道路與橋梁的設(shè)計方案及技術(shù)要點分析

張競

（甘肅省建筑設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

道路與橋梁的設(shè)計方案對工程項目性能有直接影響，保證設(shè)計方案的合理性、強化施工技術(shù)管理對于提高工程項目整體質(zhì)量的意義重大。實際上，道路與橋梁的設(shè)計方案本身具有復(fù)雜性，在方案設(shè)計過程中需要設(shè)計人員能夠掌握設(shè)計方案要點，并優(yōu)化技術(shù)技術(shù)方案，這樣才能有效降低道路橋梁項目質(zhì)量缺陷的發(fā)生率，對于政工工程項目施工具有重要影響。

1 道路與橋梁設(shè)計方案分析

1.1 基本設(shè)計原則

為保證道路橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，設(shè)計人員在方案設(shè)計中應(yīng)重點關(guān)注以下幾方面要求：其一，在結(jié)構(gòu)尺寸上，應(yīng)確保道路橋梁具有較高的強度，并且在剛度設(shè)定上應(yīng)有效控制變形問題。在設(shè)計中應(yīng)關(guān)注道路橋梁的穩(wěn)定性，尤其是要維持原形狀與原位置，避免因為各種原因造成道路橋梁位移。其二，在道路橋梁使用上，橋梁應(yīng)滿足未來地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展要求，能確保100年內(nèi)設(shè)計基準期內(nèi)橋梁可以正常使用，并且支持通航、泄洪以及車輛通行的要求；同時設(shè)計人員也應(yīng)充分考慮到道路橋梁綜合利用的要求，滿足管線搭載等各種工況的使用要求。其三，在經(jīng)濟要求上，道路與橋梁的設(shè)計應(yīng)有效控制工程項目總成本?？梢栽谧袷匾虻刂埔嗽瓌t的基礎(chǔ)上，降低工程項目的施工難度并實現(xiàn)就地取材等。例如在橋梁設(shè)計中，設(shè)計的位置應(yīng)考慮縮短兩岸運距的要求，順應(yīng)地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，保證經(jīng)濟效益等。

1.2 橋梁平、縱、橫斷面設(shè)計

1.2.1 平面設(shè)計方案

第一，設(shè)計人員在設(shè)計方案中應(yīng)確定橋位，其中橋梁與涵洞的位置應(yīng)考慮道路的總體走向，例如為滿足路線彎道、水文等方面的要求后，在設(shè)計過程中可選擇斜橋或者彎橋；針對公路上的大型橋梁、中型橋梁，原則上設(shè)計人員應(yīng)考慮路線走向的要求，此時可選擇在河道順直、水流穩(wěn)定且具有良好條件的河段上。

第二，在設(shè)計方案中，橋梁平曲面半徑、平曲線加高、加寬以及設(shè)置變速車道時應(yīng)符合線路等級的規(guī)定。

1.2.2 縱斷面設(shè)計方案

橋梁斷面設(shè)計中應(yīng)考慮以下因素的影響。

首先，在確定橋梁總跨徑中，設(shè)計人員應(yīng)確保在橋梁使用年限內(nèi)，橋梁可以滿足通航、泄洪等功能要求，也要避免因為過度壓縮河床而不利于河岸變遷的情況。同時在設(shè)計方案中應(yīng)考慮以下幾種特殊情況：第一，針對基礎(chǔ)埋深，在設(shè)計中可適當考慮增加沖刷等級，這種方法有助于適當減少總跨徑。第二，針對平原地區(qū)穩(wěn)定的寬灘河段，因為該位置具有漂流物少、流速平緩等特征，所以可以適當壓縮淺水流區(qū)段，但是設(shè)計人員應(yīng)謹慎對待，避免壓縮后會對路堤、周邊農(nóng)田等產(chǎn)生不良影響。

其次，采用橋梁分孔方案。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，為滿足該目標應(yīng)在滿足橋梁正常使用功能的基礎(chǔ)上，控制結(jié)構(gòu)的造價，實現(xiàn)成本控制的目標。同時也應(yīng)該滿足橋梁的基本使用要求，即通航以及連接周邊交通運輸?shù)?。常見的設(shè)計方法為，通航孔被設(shè)置在最方便航行的河域上；針對變遷性河流，可根據(jù)設(shè)計方案選擇適當增設(shè)若干個通航孔。而針對建設(shè)在湍急或者山區(qū)深谷的河流，應(yīng)該采用大跨徑設(shè)計方案，必要時可根據(jù)技術(shù)可行性選擇特大跨徑的單孔跨越技術(shù)。

最后，確定橋面高程。在計算橋面高程中，設(shè)計人員應(yīng)注意：一是流水凈空的設(shè)計要求。在設(shè)計方案中應(yīng)按照水位計算高程，其中在計算最小橋面標高中，計算方法：水位+建筑高度+橋下凈空安全值。二是根據(jù)橋梁通航凈空高度的相關(guān)要求，為滿足安全通行的目標，設(shè)計方案中通航孔橋跨結(jié)構(gòu)的下緣應(yīng)高出通航水位計算凈空高度。

1.2.3 橫斷面設(shè)計

在橫斷面設(shè)計中可按照《公路工程技術(shù)標準》（JTG B01—2014）中所規(guī)定的各級公路的行車寬度、路肩寬度以及中間帶寬度等，根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以確定橋梁寬度。在設(shè)定橋梁橋面橫坡中，雙面坡的坡度為1.5%～3.0%，單面坡的坡度為1.0%。

1.3 荷載作用下的橋梁設(shè)計

荷載是影響道路橋梁設(shè)計的重要組成部分，其中的重點包括：

一是根據(jù)行車道寬度進行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，兩者之間的關(guān)系如表1所示。

表1 橋涵設(shè)計車道數(shù)量

而在計算車輛荷載中，相關(guān)技術(shù)人員也可以按照表2的相關(guān)數(shù)據(jù)來判斷車輛荷載參數(shù)。

表2 車輛荷載的技術(shù)指標

二是在計算人群荷載中，設(shè)計人員可考慮到以下因素的影響：第一，當橋梁跨徑≤50m 時，人群的計算荷載標準為3.0kN/m；當橋梁跨徑＞50m 時，則人群荷載可以按照2.5kN/m的標準計算。第二，對于行人密集的場所，在計算橋梁人群荷載中可以按照第一條中所示數(shù)值的1.15 倍進行計算。第三，在人行道板設(shè)計中，可以將其視為一個板塊，可以按照4.0kN/m的標準計算荷載。

1.4 偶然事件設(shè)計

在道路橋梁運行期間，汽車撞擊可能會對橋梁的性能產(chǎn)生直接影響，在該研究中，設(shè)計撞擊力標準值為1000kN，垂直方向取值為500kN，作用于行車道約1.2m 的位置，撞擊點可以直接分布在構(gòu)件上，此時為減少因為撞擊而造成的破壞現(xiàn)象，可選擇在設(shè)計位置增加鋼筋網(wǎng)的方法，強化該部位的物理性能。

2 道路橋梁設(shè)計中的常見設(shè)計問題與技術(shù)處置

道路橋梁設(shè)計具有復(fù)雜性，其中涉及諸多問題，為了能夠深入了解道路和橋梁設(shè)計中的相關(guān)技術(shù)問題，將從道路與橋梁連接位置的設(shè)計與施工方案入手展開詳細分析。

2.1 道路橋梁連接位置的設(shè)計問題分析

2.1.1 橋頭引道設(shè)計中存在的問題

在道路橋梁設(shè)計中，根據(jù)道路平順性的要求，應(yīng)在道路與橋梁連接位置增設(shè)過渡段，但是因為設(shè)計方案不合理會導(dǎo)致車輛在經(jīng)過此處時出現(xiàn)跳車等問題，輕則造成橋頭搭板破損，嚴重情況下會威脅駕駛?cè)藛T的行車安全。同時，為了能夠降低橋梁與道路在硬性指標之間的誤差，在連接部位通常會增設(shè)搭板，由于搭板設(shè)計質(zhì)量問題會對連接部位的性能產(chǎn)生影響，隨著時間的推移會造成臺背位置填土大量流失，增加路面塌陷等質(zhì)量問題發(fā)生率。

2.1.2 邊坡防護效果差

在當前道路橋梁項目中，沉降是連接部位常見的質(zhì)量缺陷。因此為強化該部位的性能，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)邊坡防護的要求做好防雨防水等措施。但是有研究認為，當前項目中部分地區(qū)所制定的防護效果有限，經(jīng)常出現(xiàn)防護不全面的問題，導(dǎo)致橋梁邊坡更容易遭受水的侵蝕。

2.2 連接位置的設(shè)計工藝

2.2.1 正確回填

在該部位施工中，道路與橋梁連接部位可采取不同的回填工藝，一般根據(jù)工程項目的要求，可根據(jù)不同工況制定施工方案。一方面在回填材料的選擇上，可以選擇砂性土以及其他透水性材料為主，上述材料在壓實與回填之后能維持滿意的密實度。另一方面在選擇施工工藝時，挖除路堤與臺背結(jié)合部位的松土，經(jīng)過開挖后形成臺階狀，填筑時嚴格控制各層的厚度，此時的厚度通常小于20cm，并且應(yīng)盡量確保各土層的均勻性、密實性，可滿足小型夯擊設(shè)備的碾壓要求。

2.2.2 設(shè)計橋頭搭板

根據(jù)工程項目經(jīng)驗可知，在道路橋梁連接位置經(jīng)常出現(xiàn)跳車、沉降等質(zhì)量問題，所以設(shè)計人員可根據(jù)工況選擇橋頭搭板工藝，例如橋梁與大型道路之間的搭接長度為9.0m，而小型道路與橋梁連接部位的搭接長度約為5m。同時在設(shè)計暗桿中，為強化連接部位的密實度，通常可選擇在連接位置增設(shè)具有良好物理性能的鋼筋混凝土搭板，將該材料搭設(shè)在路基與橋臺上，下方設(shè)置枕梁之后，使連接部位形成平順過渡帶，進而有效降低跳車等質(zhì)量問題的發(fā)生率。

2.2.3 臺背回填設(shè)計方案

首先，在該部位設(shè)計中，需要設(shè)計人員能正確評估道橋連接部位的地質(zhì)以及樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等幾方面因素對結(jié)構(gòu)的影響。其一，在施工中可選擇砂礫、石巖渣等具有良好透水性、強度高的材料，在確保填料的性能滿意后一次性回填到位。其二，按照路基結(jié)構(gòu)的特征，設(shè)計人員可以從現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增設(shè)水泥穩(wěn)定層來提升路基剛度。其三，按照連接部位結(jié)構(gòu)特征設(shè)置斜坡，這種設(shè)計方案的優(yōu)點是可以避免出現(xiàn)豎向變形以及剛?cè)嵬蛔兊荣|(zhì)量缺陷。其四，在臺背回填后，該施工方案有助于控制橋梁與路面之間的錯臺高度之后，確保橋梁與路面之間良好銜接，這種設(shè)計方案能夠避免出現(xiàn)跳車等安全問題。

其次，在施工過程中應(yīng)注意，施工水平會直接影響連接部位的性能，而施工方法不恰當會影響連接部位的穩(wěn)定性，需要做好該部位的施工質(zhì)量控制。在連接部位施工中應(yīng)掌握關(guān)鍵工藝，如在臺背回填中，所有回填材料可做壓實處理，此時在壓實施工中應(yīng)注意，臺背位于路基與橋臺的連接區(qū)域，所處位置較為特殊，壓路機在運行時距離控制難度大，若遠離橋臺則會限制機械設(shè)備的作業(yè)范圍（部分區(qū)域難以得到碾壓處理），此時在采取機械施工方案時可能會影響橋臺穩(wěn)定性，并引發(fā)路面不平整等質(zhì)量問題，所以在施工中應(yīng)選擇正確的臺背回填施工工藝。一般在回填壓實作業(yè)中可采用分層施工的方法，分層厚度可控制在20cm 左右，且所選擇的回填材料應(yīng)評估材料的強度、級配以及透水性等方面的要求；針對臺背位置小型設(shè)備無法覆蓋的情況，可采用人工回填的施工工藝。

最后，在施工中應(yīng)正確評估回填施工質(zhì)量，一般在工程項目可以通過超聲技術(shù)施工，根據(jù)回填部位了解巖石部位后，可選擇具有較高承載力的土層，并根據(jù)施工要求選擇擴大基礎(chǔ)以及優(yōu)化補樁工藝的方法，這種工藝有助于減少沉降量，對于提高整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量具有重要意義。同時針對臺后填方段，在施工中也應(yīng)該做加固處理，這是避免發(fā)生沉降的重要組成步驟。因此根據(jù)這一特征，在施工管理中要求相關(guān)人員能夠做好連接部位的施工控制，針對現(xiàn)場的不良地質(zhì)問題，在施工基礎(chǔ)處理中應(yīng)考慮現(xiàn)場排水固結(jié)等方面的要求，合理設(shè)置排水板或者選擇其他降水措施等。在條件允許的情況下，可選擇在橋臺位置增設(shè)攪拌樁，通過攪拌樁在工程中構(gòu)建良好的過渡段，此部位施工中可選擇具有良好的性能的輸漿膠管，該管道的功能是連接攪拌機和貯料泵，確保能夠在更短的時間內(nèi)注漿，進而改善整個結(jié)構(gòu)的物理性能，提高施工質(zhì)量。

3 結(jié)語

做好道路與橋梁的設(shè)計與技術(shù)管理對于提高工程項目施工質(zhì)量具有重要意義，所介紹的工程設(shè)計方案與技術(shù)管理方案對于提升整個道路橋梁施工質(zhì)量的意義重大，能夠最大限度地提升工程項目的施工要求；所介紹的相關(guān)施工工藝與設(shè)計方案科學(xué)有效，對于類似工程項目有一定的借鑒意義，滿足道路工程項目的施工要求，對于一般工程項目施工質(zhì)量管理有積極意義，值得關(guān)注。