芻議公路橋梁設計關鍵技術及優化方法

文/李維

1 前言

在工程建設領域飛速發展的環境背景下，公路橋梁等基礎設施的項目建設得到社會大眾的廣泛關注，設計工作與關鍵技術的應用面臨著更高要求。對于道橋工程的施工作業來說，準確的數據資料與科學的設計圖紙是最重要的技術支撐，因此在投入大量財力資源與人力資源的同時，應提高對工程設計的重視，采取一套完整有效的優化措施。

2 公路橋梁設計中的關鍵技術問題

2.1 耐久性問題

在完成公路橋梁建設工程的所有施工內容后，其普遍需要投入到長期的使用過程中，少則十幾年，多達幾十年，因此耐久性是道橋項目設計中的一項重點問題。設計人員需要對公路橋梁面臨的實際使用情況、外部環境內存在的諸多因素進行全方位地細致考量，并針對竣工后期與使用階段中的定期維修與養護工作規劃科學的作業方案，將設計方案逐步完善，最大程度上防止公路橋梁在投入使用后出現各類故障問題，或引發嚴重的安全事故，對建筑自身的使用壽命造成影響。

從現階段大部分道路工程項目施工設計的實際情況來看，在耐久性方面的規劃與考慮均存在一些不足，導致橋梁在投入在正式的運營后，質量問題層出不窮，未能達到工程建設耐久性的標準要求。相比于方案設計中的使用年限，其實際使用期更短，兩者之間出入較大。除此以外，前期準備階段實地勘察作業落實不到位也是影響橋梁設計工作科學性的主要因素，設計人員忽視了對項目施工場地自然因素的充分考量。例如，當處于汛期階段時，河流內的水流速度會大幅增加，帶來猛增的過水量，若沒能對此類問題予以嚴肅衡量，一旦當地有特大汛情出現，大規模的水流很可能會猛烈沖擊橋梁，導致道橋受損[1]。

2.2 橋梁超載問題

通過觀察并分析當前大部分公路橋梁的實際使用情況可以發現，超載問題的存在較為普遍。在高峰期等特殊時段內，橋梁上通行的車流量會迅速增加，并遠遠超過公路承載性能的設計標準，變化的交通運輸量增加了道橋的荷載負擔。與此同時，公路上還存在明顯的車輛違規超載問題，即車輛的使用人員沒有按照車輛的核定運載量標準，進行違法的超載運營。超載問題不僅會影響橋梁路面的使用效果，在經過長時間的使用過程后很可能會改變其內部主體結構的性能特點，與建筑材料的質量性狀，嚴重時甚至會引發質量事故等安全問題。若公路橋梁主體結構由于負荷超載的問題遭到損傷，則無法自行恢復，這時以便處于正常的荷載壓力下，橋梁的實際使用狀態也會發生較大變化，久而久之導致自身的耐久性與安全性受到損害，整體使用壽命在超載問題的影響下快速縮短[2]。

2.3 安全性問題

對于公路橋梁建筑來說，安全性是設計、施工與使用的重點要求。因此在工程建設的設計階段，必須在方案規劃與圖紙設計中充分體現出安全性的要素，并從多方面豐富項目施工的安全元素。但由于現階段我國橋梁設計水平較為有限，在安全設計方面仍然存在著較多疏漏之處，一定程度上影響了公路橋梁的使用安全。例如，在設計并規劃建筑的抗震結構時，沒有嚴格參照所在地對橋梁抗震等級的具體要求標準，抗震設計不規范。當道橋建成并投入正式使用后，必然存在一定的安全隱患。除此以外，盡管部分設計單位對橋梁建筑的安全性進行了充分考量，但依然僅限于將強化結構強度性能放在核心位置，以滿足主體部分的強度要求，難以保證設計方案的整體性，這對于橋梁安全性設計的優化具有不利影響。

2.4 美觀性問題

在公路橋梁設計作業中，除了滿足適用性的設計要求，還應提高對建筑外觀美觀性的重視，提高道橋工程建設的藝術層次。在選擇與比較各種不同的設計方案時，美觀性也是重點的決定性因素之一，要切實提升橋梁設計水平，應將藝術性到實用性的過程充分展現出來。但當前大部分公路橋梁設計普遍忽視了藝術性問題，缺乏對美觀性的全方位考量，當完成橋梁的建設作業后，給人感覺美感不足。放眼于其周邊環境與自然景觀，兩者風格迥異，難以達到融為一體的視覺效果，達不到工程設計的藝術性標準。

3 優化公路橋梁設計關鍵技術的有效策略

3.1 做好調查研究準備工作

公路橋梁工程項目建設涉及的施工內容較多，作業步驟較為繁瑣。因此，要保證建造質量，施工單位應預先做好實地調查與研究分析等準備工作，獲取相關的批準指標后，組織專業的勘察隊伍與相關的設計人員，深入到橋梁建設的施工場地，全面了解并掌握當地的自然條件、地質情況與人文環境等，第一時間收集并整理準確有效的數據信息與考察資料，在根據擬建公路橋梁的建設要求，結合現有的技術工藝等施工條件，以滿足工程建設需求為基準，設計科學可行的施工方案與規劃圖紙。尤其是在道路工程建設工期較短、路線較長的情況下，應提高對建筑耐久性的重視，積極采用現代化、實用性的設計手段，將橋梁設計方案不斷完善[3]。

3.2 完善耐久性設計

耐久性是公路橋梁設計中的一項重要因素，設計人員應站在實際使用的角度審視并判斷現有結構設計方案存在的不足與問題，重視耐久性方面的考量，深入研究橋梁建筑與結構方面的安全指標，例如在使用與運營過程中，道橋涵蓋的各項安全防護元素、需要滿足的安全指標標準以及損耗或破壞建筑結構的外部因素等。確保工程建設施工竣工后，各部分的安全性能符合相關的規定要求。除此以外，風力、雨水等可能會長期腐蝕公路橋梁，銹蝕其外部的鋼鐵類結構等。因此設計人員應對此類外部環境內的影響因素予以特別注意，結合當地的環境條件等具體情況，分析并研究有效的防護措施，最大化削弱橋梁疲勞與損傷程度。車輛荷載與風荷載是道橋建筑承受的主要荷載，兩者產生的應力作用會在內部結構中循環變化，從而不但振動橋梁主體，時間越長，橋梁的損傷與疲勞程度越嚴重。設計人員應從控制應力的角度著手，避免損傷范圍的擴大與累計，防止整體結構出現宏觀性裂縫或斷裂坍塌等嚴重問題，保障公路橋梁的正常使用，強化其耐久性。

3.3 提高對橋梁超載的重視

超載問題的普遍存在對公路橋梁設計提出了更高要求，如何將路面結構的承載能力大幅提升是設計人員面臨的主要課題。在車輛超載的長期作用下，橋梁的路面部分與內部材料必然受到一定程度的損傷，僅僅依靠后期的簡單維護是難以達到良好的修復效果的，除此以外，建筑的整體質量與使用效果也會顯著下降。因此在工程建設的設計階段，應將道橋的強度設計與整體規劃予以進一步完善，切實提升道路路面與內部結構的抗彎拉性能。要有效避免路面在實際使用過程中出現斷裂問題，或存在拼接裂縫，設計人員需對混凝土工程的施工設計提高重視，合理選擇并確定相關的施工材料與混合料配比等，將裂縫產生的概率降到最低，保證公路橋梁工程整體強度與穩定性的大幅提升。

通行車輛與道路路面之間會存在共振現象，要削弱共振問題對橋梁結構帶來的不良影響，可將加設減震器等設施，干擾共振波，并阻止其波動作用力的不斷增強，有效控制共振現象的持續時間，達到減輕共振效應的目的。除此以外，還可以采用設置截面的方法，借助于相互連接的疊放板，作為道路路面的構成主體，阻礙并延緩共振振動波在橋梁內部的擴散與傳播，實現對公路橋梁整體的有效保護。

3.4 選擇使用的結構設計方案

借助結構設計方案的選擇是設計工作階段的重點環節，其對于后續的工程施工作業與公路橋梁的正式使用具有直接影響。目前我國橋梁結構設計形式主要分為兩種：一是標準跨徑橋，二是大跨度橋梁。相比于標準跨徑橋的工程施工，大跨度橋梁的一系列建設指標較為不同，涉及的控制因素也存在較大差異，因此結構設計方案的選擇也具有一定的獨特性。標準跨徑橋結構設計的個性特征較弱，但與大跨徑橋之間也存在許多共性特征。在選擇公路橋梁的設計方案時，需全方位考量技術條件、經濟性等多方面因素，若需要擬建標準跨徑橋，則其需要使用的技術較為簡單，應用方便，經濟性更強，顯著的優勢特點使得此類結構設計得到廣泛應用。而大跨徑橋梁工程建設環節更為復雜，涉及的技術工藝使用難度高，因此這類設計方案應用較少。設計人員需要以工程建設施工的實際情況為出發點，選擇最實用、最優質的經濟性設計方案，為公路橋梁的建造質量提供基本保障。

3.5 豐富抗震設計

抗震設計是道橋工程設計中的一項重要內容，設計人員在開展抗震設防相關的規劃設計時，需嚴格依照公路工程抗震設計的標準規范，參照項目所在地的抗震等級要求，從而明確橋梁結構設計需要滿足的抗震分級。要進一步提升橋梁整體的抗震性能，應系統研究主體結構的不同形式，對每種構造形式的承載能力與受力特點予以詳細分析與綜合總結，計算發生地震時橋梁承受的實際荷載與應力作用大小，確保其在滿足抗震要求的基礎上具有更好的安全性，防止地震破壞公路橋梁的上部結構，導致其出現落梁現象，或是損壞橋墩與支座部分，使得支座脫落。橋梁下部結構也是強化抗震設計的主要目標，避免過大的作用力折斷墩臺，或致使其出現傾斜、倒塌等現象，從而引發橋基基礎發生傾斜與沉降。

3.6 提升結構設計美觀性

設計人員應在公路橋梁工程的設計中加強注重豐富結構美感，充分融合設計要點與現代藝術，站在藝術創作的角度完成整個橋梁的設計工作，從而借助于外部線條與結構構造將建筑作品的美觀性完全體現出來。在滿足實用性要求的基礎上，讓橋梁設計沾染藝術氣息，達到兼具美觀性與科學性的完美效果。與此同時，道橋工程設計應與項目建設所在地的自然環境、文化內涵形成深度契合，促使橋梁的人文特色與文化價值進一步提升，提高設計層次與設計質量。

4 結語

設計是公路橋梁工程建設的起始點，也是后續施工作業的首要依據。設計人員應立足于整體，全方面考量耐久性、安全性與適用性等設計因素。針對關鍵環節采取適宜的優化措施，結合橋梁建設的具體要求與作業條件，進一步提升方案規劃與圖紙的設計水平。