桥梁使用寿命100年论证 杭州湾跨海大桥工程指挥部 冯永明 315000 摘要:本文通过对工程存在的历史总结,从钱塘江大桥占当时国民财政收入比重,高速铁路更新而废弃原有线路,用新技术、时代财力变迁说明不需要特别长寿命的桥梁。较短桥梁寿命以减低投资,用于更广泛的急需投资项目。 关键词:桥梁 寿命 淘汰 依据 100年 出于责任、政治、公共形象、从众等原因,在当前的公用基础工程建设中,政府和项目建设单位为了表示对人民负责,对工程质量负责,普遍提出百年寿命大桥、工程。如杭州湾跨海大桥、东海大桥等使用寿命100年。新建的港珠澳大桥甚至提出120年使用寿命。 对于其它一些机械、电器等产品出厂时寿命普遍有说明,如空调、冰箱、机械设备。普遍通过拆旧、维护成本等经济分析确定合理寿命。 对于如何达到100年寿命工程措施,总有严密论证,但为什么要100年寿命,却没有任何论证。大桥和工程使用寿命延长到100年及以上是不是科学呢? 我下面分析主要讨论100年寿命科学性。提出100年寿命,必须在建设的时候采取工程措施,增加投资。如桥梁建设时采用耐久混凝土,增加钢材厚度,采取钢材防腐措施、可更换支座等等。并且在使用过程中采取相应的养护措施,如阴极保护更新,电流保护,表面涂装。所以100年寿命是用各期投资取得的,这个投资是否合理,可以用一系列的方法来分析。同时各项工程具体设计寿命,应该增加寿命可行性分析。 以下分别从技术更新、养护成本、历史经验等多方面说明,100年使用寿命桥梁并无科学论证为依据。 1、技术更新造成自然淘汰 下面的图片有三座铁路桥梁,她们的历史如下: 浙赣铁路1926年建成,抗战时破坏。1935年开始逐段修复,至37年12月才全线修复通车。单线浙赣铁路浦阳江大桥1937年~1991年老桥使用寿命55年。 我在1990年参加了浙赣铁路浦阳江大桥施工,铁路桥双线32+128钢梁,用于替换原来浙赣铁路单线老桥,新桥位于老桥下游约50m。1991年~2006年双线桥使用寿命15年。 2006年浙赣铁路电气化改造新线70%新建,原双线铁路32+128m桥就荒废了。 目前客运专线建设速度200~350公里/小时,电气化改造铁路200公里/小时,我个人估计,50年以后的铁路速度会更高,以上提到的新建铁路线路又会淘汰。超过50年以上的铁路寿命就没多大意义。 如杭州湾跨海大桥设计行车速度100公里/小时。如果汽车工业发展后更加智能化、速度标准提高到限速200公里/小时。那么现在大桥的坡度、曲线就不能满足要求成为废桥或部分改建利用。 满足当代人,当前30~50年需要为主,应该是铁路、公路交通类工程的合理建议。 长寿命的老桥梁到现在显得标准较低,不能很好满足时代的要求。如南京长江大桥,铁路设计时速、通航标准都无法满足目前的高速、净空方面更要求,这样的寿命,是低质量的寿命。新工程标准更高,如南京长江大桥跨度,通航高度等标准较低,如寿命提前结束,有利于航道条件改善。新南京大胜关铁路桥可满足高速铁路要求。 目前衣服的寿命是因为过时而不是破烂;汽车的寿命同样是因为过时和不可靠。电器寿命是因为更新的更好产品而淘汰老产品。同样如房子因为功能和景观不能满足要求而拆除。桥梁类工程因为功能和景观不能满足要求而淘汰。桥梁会因宽度、承载力、坡度、通航、景观等不能满足时代要求而淘汰。总之淘汰的原因在历史长河中很多,如文革烧坏寺庙(这些寿命古人希望上千年),城市利用土地等。 2、历史变迁速度加快 目前是历史变迁速度最快的时期,是交通工具速度正从100公里/小时向500到1000公里/小时变化时代。如果大量的基础设施只是满足当前的速度100公里/小时,但寿命确是延长到500或1000公里/小时时代,这种寿命是无用的寿命。前面提到的浙赣铁路桥是这种例子的典型。如果我们现在就造适用于50年后的工程,成本很高,但不知道是否适合于50年后使用。 3、历史证明 今天我们认识从道路、桥梁、房屋、水利设施有多少是历史的遗产呢?比例非常少,如果没有她们,我们新建也是易如反掌。历史留给我们一些古塔、运河、寺庙等,文物价值很高,但实用价值占我们生活比例很低了。在农村,古人留下的房舍、桥梁作用还较大。这是因为前一段时间历史发展速度较慢,在以后新阶段,由于发展速度加快,古人留下给我们实用的基础设施将变得很少。请读者逐个数一下60年前留下工程,实用的有多少呢。 4、科学凭据不足 钢筋混凝土桥梁的寿命,按混凝土氯离子渗透,导致钢筋锈蚀工程破坏理论计算,其中氯离子渗透是假设混凝土均匀无裂缝情况下的渗透速度。实际海工混凝土裂纹即使在最好环境预制和养护,钢筋最多、保护层最小的预应力梁上都如蛛网分布(混凝土桥面铺装喷砂时可以发现),更别提钢筋少、保护层厚的墩身、承台等易开裂处及施工缝等处了。所以按连续均匀的混凝土来测算海工混凝土的使用寿命,与实际有裂纹工况不符合。尽管国内外都如此推测,但本人根据实际观察,认为目前理论与实际不符,钢筋混凝土不能达到设计寿命。 桥梁结构中钢结构的寿命根据腐蚀速度计算是可靠的。 5、阻碍新技术的应用 钱塘江大桥结构使用木桩基础、气压沉箱、钢梁等。今天钱塘江铁路四线新桥采用钻孔桩,吊箱承台、混凝土箱梁(养护量小)。目前我们采用的桥梁设计方案,我想50年或70年以后由于新材料、新设备使用,也会不一样。如果工程寿命太长,会阻碍新技术的发展。就如现在汽车利益集团对待电动汽车一样。 6、财政收入增加工程更轻松 钱塘江大桥(单线双层公铁)1937年9月26日建成通车,目前还通车使用,72年寿命。 大桥全部经费估计约需当时银元五百一十万元(后来完工后的决算是五百四十万元,合那时美金一百六十三万元)。1935年国民财政总计收入:95715万元;钱塘江桥占全国财政收入540/95715x100/100=0.56% 钱江铁路新桥四线13.1亿元,2008年全国财政收入6.13万亿。钱塘江铁路新桥占全国财政收入0.02% 占财政收入比的比值:1935年/2008年=0.56%/0.02%=28倍。(3.6x28=100) 意味着当年钱塘江大桥如果增加3.6%费用,就相当于现在可以新造一座钱江铁路四线新桥。(尽管二座桥结构完全不同,只能大概认为造价差不多而进行比较)所以增加投资延长工程寿命在国家经济起步阶段非常不合适。在国家经济起步阶段,资金短缺,有限的资金主要满足当前需要,发挥更大作用。我们不要为富裕的后代吃苦。 今后,我们的国民收入将持续增加,同一项工程占当年财政收入的比例将继续下降,人民感觉负担更低。 以杭州湾跨海大桥为例,30年后车流量饱和,按饱和车流量90,000x80=720万,年收入26.2亿元,6年收入157.7亿元。意味自我更新能力是6年。 7、另外寿命延长后养护成本很高,可靠性不高。美国2007年明尼苏达桥梁垮塌说明桥梁后期可靠性下降。出事大桥建于1967年,为钢梁混凝土结构拱桥。到垮塌时,使用寿命是40年。 目前研究建立了考虑折现率的桥梁工程全寿命周期成本计算模型,研发了桥梁工程全寿命周期成本计算参数数据库和分析软件。这是在桥梁完全满足时代(使用寿命如100年等)要求情况下才成立。例如桥梁设计寿命100年,当使用60年时就拆除了,以满足前60年为投资基数。为达到60~100年期间使用寿命的所有额外投资就损失了。 8、资金时间价值分析 下表为资金第1年初现值为1时,各年终值 6% 10% 12% 50年 18 117 289 60年 33 304 70年 59 789 80年 106 2048 90年 190 5313 100年 339 13780 83522 120年 1088 92709 805680 从表可以看得出,目前的1亿元按10%年息计算,60年时价值304亿元。所以要用经济方案比选来确定工程寿命。如果为满足额外的使用寿命增加的投资很多,在内部收益很高的项目,终值显示非常巨大,促使我们减少投资,慎重考虑使用设计寿命。 9、就业机会 尽管桥梁寿命长,最后几十年养护工作量大,但总不如新建工程提供就业机会多。新建工程具有及时拉动内需功能,如美国2009年度也提出新建基础设施来拉动经济繁荣。一些不能很好满足时代要求的桥梁,在特殊政治经济背景下,如拉动内需可以考虑提早拆除。 10、给后代要有更多工程实践 只有通过新建工程,才能始终保持一定工程建设能力。目前美国旧金山海湾新桥钢梁由中国某厂(振华港机)制造,要从中国进口钢梁,这是因为美国桥梁厂家因无业务停产的结果。如果始终保持一定的更新能力,就要求加快桥梁更新速度,这样就不要很长的寿命了。保持一定桥梁建设能力,应该是国家战略要求。美国桥梁公司在旧金山--奥克兰海湾新桥建设速度,堪称慢,一方面可能是原受地震影响桥梁还能继续使用,另一方面可能也是为维持建设力量。 11、工程建设能力更强 如1975年购买自行车,平均要工作约170天(月工资30元),现在(2009年)平均工作5天(月工资1500元)。如果当年为了买更耐久自行车多花5元,相当于今天可以买1辆新车。 同样,以前打桩船一般施工能力是1~2根/天,现在是15根/日。 由于桥梁建设设备更好、人员更有经验、组织管理科学、社会支持力量完善(配套能力如钢梁制造、吊机等)。桥梁建设速度不断加快,如南京长江大桥工期9年,南京长江第二大桥总工期3.5年,到南京长江第三大桥总工期缩短到仅26个月。所以今后桥梁更新时速度快、经济(体现在用工少)。 12、日积月累损伤积累 船撞、超载、撞击等日积月累的损伤,会给大桥留下隐患,一旦积累到一定程度,可能会导致工程失效。武汉长江大桥、南京长江大桥已多次受到撞击,有的损伤修好了,有的内在损伤可能有遗留。还有疲劳、锈蚀、冲刷、河道变迁等,大桥的可靠性在不断下降,与原设计不断产生偏离。 由于目前全寿命成本研究以确定的100年(或其它寿命)来计算工程寿命内的全部成本;并未对100年寿命的合理性提出研究。所以建议,在全寿命成本研究前,首先要进行合理寿命的研究。由于工程寿命的普遍性,不光桥梁,应该是所有工程和其它类似的项目都需要研究合理寿命,桥梁可以作为一个分支进行研究,并采用其它工程项目普遍研究的成果。所以建议由发改委这样的机构,来做这样一个研究课题。
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