮塌的例子。近20年來，疲勞損傷的研究已進入混凝土結構，但對於使用期受腐蝕的鋼筋混凝土構件的動態效能和疲勞效能的研究還需加強。
對疲勞損傷的研究不僅僅指對整個結構而言，事實上橋梁結構常常由於某些關鍵部位的區域性疲勞失效而導致整個結構的失效，例如斜拉橋拉索錨固端的疲勞損害。
3）充分重視橋梁的超載問題汽車超載主要有三種情況：其一是早期修建的老橋超齡負載運營；其二是橋梁通行的車流量超過原設計；另一種是車輛違規超載。前兩種產生的原因主要是設計荷載的變化和交通量的增加；後者是車輛使用者違法超載營運，後兩種超載現象在我國公路運輸中較為普遍。
橋梁的超載一方面可能引發疲勞問題。超載會使橋梁疲勞應力幅度加大、損傷加劇，甚至會出現一些超載引發的結構破壞事故。另一方面，由於超載造成的橋梁內部損傷不能恢復，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態發生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。
例如，混凝土橋梁一直被認為具有足夠的耐久性，但在汽車超載作用下，可能發生開裂；裂縫即使在荷載卸除後能夠閉合，但由於混凝土結構內部已經受到損傷，構件的開裂彎距降低、剛度下降；於是在正常使用荷載作用下，本來不該開裂的結構產生裂縫或本來較小的裂縫成為超出規範允許的裂縫或產生較大的變形。這些都會對結構長期的使用效能和耐久性產生不利的影響，因此除了交管部門要加強管理外，也需要對超載帶來的後果進行研究、分析。
橋梁引道產生不均勻沉降,導致橋頭產生跳車現象,在公路建設中是乙個比較普遍的問題。對於高等級公路,橋頭引道不均勻沉降量2cm以上就感覺到跳車,5cm以上就會感覺到嚴重跳車,此時會引起交通安全問題。也就是說,預防和治理橋梁引道不均勻沉降對高等級公路具有較高的要求,成為高等級公路建設的乙個不可忽視的問題。
1 從思想上足夠重視解決橋梁引道不均勻沉陷現象
在高等級公路的建設中,為了防止或減輕橋梁引道不均勻沉降量,避免橋頭跳車現象,設計與施工必須從思想、技術和施工管理手段充分重視路基路面的設計和施工質量,認真做好路基沉降的預防工程,減少因設計和施工方面的原因而加重橋頭跳車的現象。
2 設計必須考慮橋頭路堤因工後沉降引發的縱坡變化值標準
橋台與路堤之間存在著不均勻沉陷,造成橋頭路段縱坡變化,導致縱坡不順暢及其構造物的附加變形,產生橋頭跳車現象,必須制定相應對策和處治技術標準。交通部「七五」科技攻關專案「軟基綜合處理課題」指出,若由沉降引起的縱坡變化值不超過2‰,則駕駛員按120kmph速度行駛時未感覺有橋頭跳車現象。國外也有設計規範規定了由沉降引起的縱坡變化值不大於4‰的要求。
縱坡變化值標準的高低直接涉及到軟基處理費用,在設計中必須充分考慮技術和經濟性,選擇合適的技術標準。
3 加強橋台軟基處治的研究
如果在橋台樁基成樁之前未對軟土地基處理,則橋台樁基施工完成後,樁側軟弱土層受到橋頭填土路堤豎向荷載的作用,使軟弱土層的壓縮下沉量大於樁的豎向位移值時,包括樁身壓縮在樁底下沉位移,此時壓縮土層將對樁產生向下的負摩擦力,從而增大樁所承受的軸向荷載。與此同時,當土層中地下水位下降引起地面下沉以及土層的壓縮下沉大於樁身的下沉速度時,也會對樁產生負摩擦力,增大樁所承受的軸向荷載。因此,必須認真對待橋台軟土地基問題,加強研究其對路基路面工程的影響程度,尋找解決橋頭跳車現象的軟土地基處治方法。
分析國內高速公路軟土地基處治大多採用排水固結法,仍然存在軟基路堤不均勻沉陷,橋頭產生跳車現象,除軟基路堤設計與施工細節欠妥之外,乙個主要原因是未能保證充分的軟基排水固結時間,往往在沉降尚未穩定的情況下就進行路面施工。因此,為了保證軟基路段的施工質量,消除或減輕軟基路堤不均勻沉降的現象,必須採取下述措施:
(1)盡可能地提前軟土地基路段的施工時間,尤其是橋台地段的施工時間,爭取更長的預壓時間,以減少軟基工後沉降量。
(2)根據軟土的地質條件、土層性質和路堤填築高度,一般路段採用袋裝砂井或塑料排水板處理,採用不同的施打長度和施打密度,其間距在鄰近橋頭路段附近適當加密;在橋台處設定攪拌樁過渡段,並在攪拌樁過渡段末端與袋裝砂井或塑料排水板加密區交接處設定土工織物砂墊層,以協調制形。
4 提高軟基路堤的強度和穩定性,減少路堤和路面結構層的沉降
針對目前高等級公路軟土地基處理較多採用排水固結法,結合橋梁引道存在不均勻沉降而引起橋頭跳車現象,從提高軟基路堤的強度和穩定性、減少軟基路堤工後沉降的角度出發,設計階段和施工過程必須解決好下述若干問題。
(1)在設計階段,要盡可能考慮設定橋頭搭板,在搭板與橋台連線處作構造處理,若有可能可將橋台處的伸縮縫移到橋墩上,使上部構造的橋面連續擴大到搭板內,減少橋台處的變形因素。同時,認真分析橋台地基土層情況,確定如何使橋台填土路堤更為密實的方法。鄰接搭板的路堤一定長度內,路基採用水泥穩定碎石層處理,並設定一層鋼筋網,使路基剛度逐漸過渡。
設定橋涵構造物應允分考慮臺背填方路基的地質情況、填方高度、路堤長度、填料**及路堤沉降等問題,選擇恰當的橋涵位置、跨徑及橋台後部防護工程,盡量避免大河面小跨徑橋涵。設計單位應嚴格執行現行的公路工程技術標準、規範和相關的規定要求;對橋頭跳車的部位進行詳細設計,提出施工指導意見;並且認真詳細地進行設計交底。
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