道路橋梁設(shè)計(jì)問題思考

祁玉基

[蘇交科集團(tuán)（甘肅）交通規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，甘肅蘭州730010]

0 引言

在道路橋梁設(shè)計(jì)管控過程中，工程師以及設(shè)計(jì)人員需要開展頂層分析，對(duì)其中的各項(xiàng)隱蔽工程、隱蔽項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)分析管控，結(jié)合精細(xì)化的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)措施，提高道路橋梁設(shè)計(jì)水平，最大程度地避免問題的發(fā)生。

1 道路橋梁設(shè)計(jì)問題分析

1.1 道路橋梁耐久性未得到重視

在道路橋梁設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員往往只關(guān)注道路橋梁的造價(jià)、成本、質(zhì)量以及施工安全性問題，沒有對(duì)道路橋梁工程所具備的耐久性進(jìn)行細(xì)致全面的分析。道路橋梁的耐久性設(shè)計(jì)包含多項(xiàng)內(nèi)容，良好的設(shè)計(jì)方案能夠提高橋梁的耐久性，能夠進(jìn)一步延長道路橋梁的使用壽命，保證通行安全。在實(shí)施耐久性設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員需要開展綜合全面的設(shè)計(jì)調(diào)研，對(duì)工程材料、工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行嚴(yán)格管控，但是部分設(shè)計(jì)人員在道路橋梁設(shè)計(jì)過程中往往只開展局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算分析，卻沒有從道路橋梁的總體構(gòu)造以及隱藏細(xì)節(jié)之處出發(fā)來完善工程設(shè)計(jì)，導(dǎo)致橋梁的耐久性大幅度降低，道路橋梁的安全性得不到保障。

除此之外，在橋梁的耐久性設(shè)計(jì)過程中，工程師也忽視了對(duì)鋼筋混凝土工程的規(guī)劃管控，比如對(duì)鋼筋混凝土工程中的各項(xiàng)摻和骨料、水灰比設(shè)置不合理，導(dǎo)致道路橋梁在后續(xù)使用過程中存在開裂的情況（見圖1），降低道路橋梁的使用壽命以及通行安全性。此外，在對(duì)道路橋梁的耐久性進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)估的過程中，設(shè)計(jì)人員也未進(jìn)行綜合全面的計(jì)算分析，在橋梁設(shè)計(jì)板塊，設(shè)計(jì)人員需要開展極限設(shè)計(jì)的計(jì)算分析工作。所謂極限設(shè)計(jì)技術(shù)，則是通過計(jì)算模擬對(duì)道路、橋梁的極限狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)道路橋梁的承載能力以及主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行考量。在極限狀態(tài)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員要保證橋梁的主體結(jié)構(gòu)受力均勻，但是其中卻涉及較多的內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中往往對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息考慮不周，未對(duì)其中所存在的模塊碰撞、干涉問題進(jìn)行細(xì)致、高效地評(píng)估，導(dǎo)致橋梁的極限分析工作還存在相應(yīng)的欠缺，并且在對(duì)橋梁耐久性進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中也缺少融入相應(yīng)的BIM 數(shù)字化系統(tǒng)來實(shí)施相應(yīng)的建模分析，以至于工程設(shè)計(jì)還存在較多的缺陷和不足。

圖1 混凝土裂縫

1.2 道路橋梁設(shè)計(jì)方案過于落后

在對(duì)道路橋梁進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)參照國家當(dāng)前在交通建筑領(lǐng)域的立法管控標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)道路橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及工程質(zhì)量進(jìn)行明確，以此來規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，評(píng)估設(shè)計(jì)需求。但是大部分設(shè)計(jì)人員在道路橋梁設(shè)計(jì)過程中還沿用陳舊落后的設(shè)計(jì)方案，無法滿足工程項(xiàng)目施工建設(shè)需求。比如在道路橋梁設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)橋梁的計(jì)算圖式需要進(jìn)行多方面的論證，但是由于在設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員理念落后，導(dǎo)致橋梁計(jì)算圖式和實(shí)際路線無法得到明確，存在局部受力過大的情況。并且部分設(shè)計(jì)人員未嚴(yán)格參照當(dāng)前國家在道路橋梁混凝土使用等級(jí)方面所提出的新要求，導(dǎo)致混凝土工程的質(zhì)量過低，無法滿足道路橋梁高效率運(yùn)作的需求，最終出現(xiàn)保護(hù)層厚度不達(dá)標(biāo)、鋼筋直徑選取過小的問題，從而給道路橋梁的安全性和耐久性造成嚴(yán)重的影響。

由于設(shè)計(jì)方案落后、設(shè)計(jì)形式過于單一，以至于設(shè)計(jì)人員在計(jì)算分析的過程中容易出現(xiàn)計(jì)算失誤的現(xiàn)象，從而造成一系列的安全問題。在對(duì)道路橋梁工程進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員需要從以下幾個(gè)方面來開展相關(guān)工作，即從工程質(zhì)量、工程造價(jià)、施工難易度、工期長短來明確相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，但是在當(dāng)今新經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢(shì)下，在對(duì)道路橋梁進(jìn)行施工設(shè)計(jì)管理也需要整合相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，由于設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)觀念落后，對(duì)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析不明確，導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)還存在較多的弊端，比如在道路橋梁設(shè)計(jì)過程中，對(duì)新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)的使用還存在相應(yīng)的欠缺，部分設(shè)計(jì)人員在道路橋梁設(shè)計(jì)過程中也未參照工程建設(shè)地的實(shí)際狀況，未結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀粴夂颦h(huán)境條件來完善工程設(shè)計(jì)，一味地采取模仿或抄襲原有方案的模式來開展設(shè)計(jì)工作，導(dǎo)致道路橋梁工程設(shè)計(jì)缺乏針對(duì)性和側(cè)重性，比如在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，工程師需要結(jié)合不同區(qū)域的地質(zhì)沉降問題，對(duì)橋墩以及公路基礎(chǔ)進(jìn)行定性化管控，合理選取相應(yīng)的軟弱地基處理方式來改善基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，但是由于大部分設(shè)計(jì)人員采取千篇一律的設(shè)計(jì)手段，不注重設(shè)計(jì)創(chuàng)新，導(dǎo)致道路橋梁在后續(xù)使用中還存在相應(yīng)的沉降問題。

1.3 匝道橋獨(dú)柱墩梁橋傾覆問題

在城市內(nèi)部的大部分匝道橋梁的運(yùn)營狀況卻保持良好，并且具備成熟完善的橋梁養(yǎng)護(hù)管理機(jī)制，運(yùn)維人員在日常保養(yǎng)工作中也開展了總體規(guī)劃管控，使得匝道橋梁的使用壽命得到有效提升。但是部分遠(yuǎn)離監(jiān)督管控的匝道橋梁或高速公路立交匝道橋梁卻存在梁橋傾覆的狀況，而出現(xiàn)這一現(xiàn)象的根本原因一方面在于相關(guān)橋梁維護(hù)管理不當(dāng)；另一方面則在于工程設(shè)計(jì)不合理。出現(xiàn)橋梁傾覆的問題多數(shù)是在于前期工程設(shè)計(jì)未考慮相關(guān)區(qū)域的土質(zhì)地層狀況，設(shè)計(jì)人員未進(jìn)行前期設(shè)計(jì)考察，未明確相關(guān)地基的理化特性，使用單一的地基處理技術(shù)，導(dǎo)致橋梁設(shè)計(jì)不達(dá)標(biāo)，最終出現(xiàn)橋墩傾覆的問題。

2 解決橋梁設(shè)計(jì)問題的策略分析

2.1 優(yōu)化混凝土工程，完善工程耐久性設(shè)計(jì)

對(duì)道路橋梁存在的斷面老化等質(zhì)量問題進(jìn)行綜合管控具備較大的工作量，同時(shí)道路橋梁的運(yùn)營管理工作也是一個(gè)動(dòng)態(tài)化的過程。在前期規(guī)劃設(shè)計(jì)之初，項(xiàng)目方需要嚴(yán)格參照項(xiàng)目需求，結(jié)合工程項(xiàng)目的特征以及周邊環(huán)境狀況，對(duì)道路橋梁后續(xù)的綜合運(yùn)行狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，以此來完善工程耐久度設(shè)計(jì)，使得工程項(xiàng)目的強(qiáng)度等級(jí)能夠達(dá)到相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。在提升道路橋梁耐久性設(shè)計(jì)質(zhì)量的過程中，設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行多方面論證，設(shè)計(jì)人員需要開展全面的受力分析，評(píng)估道路橋梁的承載能力以及橋梁通行的穩(wěn)定性，規(guī)范各項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)程，并且重點(diǎn)關(guān)注混凝土澆筑、振搗、運(yùn)輸、保溫等各項(xiàng)工作，減少混凝土裂縫數(shù)量，以此來提高道路橋梁運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性[1]。

在此期間工程師以及設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)完成規(guī)劃設(shè)計(jì)，由于道路橋梁以及整個(gè)公路工程具備較大的空間跨度，因此在不同的地質(zhì)環(huán)境情況下需要開展差異化的設(shè)計(jì)管理，比如不同區(qū)域具備不同的氣候環(huán)境條件，并且具備不同的溫差、空氣濕度，要想提高道路橋梁耐久性設(shè)計(jì)水平，工程師應(yīng)當(dāng)評(píng)估各個(gè)區(qū)域所存在的各項(xiàng)自然氣候因素，并且在相關(guān)區(qū)域開展一系列的試驗(yàn)檢驗(yàn)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)材料的水灰比、水量、骨料含量進(jìn)行合理設(shè)置，確保相關(guān)區(qū)域工程施工能夠滿足質(zhì)量管控需求。此外，為了提高道路橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增強(qiáng)橋梁的耐久性，設(shè)計(jì)人員還需要結(jié)合特種混凝土材料的使用，而特種混凝土材料中包含特種的摻和骨料，如鋼筋纖維、碳纖維甚至是玻璃纖維，通過有效管控混凝土內(nèi)部各項(xiàng)摻和骨料的比例，可提高混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)而增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。因此在提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性過程中，工程師需要進(jìn)行多方面的論證，盡可能結(jié)合實(shí)地調(diào)研以及實(shí)地試驗(yàn)檢驗(yàn)，對(duì)混凝土工藝、混凝土工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理評(píng)估，以此來提高道路橋梁的耐久性。

2.2 優(yōu)化橋梁軟弱地基設(shè)計(jì)處理

在道路橋梁工程設(shè)計(jì)過程中，完善軟弱地基的處理管控工作具備較大的現(xiàn)實(shí)意義，通過分析可以看出，部分道路橋梁出現(xiàn)傾覆、傾斜的狀況多半是由于相關(guān)區(qū)域存在軟土地基、軟弱地基的情況，但是由于設(shè)計(jì)人員在對(duì)軟弱地基進(jìn)行處理管控的過程中采取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的處理措施，未進(jìn)行實(shí)地考察分析，導(dǎo)致道路橋梁地基的處理水平還無法得到有效提升。常見的軟弱地基處理方式相對(duì)較多，比如可以結(jié)合強(qiáng)夯法、注漿法、換填土法、積密法，通過改善軟弱地基內(nèi)部的理化特性，控制軟土地基中的水分含量來提高軟弱地基的承載能力，最終提高道路橋梁工程的穩(wěn)定性，使得橋梁的承載能力能夠得到有效提升。

但是由于道路橋梁的規(guī)劃設(shè)計(jì)也具備較大的空間跨度，如果仍然沿用統(tǒng)一的管控標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)軟弱地基進(jìn)行處理則不利于提高施工管控水平，并且不同的軟弱地基的處理方式也具備不同的工程成本，如果沿用千篇一律的處理方式則會(huì)帶來較大的成本損失。因此在對(duì)道路橋梁的軟弱地基進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，工程師需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，合理選用地基處理方式，盡可能提高道路橋梁工程的穩(wěn)定性和可靠性[2]。一般情況下，針對(duì)淤泥含量以及濕性土含量相對(duì)較多的軟弱地基，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合注漿灌注法，通過對(duì)軟弱地基內(nèi)部增加相應(yīng)的水泥注漿，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟土地基的固化處理，以此來夯實(shí)地基結(jié)構(gòu)（見圖2）。

圖2 橋梁地基加固

而針對(duì)軟土層含量相對(duì)較少的區(qū)域，工程師也可以嘗試借助換填土法，通過將相關(guān)區(qū)域的濕性土進(jìn)行替換處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好的干性土，之后再進(jìn)行一系列的夯實(shí)處理，對(duì)相關(guān)土層進(jìn)行緊密管控，以此來提高相關(guān)區(qū)域的地基承載能力。除此之外，針對(duì)部分特別難以處理的軟土地基部分，設(shè)計(jì)人員則可以結(jié)合復(fù)合樁技術(shù)，利用復(fù)合樁技術(shù)則是在相關(guān)區(qū)域的軟土空間，通過打下相應(yīng)的硬質(zhì)樁，用此類硬質(zhì)樁來作為基礎(chǔ)承載單元，避免主體結(jié)構(gòu)與軟土層直接接觸，以此來有效避免橋梁工程的沉降問題，從而提高橋梁工程的質(zhì)量。因此在對(duì)道路橋梁的軟弱地基進(jìn)行處理的過程中，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合行之有效的處理方式，參照不同區(qū)域軟土層的結(jié)構(gòu)特性，優(yōu)化軟土層的設(shè)計(jì)以及軟土地基的設(shè)計(jì)方式，改良相關(guān)區(qū)域軟土層的理化特性，提高道路橋梁工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[3]。

2.3 實(shí)施設(shè)計(jì)責(zé)任制

通過以上的分析可以看出，在道路橋梁工程設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中，包含較多的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察項(xiàng)目，設(shè)計(jì)人員需要具備較高的職業(yè)道德素養(yǎng)，能夠在設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中秉承精益求精的管控意識(shí)，以此才能夠提高道路橋梁工程的設(shè)計(jì)品質(zhì)。相關(guān)施工單位、企業(yè)應(yīng)當(dāng)制定成熟完善的設(shè)計(jì)責(zé)任制，使設(shè)計(jì)人員能夠在設(shè)計(jì)過程中充分發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性，同時(shí)相關(guān)設(shè)計(jì)人員也需要具備基本的責(zé)任意識(shí)、安全意識(shí)、成本意識(shí)，結(jié)合實(shí)地調(diào)研，完善設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。除此之外，企業(yè)以及相關(guān)單位也需要完善公平公正的設(shè)計(jì)審核制度，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行多方面地審核論證，對(duì)其中的隱蔽工程以及設(shè)計(jì)不合規(guī)的地方進(jìn)行有效管控，提高審計(jì)管理水平、管控效率，最終提高工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.4 結(jié)合BIM 數(shù)字化系統(tǒng)完善橋梁綜合設(shè)計(jì)

BIM 數(shù)字化系統(tǒng)在當(dāng)今橋梁工程設(shè)計(jì)過程中的使用相對(duì)較為常見，結(jié)合BIM 數(shù)字化建模系統(tǒng)，通過輸入各項(xiàng)參數(shù)信息，可對(duì)橋梁工程的綜合狀況進(jìn)行模擬評(píng)估，以此來改良設(shè)計(jì)，指出當(dāng)前工程設(shè)計(jì)中存在的缺陷和不足。并且結(jié)合BIM 數(shù)字化系統(tǒng)完善道路橋梁設(shè)計(jì)也能夠降低設(shè)計(jì)成本，設(shè)計(jì)人員也可結(jié)合該系統(tǒng)與各主體單位進(jìn)行交流合作、交流互動(dòng)，對(duì)于開展后續(xù)的技術(shù)交易活動(dòng)也具備較大的促進(jìn)作用。

3 結(jié)語

總體來說，在道路橋梁設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合全過程動(dòng)態(tài)化的設(shè)計(jì)管理思想，對(duì)道路橋梁的耐久性問題、設(shè)計(jì)方案問題以及關(guān)鍵區(qū)位置如閘道、橋梁柱以及關(guān)結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行分析評(píng)估，結(jié)合精益化、精細(xì)化的管理措施，優(yōu)化混凝土工程，完善耐久性設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)橋梁軟弱地基的設(shè)計(jì)處理，提高橋梁的綜合承載能力，實(shí)施責(zé)任制，確保設(shè)計(jì)工作能夠正常高效地進(jìn)行，并且依托BIM 數(shù)字化系統(tǒng)，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)。在相關(guān)領(lǐng)域，企業(yè)單位還應(yīng)當(dāng)結(jié)合更數(shù)字化、信息化的分析要素，并且完善大數(shù)據(jù)庫資料的建設(shè)，收集相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，確保后續(xù)的設(shè)計(jì)工作更加科學(xué)高效。