有關(guān)橋梁工程的決策應(yīng)以整個(gè)工程壽命期為時(shí)間域，涵蓋規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)、維修、加固、報(bào)廢和拆除全過程，采取適宜的理論、方法和技術(shù)措施，使橋梁既要滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求，又要滿足設(shè)計(jì)使用年內(nèi)限正常使用功能和養(yǎng)護(hù)維修的需求。換而言之，就是既要滿足安全性和適用性的要求，又要滿足耐久性和經(jīng)濟(jì)性的需求。公路交通在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中占據(jù)著重要位置，所以，保障橋梁服役年限和降低維護(hù)成本已成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的重要課題。

    據(jù)美國(guó)統(tǒng)計(jì)和估算，公路混凝土橋梁和鋼結(jié)構(gòu)橋梁檢測(cè)費(fèi)用分別為初始投資的0.15%和0.2%，鋼結(jié)構(gòu)橋梁表面防腐涂裝費(fèi)用為初建費(fèi)用的7%。按照混凝土大修時(shí)間頻率40年、鋼結(jié)構(gòu)橋梁大修時(shí)間頻率35年和交通流量增長(zhǎng)率為0.75%為測(cè)算依據(jù)，混凝土和鋼結(jié)構(gòu)橋梁維修費(fèi)用分別為初建費(fèi)用20%和22%。當(dāng)混凝土橋梁和鋼結(jié)構(gòu)橋梁服役期滿或失效，且拆除費(fèi)用為初建費(fèi)用的10%，鋼結(jié)構(gòu)橋梁殘值為初建費(fèi)用的2%，混凝土橋梁沒有殘值（葉文亞，李國(guó)平，范立礎(chǔ)，2006）。如果再考慮用戶費(fèi)用（橋梁維護(hù)所導(dǎo)致的交通中斷或受阻而產(chǎn)生的各種費(fèi)用）和與利率和通貨膨脹相關(guān)的折現(xiàn)率，橋梁實(shí)際運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用成本更加高昂。

    橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如果未能采取有效的延緩材料老化或結(jié)構(gòu)劣化的技術(shù)措施，高昂的維護(hù)成本將制約或阻礙公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理的發(fā)展，并將會(huì)影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)公路橋梁總量已經(jīng)達(dá)到75萬座，巨大的存量資產(chǎn)保值增值對(duì)橋梁安全運(yùn)營(yíng)、耐久運(yùn)營(yíng)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。

    2.1.4.1新橋建設(shè)費(fèi)用與防腐費(fèi)用

    在混凝土結(jié)構(gòu)fibModelCode中，完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括強(qiáng)度設(shè)計(jì)、耐久性設(shè)計(jì)和維護(hù)設(shè)計(jì)。耐久性設(shè)計(jì)一般包括材料耐久性設(shè)計(jì)、構(gòu)造耐久性設(shè)計(jì)和防腐輔助設(shè)計(jì)（表面涂裝、鋼筋阻銹、電化學(xué)陰極防護(hù)），以確保極端或嚴(yán)重腐蝕環(huán)境條件下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用壽命。

    對(duì)于一般大氣環(huán)境或低腐蝕環(huán)境條件，正常的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和耐久性設(shè)計(jì)可滿足工程實(shí)際需要。在正常設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)的條件下，我國(guó)內(nèi)陸氣候溫和地區(qū)混凝土橋梁運(yùn)行良好，主要承重構(gòu)件沒有出現(xiàn)嚴(yán)重鋼筋銹蝕問題。

    對(duì)于高腐蝕環(huán)境（如海洋）條件，除了正常結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和耐久性設(shè)計(jì)，還需采用必要的防腐輔助措施。建于1981年的挪威Gimsoystraumen橋在運(yùn)行11年后，距離混凝土表面40mm處的氯離子含量高達(dá)1%，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁鋼筋出現(xiàn)了大面積嚴(yán)重銹蝕。同樣沿海地區(qū)建于1988年的Storseisund預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋運(yùn)行15年后，距離混凝土表面40mm處的氯離子含量達(dá)到0.1%，出現(xiàn)了大面積嚴(yán)重銹蝕（Gjrov，2009）。我國(guó)汕頭所處海洋腐蝕環(huán)境，海水中鹽分含量年均10742mg/L，最高13629mg/L。對(duì)所在地區(qū)混凝土碼頭調(diào)查發(fā)現(xiàn)：建成5～8年后混凝土保護(hù)層就發(fā)生開裂和鋼筋銹蝕。針對(duì)這一問題，建于1996年的汕頭海灣大橋主塔承臺(tái)和塔柱采用了耐久性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)措施，澆注1年半后的混凝土氯離子含量檢測(cè)結(jié)果表明：承臺(tái)浪濺區(qū)混凝土距表面2.5cm范圍內(nèi)的氯離子含量已超過0.2%的容許值；山東濰坊白浪河大橋建于鹽漬土地區(qū)，雖按交通部公路橋梁通用標(biāo)準(zhǔn)圖建造，但是受鹽凍侵蝕8年后發(fā)生嚴(yán)重銹蝕，已部分拆除重建。工程實(shí)際表明，在嚴(yán)重腐蝕環(huán)境條件下，除了加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)外，還必須采取主動(dòng)或被動(dòng)防腐附加措施來進(jìn)一步抑制鋼筋銹蝕。

    在現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范中，混凝土保護(hù)層是保護(hù)鋼筋不發(fā)生銹蝕的主要措施，保護(hù)層厚度限值以滿足設(shè)計(jì)使用期內(nèi)鋼筋不發(fā)生銹蝕為依據(jù)。這種設(shè)計(jì)方法的前提是混凝土滲透性和保護(hù)層厚度均能滿足設(shè)計(jì)要求，但是，由于混凝土材料非均勻性和質(zhì)量控制難度大等特點(diǎn)，工程實(shí)際混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表層混凝土難以達(dá)到一致的材料滲透性和均勻的保護(hù)層厚度要求。在極端或重腐蝕環(huán)境條件下，一般不到15年便發(fā)生大范圍或較大范圍的鋼筋銹蝕。在這種條件下，輔以混凝土表面涂裝是最有效、便捷和經(jīng)濟(jì)的抑制銹蝕措施。依據(jù)腐蝕環(huán)境等級(jí)條件和涂料性能，確定表面涂裝體系的防腐年限，結(jié)合混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限，運(yùn)用成本分析方法，指導(dǎo)確定合理的大修年限頻率，實(shí)現(xiàn)全周期壽命成本最優(yōu)。

    1.混凝土橋梁

    在混凝土橋梁建設(shè)階段，進(jìn)行表面防腐復(fù)合涂裝會(huì)提高工程初建費(fèi)。根據(jù)我國(guó)沿海特大型橋梁工程建設(shè)費(fèi)用的統(tǒng)計(jì)（見表2-15），長(zhǎng)效防腐涂裝（重防腐涂裝）作為設(shè)計(jì)方案的條件下，以局部環(huán)境作用等級(jí)作為統(tǒng)計(jì)依據(jù)，暴露于大氣區(qū)的上部結(jié)構(gòu)，涂裝費(fèi)小于工程造價(jià)1%；處于浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)的墩臺(tái)，涂裝費(fèi)約為工程造價(jià)1.5～2%；沉于水下的橋梁基礎(chǔ)，電化學(xué)防腐費(fèi)用約為工程造價(jià)2～3%；以結(jié)構(gòu)件整體作為統(tǒng)計(jì)單位，防腐涂裝費(fèi)用約占2～4%。按壽命周期成本計(jì)算，要比不采用防腐涂裝的橋梁，運(yùn)營(yíng)60年的直接費(fèi)用至少節(jié)約40%，如果考慮梁維修期間保證大橋安全通行的費(fèi)用支出、大橋收費(fèi)減少、用戶成本、地區(qū)交通運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)等間接費(fèi)用影響，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更加顯著。

    以杭州灣跨海大橋?yàn)槔瑯蛄汗こ探ㄔO(shè)投資預(yù)算為118億元，其中用于混凝土涂裝的費(fèi)用占總投資的1%。按照周期壽命成本分析，橋梁可實(shí)現(xiàn)20年免維護(hù)，40年少維護(hù)；如果只進(jìn)行常規(guī)海工混凝土耐久性設(shè)計(jì)，不采用表面涂裝的防腐措施設(shè)計(jì)，雖然可降低1%的初建費(fèi)用，但大約10年后便開始第一次修復(fù)工程，以后每隔3～5年就需要維修一次，養(yǎng)護(hù)修復(fù)費(fèi)昂貴。

    我國(guó)《混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面涂層防腐技術(shù)條件》劃分了腐蝕等級(jí)類別（見表2-16），認(rèn)為涂層體系防腐壽命決定于使用環(huán)境、涂層體系、基體狀況、表面處理效果、施工工藝等因素，將涂層體系防腐年限分為普通型（10年）和長(zhǎng)效型（20年）兩類。

    2.鋼結(jié)構(gòu)橋梁

    鋼材材質(zhì)性能穩(wěn)定、環(huán)境腐蝕規(guī)律清楚、防腐材料和涂裝體系發(fā)展成熟。按照ISO12944對(duì)腐蝕環(huán)境等級(jí)和涂裝壽命規(guī)定，選擇適當(dāng)涂裝體系可實(shí)現(xiàn)主要承重構(gòu)件的目標(biāo)維護(hù)年限。我國(guó)蘭州黃河大橋（1907年）、上海外白渡大橋（1907年）服役壽命均達(dá)到了100年以上；蘇格蘭Forth海灣大橋（1878年）、美國(guó)舊金山金門大橋（1937年）經(jīng)過定期和專業(yè)的防腐涂裝養(yǎng)護(hù)，運(yùn)行時(shí)間接近或超過100年，狀態(tài)良好仍在運(yùn)營(yíng)使用。這些鐵/鋼結(jié)構(gòu)橋梁的服役年限接近或達(dá)到了百年，事實(shí)證明了鋼結(jié)構(gòu)橋梁防腐涂裝體系的成熟性和有效性。

    表面防腐涂裝可以延長(zhǎng)鋼橋的使用壽命和維修周期，顯著降低橋梁養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。不采用防腐涂裝體系設(shè)計(jì)，一般鋼結(jié)構(gòu)橋梁運(yùn)營(yíng)8～10年之后就要進(jìn)行首次維護(hù)，以后每隔3～5年就需要再次維護(hù)。以前述費(fèi)用測(cè)算方法，這種設(shè)計(jì)將使使用期內(nèi)結(jié)構(gòu)維修費(fèi)用昂貴，并且在役鋼結(jié)構(gòu)橋梁表面除銹施工難度較大，浮銹會(huì)造成環(huán)境污染，除銹施工還嚴(yán)重影響交通，提高用戶出行成本；采用長(zhǎng)效防腐涂裝體系（重防腐）設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)橋梁可實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)20年免維護(hù)、40年少維護(hù)的效果。因此，鋼結(jié)構(gòu)橋梁防腐涂裝在保證大橋安全通行，減少維修所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益十分可觀。