中交第四航务工程勘察设计院有限公司 广东省广州市 510000
摘要：在我国基础设施建设不断推进的大背景下，近年来，越来越多的跨海大桥建成通车，这对于我国交通事业的进一步发展无疑起着重要作用，不仅方便了人们的出行，同时也推动了社会经济的发展。但由于近海地区的环境因素较为复杂，桥梁所处的环境条件恶劣，结构耐久性是需要重点考虑的问题。因此，我们要根据海洋环境的实际情况，进行科学合理的桥梁结构安全性和耐久性设计。
关键词：海洋环境；桥梁结构；安全性和耐久性
引言
在社会经济快速发展的同时，桥梁项目建设数量日益增多。尤其是近些年，我国很多地区桥梁项目建设水平有了很大的提高，地区经济发展与文化交流也取得了显著成效。虽然我国桥梁项目建设速度快，但项目安全与耐久性设计依然不够完善，且其中存在的一些问题造成了严重的后果。有时，桥梁项目最初设计会引起此类问题，此种情况下要重视桥梁项目设计的安全性与耐久性，这对桥梁项目整体施工质量的提高具有非常重要的意义。
1桥梁结构安全性和耐久性影响因素
1.1截面的抗裂能力
确定结构的抗裂性是桥梁施工设计阶段的内容，具体的实施需要根据不同等级的结构开展，主要是预应力混凝土受弯构件有部分和全部预应力两种构件。截面的抗裂能力影响有以下两点内容：一是全预应力的混凝土构件在短期效应组合中不能有正截面拉应力出现；二是部分预应力有正截面拉应力产生时必须限制应力值。一般来说桥梁的施工距离跨度比较大，结构复杂且每一步都十分关键，要想有效保障耐久性，就要根据全应力构件实施设计。
1.2预应力的损失
桥梁安全性与耐久性的关键影响因素之一就是预应力，而造成预应力损失的主要因素如下：（1）预应力钢筋与管道之间的摩擦问题；（2）不同台座之间的温度差、应力松弛度的影响；（3）建造使用锚具的变形、接缝压缩或者钢筋的回缩影响；（4）所使用的混凝土弹性压缩问题与收缩徐变等。这些是桥梁安全性与耐久性设计所需要重点考虑的问题，预应力的整体良好性是确保安全性与耐久性的重点。
1.3结构挠度与各项安全指标
承载的负荷是预应力混凝土结构挠度产生的原因，主要是在设计内部预应力时要考虑两种作用综合。桥梁的设计有时需要考虑整体呈现方式的美观性，而这就会对桥梁最终的安全性与耐久性带来限制，尤其是在施工建设时期，预应力混凝土本身就会出现多数向上反拱的情况，但为了后期美观会选择进行美化处理，从而造成了厚度的降低，最终影响桥梁的安全性和耐久性。
2海洋环境桥梁工程概况
我国很多南方沿海城市的桥梁建设条件复杂，大部分处于陆域或近海滩涂区，甚至有些是吹填陆地。陆域地形平缓，场地表层为人工填土及堆积物，土质不均。同时，由于处于沿海地区，降水量较多，夏季炎热，受台风影响多，这些自然因素对于工程设计的安全性和耐久性都造成了不同程度的影响，均需要严加防范。
3海洋环境下桥梁结构安全性和耐久性设计策略
3.1桩基设计
桩基设计是整个桥梁工程施工的基础，直接关系着桥梁的施工进度和施工质量。海中钻孔灌注桩，一般处于水下区，环境作用等级为III-D级，少数桩基处于潮差区，在落潮时会露出海面，夏季炎热气候条件下环境作用等级达到III-F级。为确保桩基安全耐久，设计时适当增大了钢筋保护层厚度，并采用掺合料提高混凝土的密实度，降低氯离子的扩散能力。同时，保留桩基永久钢护筒作为钻孔灌注桩的防腐屏障。
3.2桥墩设计
海水中的桥墩处于非常严重的腐蚀环境中，通常也是海洋环境下桥梁腐蚀最为严重的结构部位。设计时，除了增加了墩柱的保护层厚度外，还对墩柱水位变动区部位涂刷了防腐涂层。并结合国内工程施工经验，采用透水模板布改善墩柱外观质量，增强混凝土表面致密性，提供混凝土结构的抗渗性能。
3.3箱梁设计
箱梁属于上部结构，为降低自重，钢筋保护层厚度不宜太厚，在炎热气温下裂缝控制难度较大，仅使用海工高性能混凝土无法满足耐久性设计要求，必须同时采用其他防腐措施。设计时，考虑预制箱梁在预制厂涂刷一次防腐涂层，现浇箱梁拆模后涂刷一次防腐涂层。同时考虑到预应力结构的长期使用安全，预应力管道后灌浆采用海工专用预应力管道灌浆材料。钢箱梁根据情况选用喷涂环氧富锌底漆或冷喷锌的防腐措施。
3.4抗疲劳损伤设计
桥梁施工后需要吸收的动态负载量过大，不可避免地会产生疲劳损伤。当前大部分桥梁工程选用混凝土、钢材等材料，这些材料具有不规则连续性，易产生裂缝，项目如若未能及时处理检测，则会影响其安全性。因此，在设计时需要求设计人员对工程疲劳参数认真进行计算与验证，多方位模拟混凝土的抗压性、抗侵蚀性，以多角度试验考察获得的混凝土质量比，通过冲击试验，确定常温下钢材存在脆性，所以，为保证桥梁安全，选择低系数、低韧性材料，为结构安全性提供支撑。在材料选择中，选用高性能钢，其结构具备良好的耐蚀性与可焊性，使用环氧树脂将钢筋与钢绞线包覆，避免钢筋腐蚀；混凝土选用高性能混凝土，在路面上选用环氧沥青混凝土，以增强该工程路面耐磨性、强度及密实度。在此过程中，应严格根据国家规范展开设计，避免出现成本控制与设计要求不符的情况。
3.5抗震结构设计
在设计中，抗震设计是很重要的部分，需通过创建有限元模型进行抗震分析。在应用过程中，利用midas civil或SAP2000等有限元分析软件构建几何模型，输入桥梁材料属性、截面属性、单元属性及反应谱等，通过动力特性分析、时程分析、反应谱分析的计算模式，输出该桥梁设计中的地震响应、滞回曲线等。按照地震要求进行桥梁结构计算，以此对其他部分进行抗震分析，保证其符合抗震要求。通过此种方法可提高建筑抗震特性，改变其结构自然振动周期，以免发生地震后产生共振，且利用地震结构特点，以螺旋标准的扭转尺寸及整体稳定性设计桥梁抗震结构。另外，在设计时，设计人员应根据抗震规范采取防落梁措施，合理确定帽梁尺寸，设置防震挡块，加强各片梁之间横向连接，提高上部结构的整体性。在伸缩缝处梁端、挡块内侧设置减震橡胶缓冲块。在桩基设计中，进一步增加桩基长度，使得大部分桩基穿过液化的土层，桩端嵌入到下层基岩中，确保桩基安全稳定。
3.6提高载荷能力
在桥梁工程中，荷载能力对其耐久性、安全性具有较大影响。桥梁普遍存在超载情况，外部压力过大，超过桥梁承载力，则会引发质量问题，进而导致耐久性与安全性降低。因此，在该工程设计中，应当提高桥梁承载力，在了解车辆通行量的基础上，通过限重、限高方式应对超载情况，以免造成桥面损伤。并且设置专用公交车道，分散路面压力。
结语
桥梁工程是我国重要的交通基础设施，在交通运输和经济社会发展中都起着不可或缺的作用。为了提高桥梁工程的安全性和耐久性，避免出现不必要的问题，相关设计单位必须做到防患于未然，在桥梁设计之前，分析可能存在的安全隐患，并采取针对性的措施，将问题消灭在萌芽状态，以确保桥梁工程的安全性和使用寿命。
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