橋梁設(shè)計(jì)中的隱患及解決措施

侯鵬達(dá)

(衡水市公路勘測(cè)設(shè)計(jì)所，河北 衡水 053000)

某橋梁基礎(chǔ)為Φ1.2m的鉆孔灌注樁，橋臺(tái)為埋置式橋臺(tái)，橋梁所處的公路路面寬為40m，其中快車道為31m，人行道為2.5m，綠化帶為2m，呈現(xiàn)左右兩幅分布。橋梁?jiǎn)畏鶎挾葹?5m，兩幅總寬為70m，橋梁中心線與公路路線間的夾角為67.555。上部板梁為15.15m+2×24.34m+15.15m跨的現(xiàn)澆肋板梁，梁高為1.5m，現(xiàn)澆梁的橫向懸臂為2m。

一、橋梁設(shè)計(jì)中的隱患分析

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隱患

在橋梁設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員首先需要考慮的問(wèn)題是橋梁主體結(jié)構(gòu)的合理性、安全性及經(jīng)濟(jì)適用性，包括橋梁結(jié)構(gòu)主體構(gòu)造、結(jié)構(gòu)承重能力、結(jié)構(gòu)材料選擇、結(jié)構(gòu)后期維護(hù)的便捷性等內(nèi)容。目前，一些橋梁設(shè)計(jì)人員往往將關(guān)注焦點(diǎn)集中在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及橋梁的外在美觀上，而當(dāng)橋梁交付使用后，橋梁主體結(jié)構(gòu)的使用壽命僅能保持5年～10年，究其原因，是由于設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，設(shè)計(jì)人員忽略了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性指標(biāo)，而決定橋梁耐久性的主要因素是如何科學(xué)合理地選擇橋梁結(jié)構(gòu)材料。

比如以堿集料反應(yīng)這一耐久性指標(biāo)為例，橋梁混凝土材料中存在大量的活性礦物材料，這些材料一旦與材料中的堿性溶液接觸，就會(huì)發(fā)生堿集料反應(yīng)，進(jìn)而影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，在設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)計(jì)人員需要從三個(gè)方面考慮：一是選擇低堿水泥；二是使用非活性集料；三是使用摻合料。對(duì)于正常施工環(huán)境而言，水泥的堿含量最高值不得超過(guò)3.0kg/m3，如果在潮濕環(huán)境下施工，水泥中的堿含量最高值不得超過(guò)3.5kg/m3。對(duì)于混凝土集料來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)使用低堿量的混凝土材料，或在混凝土集料當(dāng)中添加多孔性輕集料，以避免發(fā)生堿集料反應(yīng)。另外，也可以通過(guò)使用摻合料的方法，控制堿集料反應(yīng)，比如在水泥材料當(dāng)中添加5%～10%的硅灰，或者添加20%～25%的粉煤灰，都能夠延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

（二）設(shè)計(jì)理念落后

近年來(lái)，由于橋梁自身質(zhì)量原因而出現(xiàn)的橋梁坍塌事故時(shí)有發(fā)生，追溯事故源頭，與橋梁設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)思路有著直接聯(lián)系。比如國(guó)內(nèi)某高架橋引橋匝道坍塌事故主要是由于獨(dú)柱墩橋梁的設(shè)計(jì)缺陷所致。該高架橋的主體結(jié)構(gòu)屬于鋼梁加混凝土結(jié)構(gòu)，每日來(lái)往重型車輛較多，超載現(xiàn)象屢見不鮮，當(dāng)車輛荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出橋梁允許的偏載限度后，明顯加大了發(fā)生坍塌的可能性。據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，獨(dú)柱墩橋梁在設(shè)計(jì)上允許向一側(cè)偏，但偏載需要設(shè)定一個(gè)上限值，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，橋梁?jiǎn)蝹?cè)能夠承受150t左右的荷載量，而該橋梁坍塌前，車輛總荷載已經(jīng)超出這一荷載量的兩倍之多，雖然在超載作用下，獨(dú)柱墩偏心受壓承受力能夠滿足1.4倍的設(shè)計(jì)荷載使用要求，而坍塌橋梁的荷載量已經(jīng)超出設(shè)計(jì)荷載的1.6倍。

二、針對(duì)橋梁設(shè)計(jì)中的隱患采取的有效解決措施

（一）優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

某橋梁的總橋?qū)挒?0m，而規(guī)劃設(shè)計(jì)方案中的整幅公路寬度為40m，其寬度只滿足于橋頭兩側(cè)道路的轉(zhuǎn)變半徑需要，即公路兩側(cè)的寬度為15m，因此，橋梁的轉(zhuǎn)變半徑所需的橋面寬度的額外部門只能用作道路綠化。結(jié)合這一特點(diǎn)，現(xiàn)有公路寬度以外的橋梁工程可以作為首選的優(yōu)化對(duì)象，即保留原始的水面、堤岸等自然景觀，避免橋梁基礎(chǔ)設(shè)在這些區(qū)域，而是通過(guò)種植綠色植被的方法烘托視覺效果，同時(shí)，將現(xiàn)澆肋板梁改為預(yù)制T型板梁，可節(jié)省大量的安裝與管理費(fèi)用。

1.橋梁平面布局優(yōu)化方案

如圖1所示，首先將①軸和⑤軸兩側(cè)道路中線向外移動(dòng)，使橋梁與兩側(cè)道路之間的接順弧位全部布置在兩側(cè)的道路上，在確定橋梁長(zhǎng)度范圍時(shí)，應(yīng)確保在長(zhǎng)度內(nèi)不存在接順弧位，進(jìn)而將橋梁的寬度布置為統(tǒng)一寬度，即40m，這時(shí)該橋梁的總寬度便由原來(lái)的70m縮減到40m，也就是說(shuō)位于橋梁兩側(cè)的總寬度為30m的橋面綠化帶被取消。

圖1 橋梁縱剖平面圖

2.橋梁縱斷面優(yōu)化方案

在圖1當(dāng)中，②軸和④軸之間的跨徑約為45m，這與河涌規(guī)劃設(shè)計(jì)方案中預(yù)留50m寬的跨徑要求相符，但是在原設(shè)計(jì)方案當(dāng)中，在堤岸兩側(cè)邊坡范圍內(nèi)布置的跨徑為14m，因此，可以取消①②軸及④⑤軸之間的橋跨，利用鋼筋混凝土制成的“U”形橋臺(tái)予以替換，使橋梁跨徑滿足河涌規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的要求。

3.橋梁設(shè)計(jì)方案優(yōu)化效果評(píng)價(jià)

原橋梁設(shè)計(jì)方案的估算投資約為1300萬(wàn)元，通過(guò)采取以上三種優(yōu)化措施，在保持原橋梁功能性的同時(shí)，可以節(jié)省投資805.67萬(wàn)元，節(jié)省投資費(fèi)用已經(jīng)超過(guò)總投資費(fèi)用的50%，由此可見，這種優(yōu)化方案可行性較高。優(yōu)化效果評(píng)價(jià)表如表1所示。

（二）優(yōu)化混凝土配合比

在設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)考慮橋梁的耐久性，優(yōu)化混凝土配合比例，保證混凝土強(qiáng)度及坍落度等技術(shù)指標(biāo)能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。比如在配制該橋梁工程的高強(qiáng)混凝土?xí)r，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)遵照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》及《現(xiàn)代混凝土配合比設(shè)計(jì)手冊(cè)》的要求，使混凝土的坍塌度保持在150mm～180mm之間。當(dāng)粒徑為4.75mm～9.5mm的碎石用量與粒徑為9.5mm～19mm的碎石用量比值為4：6時(shí)，混合集料的級(jí)配值接近中值，符合規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，這時(shí)根據(jù)混凝土配制強(qiáng)度計(jì)算公式，可以計(jì)算出混凝土強(qiáng)度值為59.9MPa，這種高強(qiáng)度混凝土對(duì)提升橋梁整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可起到?jīng)Q定性作用 。

表1 橋梁設(shè)計(jì)方案優(yōu)化效果評(píng)價(jià)表

（三）重點(diǎn)關(guān)注橋梁下部構(gòu)造設(shè)計(jì)

為了提高橋梁支座的強(qiáng)度，可以選用板式橡膠支座，這種支座主要由多層橡膠片與薄鋼板鑲嵌、黏合壓制而成，硬度值為60，適用的環(huán)境溫度為-40℃～60℃，其豎向剛度較大，能夠承受橋梁自重及外部車輛給橋體帶來(lái)垂直荷載，同時(shí)，能夠把橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力及時(shí)傳遞給橋梁墩臺(tái)，并且具有較好的彈性。因此，在設(shè)計(jì)橋梁支座時(shí)，可以選用天然橡膠制成的板式橡膠支座。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)橋梁設(shè)計(jì)實(shí)例可以看出，設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)監(jiān)督及橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隱患能夠直接影響橋梁的整體質(zhì)量，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的水文條件、地質(zhì)條件及自然氣候條件優(yōu)化和調(diào)整設(shè)計(jì)方案，保證橋梁質(zhì)量并突顯橋梁的美觀度與適用性。同時(shí)，將橋梁下部構(gòu)造作為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，從材料選取、施工工藝等多方面要素予以考慮，以提升橋梁基礎(chǔ)強(qiáng)度。