公路橋梁設(shè)計(jì)的要點(diǎn)研究

牛自禮

摘 要：公路橋梁是提高交通運(yùn)輸能力的重要工具，對(duì)推動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用。近年來(lái)，我國(guó)橋梁建設(shè)取得巨大的進(jìn)步，設(shè)計(jì)水平不斷提升。橋梁在我國(guó)公路交通中占據(jù)重要地位，公路橋梁設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，涉及自然因素和人為因素，直接關(guān)系公路橋梁質(zhì)量。本文闡述了公路橋梁設(shè)計(jì)的原則，著重分析了橋梁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)及注意事項(xiàng)，以加快推進(jìn)我國(guó)公路橋梁建設(shè)。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;設(shè)計(jì);要點(diǎn);注意事項(xiàng)

中圖分類號(hào)：U442.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）32-0103-03

Abstract： Highway bridges are an important tool to improve transportation capacity and play an important role in promoting regional economic development. In recent years， China's bridge construction has made great progress， and the design level has been continuously improved. Bridges occupies an important position in my country's road traffic， the design of highway bridges is relatively complicated， involving natural and human factors， which directly affect the quality of highway bridges. This paper expounded the principles of highway bridge design， focusing on analyzing the key points， difficulties and precautions of bridge design， in order to accelerate the construction of highway bridges in China.

Keywords： highway bridge;design;key points;matters needing attention

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)公路建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，公路里程越來(lái)越長(zhǎng)。為充分利用施工區(qū)域地形地勢(shì)、節(jié)約土地資源，人們將橋梁廣泛地應(yīng)用在公路交通建設(shè)領(lǐng)域。公路橋梁容易受到自然因素（大風(fēng)沖擊、地震損害等）和人為因素（車輛荷載、長(zhǎng)期超載等）的影響，二者對(duì)公路橋梁通車安全造成不同程度的影響。為了提高橋梁質(zhì)量，人們要做好橋梁設(shè)計(jì)、工程施工質(zhì)量控制和后期養(yǎng)護(hù)，尤其是要提高公路橋梁設(shè)計(jì)水平，其直接關(guān)系到公路橋梁的施工質(zhì)量和安全通行。

1 公路橋梁設(shè)計(jì)原則

公路橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理、具有美觀性和環(huán)保性的原則。

公路橋梁設(shè)計(jì)的基本要求是經(jīng)濟(jì)適用，設(shè)計(jì)科學(xué)合理，結(jié)構(gòu)尺寸符合要求，施工達(dá)標(biāo)。因此，在公路橋梁設(shè)計(jì)前要進(jìn)行充足的勘查工作，主要包括：工程所在地水文地質(zhì)條件勘查;確定橋梁規(guī)模;對(duì)橋位選擇進(jìn)行科學(xué)判斷，通過(guò)測(cè)繪技術(shù)對(duì)橋位地形進(jìn)行判定，準(zhǔn)確核定橋位所在位置;現(xiàn)場(chǎng)施工條件勘察;所在區(qū)域氣象情況等相關(guān)內(nèi)容[1]。

2 公路橋梁設(shè)計(jì)需要注意的問題

在公路橋梁結(jié)構(gòu)中，各結(jié)構(gòu)性能都會(huì)影響整座橋梁的性能。比如，在線路遇到地形障礙時(shí)，橋跨結(jié)構(gòu)是公路橋梁跨越這種障礙的常用結(jié)構(gòu)。支座系統(tǒng)是將上部橋面結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的荷載傳遞至橋梁墩臺(tái)上的主要結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿足上部結(jié)構(gòu)在荷載、溫度、濕度或其他因素所影響下的位移性能。排水防水系統(tǒng)是不同氣候條件下減少天氣對(duì)橋梁影響的關(guān)鍵系統(tǒng)，應(yīng)滿足行車通暢、舒適、安全等功能。因此，橋梁各結(jié)構(gòu)部位設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下問題。

2.1 橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問題

我國(guó)重視橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性研究，其大多是從使用材料和大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的角度進(jìn)行的。幾十年以來(lái)，設(shè)計(jì)師一直注重結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的研究，結(jié)構(gòu)耐久性在使用年限內(nèi)符合要求，在各種自然情況和荷載作用下能保持結(jié)構(gòu)的安全性，這是對(duì)每座橋梁結(jié)構(gòu)的基本要求。提高橋梁耐久性的設(shè)計(jì)方案有很多，設(shè)計(jì)人員應(yīng)依據(jù)具體工程情況，合理設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)[2]。

2.2 公路橋梁的安全性問題

當(dāng)前，我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)存在結(jié)構(gòu)安全性問題，主要體現(xiàn)在兩方面。

一是橋梁路面出現(xiàn)碎裂的情況。主要原因是高負(fù)荷車輛的碾壓，但在當(dāng)前生活中，車輛載重較大是一個(gè)高概率事件，無(wú)法從根源上避免，這就從側(cè)面說(shuō)明橋梁設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)路面預(yù)估承重存在很大的問題，尤其是對(duì)大載重汽車通過(guò)橋梁的考慮不足，以致不能最大限度地發(fā)揮設(shè)計(jì)作用，為群眾服務(wù)。

二是橋梁樁基礎(chǔ)病害引發(fā)的安全問題。我國(guó)大多數(shù)橋梁工程選用樁基作為基礎(chǔ)，特別是在地下水位較高的地區(qū)或軟土地質(zhì)區(qū)域，如果沒有因地制宜設(shè)計(jì)科學(xué)的樁基礎(chǔ)施工方案，會(huì)導(dǎo)致樁基礎(chǔ)病害發(fā)生，引發(fā)樁基位移、沉降、橋梁斷裂等重大事故[3]。

3 優(yōu)化公路橋梁設(shè)計(jì)質(zhì)量的措施

3.1 采用精細(xì)化管理

近年來(lái)，我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)水平不斷提高。當(dāng)前，要充分采用精細(xì)化管理理念，引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員夯實(shí)理論知識(shí)基礎(chǔ)。

在城市建設(shè)進(jìn)程中，橋梁設(shè)計(jì)采用精細(xì)化管理模式是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。首先，采用高素質(zhì)、專業(yè)的人才對(duì)橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行精細(xì)化管理，全面提高設(shè)計(jì)水平，進(jìn)一步提高車輛在橋梁上的行車安全性。其次，為了貫徹落實(shí)精細(xì)化管理理念，進(jìn)一步健全橋梁設(shè)計(jì)管理制度，應(yīng)將精細(xì)管理理念落實(shí)在日常工作中，將管理落在細(xì)處?？稍O(shè)計(jì)績(jī)效考核體系及行為規(guī)范考核制度等，從多方面入手加強(qiáng)制度建設(shè)，引導(dǎo)橋梁設(shè)計(jì)人員規(guī)范工作，將職責(zé)落實(shí)到位，充分發(fā)揮精細(xì)化管理制度的作用。最后，全面提高橋梁設(shè)計(jì)人員的綜合素質(zhì)。為了使精細(xì)化管理理念進(jìn)一步落實(shí)，應(yīng)打造高素質(zhì)的設(shè)計(jì)隊(duì)伍，引進(jìn)專業(yè)設(shè)計(jì)人才，以點(diǎn)帶面，培養(yǎng)擁有扎實(shí)專業(yè)知識(shí)的人才隊(duì)伍[4]。

當(dāng)前，部分設(shè)計(jì)人員雖然重視結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，但是沒有緊跟科技發(fā)展腳步，及時(shí)更新自身知識(shí)儲(chǔ)備，沒有積極學(xué)習(xí)施工新技術(shù)，導(dǎo)致橋梁使用性能降低。我國(guó)地域遼闊，地形復(fù)雜，橋梁工程需要的結(jié)構(gòu)形式、施工技術(shù)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)單位應(yīng)加強(qiáng)培訓(xùn)，提供專業(yè)人才工作津貼，為專業(yè)人才創(chuàng)造授課、學(xué)習(xí)、參觀等機(jī)會(huì)，提高專業(yè)人才的地位，使專業(yè)設(shè)計(jì)人員不斷學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，完善橋梁設(shè)計(jì)理論，并掌握新技術(shù)、了解施工新材料，以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，科學(xué)地制定設(shè)計(jì)方案[5]。

3.2 充分利用BIM技術(shù)

公路橋梁工程對(duì)設(shè)計(jì)水平、施工技術(shù)都有嚴(yán)格的要求，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，公路橋梁設(shè)計(jì)對(duì)新型技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，如BIM技術(shù)。公路橋梁設(shè)計(jì)有效運(yùn)用BIM技術(shù)，可以顯著提升設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率。

3.2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)構(gòu)圖。我國(guó)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)多采用平面構(gòu)圖，而這種構(gòu)圖無(wú)法充分表達(dá)設(shè)計(jì)要求，很多設(shè)計(jì)內(nèi)容與實(shí)際工程條件不相符，因?yàn)槠矫鏄?gòu)圖要求人們結(jié)合多張圖紙，在腦海中形成三維構(gòu)圖。但是，在日常施工中，受制于空間建模和想象能力，許多一線施工人員缺乏專業(yè)知識(shí)，難以解析圖紙，導(dǎo)致設(shè)計(jì)效果不能充分體現(xiàn)，一線施工效率低。當(dāng)前，人們要合理運(yùn)用BIM技術(shù)，將傳統(tǒng)的平面構(gòu)圖變成三維構(gòu)圖，使一線施工人員充分理解設(shè)計(jì)理念及施工要求，從而更高效、更高質(zhì)量地進(jìn)行工程建設(shè)[6]。

3.2.2 用于日常施工中的數(shù)據(jù)計(jì)算。在傳統(tǒng)的二維構(gòu)圖中，大多數(shù)工程計(jì)算都需要依靠人工演練來(lái)計(jì)算，這種計(jì)算方式往往會(huì)因人為計(jì)算能力而出現(xiàn)問題，給實(shí)際施工帶來(lái)很大的麻煩。如果設(shè)計(jì)時(shí)能有效運(yùn)用BIM技術(shù)，就會(huì)給計(jì)算帶來(lái)很大的方便，因?yàn)锽IM技術(shù)囊括云計(jì)算技術(shù)，只要設(shè)定一個(gè)符合要求的計(jì)算公式，就可以依據(jù)需求計(jì)算出相關(guān)參數(shù)，每個(gè)施工環(huán)節(jié)都能夠進(jìn)行計(jì)算，為實(shí)際設(shè)計(jì)工作保駕護(hù)航。這也符合當(dāng)代橋梁建設(shè)的需要，確保道路橋梁發(fā)揮應(yīng)有的作用。

3.2.3 全面模擬施工過(guò)程。設(shè)計(jì)人員要在工程沒有建設(shè)時(shí)就模擬出實(shí)際建成效果，具體表現(xiàn)每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的內(nèi)容。如果實(shí)際建設(shè)出現(xiàn)工程問題，就可以依靠模擬技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入，按照目前施工方案，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出后續(xù)的發(fā)展和變化。如果模擬結(jié)果存在問題，就可以依據(jù)現(xiàn)狀進(jìn)行更改，并對(duì)更改的具體情況進(jìn)行二次模擬計(jì)算，從而得出最有效的改進(jìn)措施。BIM技術(shù)的運(yùn)用能充分解決因人員能力不足所帶來(lái)的潛在問題[7]。

3.3 合理設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)

橋梁結(jié)構(gòu)類型豐富，在進(jìn)行具體選擇時(shí)，人們需要綜合考慮各種因素。不同類型的橋梁結(jié)構(gòu)存在顯著差異。一般來(lái)說(shuō)，跨徑小、高度大的橋梁適合選擇簡(jiǎn)支空心板結(jié)構(gòu)，但這種橋梁車輛行駛條件較差;對(duì)于大跨徑橋梁，為了保證橋梁上部結(jié)構(gòu)有足夠的支撐力，可采用連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)。連續(xù)剛構(gòu)橋以箱形斷面為橫斷面，具有較好的整體性，因此能夠增加自身的抗剪抗扭能力。設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮連續(xù)剛構(gòu)橋的受力特點(diǎn)，通過(guò)增大根部梁高、增加預(yù)應(yīng)力鋼束等措施提高橋梁受力能力[8]。

3.4 細(xì)化橋梁樁基設(shè)計(jì)

樁基承載力是橋梁設(shè)計(jì)的核心，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)樁基沉降進(jìn)行計(jì)算。一般情況下，橋梁樁基投入使用8～10 a后，沉降速率降低到7 mm/a。試驗(yàn)研究表明，沉降是由兩部分作用力引發(fā)的，一是土體的流變和固結(jié)變形，二是樁基礎(chǔ)自身沉降。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí)必須計(jì)算樁基承載力，研究樁基的受力機(jī)理、嵌巖深度以及負(fù)摩阻力等，通過(guò)對(duì)相關(guān)影響因素的綜合計(jì)算，設(shè)計(jì)科學(xué)的樁基方案，避免樁基發(fā)生位移、沉降等病害[9]。

3.5 做好交工檢測(cè)的設(shè)計(jì)

為從根源上延長(zhǎng)公路橋梁的使用壽命，設(shè)計(jì)人員在工程設(shè)計(jì)完成時(shí)要對(duì)交工驗(yàn)收階段進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，提高橋梁施工質(zhì)量。

交工驗(yàn)收需要同時(shí)滿足以下條件。一是滿足結(jié)構(gòu)要求，橋梁整體結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)固，混凝土材料強(qiáng)度、支座系統(tǒng)樁基檢測(cè)結(jié)果、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)件的張拉應(yīng)力、橋跨結(jié)構(gòu)承載力等均符合設(shè)計(jì)要求。二是滿足質(zhì)量鑒定要求，涉及工程實(shí)體檢測(cè)、外觀檢查和內(nèi)業(yè)資料審查。其他項(xiàng)目要通過(guò)資料審查進(jìn)行評(píng)定。要利用專業(yè)的技術(shù)設(shè)備，及時(shí)檢查公路橋梁，發(fā)現(xiàn)問題，第一時(shí)間上報(bào)，根據(jù)檢測(cè)問題及時(shí)進(jìn)行技術(shù)修補(bǔ)，以保證公路橋梁施工質(zhì)量安全可靠[10]。交工檢測(cè)是公路橋梁正式投入使用前的最后一道防護(hù)措施，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視此階段的設(shè)計(jì)質(zhì)量，預(yù)防各項(xiàng)危險(xiǎn)事故，提前預(yù)測(cè)橋梁安全性和通行力。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的不斷加大，橋梁工程成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要項(xiàng)目，不僅為各地物流互通提供交通保障，也為人們的日常出行提供便利。在公路橋梁工程中，橋梁設(shè)計(jì)、橋梁建設(shè)、橋梁養(yǎng)護(hù)是保證橋梁安全、延長(zhǎng)橋梁使用壽命、提高公路交通通行能力的重要影響因素。橋梁建設(shè)順利進(jìn)行的前提是制定科學(xué)的橋梁設(shè)計(jì)方案，橋梁設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要設(shè)計(jì)人員擁有較完善的設(shè)計(jì)理論知識(shí)、豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、高度的責(zé)任心，避免因主觀因素對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量產(chǎn)生影響。一份高質(zhì)量的橋梁設(shè)計(jì)方案不僅能讓施工方在規(guī)定的工期內(nèi)完成高質(zhì)量的橋梁建設(shè)項(xiàng)目，還能為公路橋梁運(yùn)行安全提供全方位的保障，提高橋梁工程的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定交通基礎(chǔ)。

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