道路橋梁設計中結構化設計的具體應用探討

祝喜林

（廣東省冶金建筑設計研究院有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000）

引言

按照傳統路橋項目設計方案開展施工活動，不僅工期漫長，且施工期間存在大量影響項目質量以及安全性的因素。特別是在路橋項目體量逐步增大、功能需求增多的背景下，傳統設計方案已經無法滿足需求。而結構化設計模式的出現，有效地彌補了路橋項目設計環節的短板，提升了路橋項目設計水平。從設計效果方面來看，結構化設計能夠減少砼原料使用量，并對各種建材的使用情況進行了更為詳細的說明，能夠確保路橋項目的質量符合設計標準。從安全性方面來看，這種全新的設計模式站在全局視角審視路橋項目的施工過程，對各個環節的銜接進行了靈活調整，并對可能出現的安全問題進行預估，降低安全事故發生概率。從經濟層面來看，結構化設計能夠充分發揮各種建筑部件的作用，通過巧妙的組合搭配讓路橋項目在保證質量符合標準的基礎上，達到縮減工期的目的，通過壓縮工期、節省建材等方式減低施工成本，為施工單位爭取到更大的利潤空間，達到多方共贏的局面。

一、結構化設計原則

想要探究如何在路橋項目設計過程中應用結構化設計模式的問題，先要了解結構化設計的基本概念以及設計原則。所謂的結構化設計，主要是指設計人員需要將路橋項目看作一個整體，針對完整的路橋項目開展設計工作。具體而言就是要明確路橋項目的建設需求以及施工現場實際情況，確定施工現場所有的限制條件，在確定設計目標（例如項目承重能力、工期、施工成本等）的基礎上結合施工單位施工能力，制定科學合理的設計方案[1]。從抽象層面來看，結構設計的設計理論與統籌學的思維邏輯存在相似性，都是先明確目標，再尋找到達成這一目標的最優路徑。這種設計方式在工程體量龐大、工期漫長、資金投入多、質量要求以及安全要求高的路橋項目中發揮出重要的作用。

實際運用結構化設計模式時，為了充分發揮該設計方式的優越性，設計人員需要時刻遵循以下幾條設計原則：

首先，整體性原則。實際運用結構化設計模式時，設計人員需要遵循整體性原則，將完整地路橋項目作為設計目標，分析該項目所具備的優勢與特點，重點體現橋梁結構的整體性特征。特別是針對具有特殊使用需求的路橋項目，需要將更多的精力投入到設計環節，對特殊使用需求進行深入分析，結合目前所具備的施工條件以及現有的建造技術，在滿足橋梁施工需求的基礎上盡可能壓縮施工成本。借助對于路橋項目的整體設計，讓該項目的各項參數能夠得到系統性的滿足，確保具體施工環節能夠穩定進行[2]。此外，遵循整體性原則，能夠讓設計人員從整體角度出發對施工成本進行宏觀把控，避免由于某一個或者某幾個環節出現設計問題而影響項目的總成本。

其次，連續性原則。城市規模的快速擴張，使得城市交通壓力逐漸增大，為了確保車輛行駛安全，需要不斷提升路橋項目的荷載承受能力。這種背景下，設計人員在對路橋項目進行結構化設計工作時，需要遵循連續性原則，確保每一個施工環節之間的銜接變得更加科學，避免由于某一個施工段質量出現問題而影響路橋項目整體的穩定性與安全性。

最后，均衡性原則。由于路橋項目資金投入量巨大，因此設計人員要盡可能延長路橋項目的使用壽命，而想要達到這一目標就要在進行結構化設計時遵循均衡性原則。具體而言就是在設計橋梁結構過程中，需要確保橋面的荷載能夠均勻分布，對路橋項目的總體結構進行與優化，特別是針對橋臺、橋頭等容易出現質量問題的區域進行重點設計，維持橋梁結構整體的穩定性，避免車輛行車過程中出現跳車等問題[3]。

二、結構化設計的積極作用

（一）提升項目可行性

實際開展結構化設計工作過程中，設計人員需要著重分析項目的施工可行性，對各種不同的設計方案進行綜合對比，結合不同設計方案的長處以及實際施工條件對路橋項目進行綜合分析，依據項目需求以及施工水平對路橋項目的結構進行針對性設計。一方面，設計人員需要確保路橋項目總體質量符合標準，這是開展所有設計工作的基本前提，只有在保障施工質量的基礎上才能考慮其他設計問題。另一方面，設計人員需要對路橋項目的施工細節進行全面分析，明確施工過程中可能出現的安全問題，以及可能會影響施工質量的因素。

（二）提升施工質量

采用結構化設計的方式代替傳統設計模式，能夠對路橋項目細節結構進行優化，提升施工項目總體質量。此外，利用結構化設計明確每一個施工步驟的具體內容，確保建筑施工活動能夠順利開展[4]。作為一種全新的設計模式，設計人員想要充分發揮結構化設計的效用，需要具有較高的設計素養以及創新意識。不僅要掌握大量路橋結構設計理論知識，還要具備豐富的工作經驗，推動結構化設計模式的持續發展。

三、路橋項目設計中運用結構化設計的具體方式

（一）案例分析

為了方便介紹，這里以南湖村立交工程項目為例子，南湖村立交位于黃陂與武漢市交界的南湖村，是一座全互通式立交橋。該立交工程南接解放大道下延線，北連新河特大橋，以全互通形式跨越三環線，是連接黃陂與武漢市區的重要通道。

本項目設計范圍為南湖村立交的部分工程。主要包括A 匝道部分、C 匝道、E 匝道、G 匝道和跨越三環線的主線橋。主線橋設計時速60km/h，橋面寬度33.75-40.0m；匝道設計車速40 公里/小時，匝道橋單車道8.5m，雙車道10.5m。

設計人員采用結構化設計模式，結合項目施工要求以及施工現場實際情況等信息，明確該項目的總成本要求以及施工質量要求，結合施工單位施工水平，制定施工方案。

（二）砼部件設計

結構化設計模式下，設計人員需要對材料質量進行嚴格把控。為了提升路橋項目的穩定性，通常會使用砼原料作為施工材料，將砼原料作為橋梁結構填充材料。因此，想要確保路橋項目質量符合需求，就必須對砼原料的質量進行嚴格把控。

從整體上看，結構化設計模式下圍繞砼原料所開展的設計活動主要包括兩方面內容，即砼原料的選擇以及砼原料的使用。由于砼原料需要經過拌和才能得到，因此在拌和之前需要對使用的粗骨料、細骨料、砂石、水以及各種外加劑的比例進行靈活調整，依據施工現場實際情況對拌和料的比例進行微調。為了確保砼不同的剛性符合施工要求，施工人員需要依照設計好的材料配比方案，明確各種建材以及運輸建材車輛的重量，明確砂石、水泥等材料的磅秤標準。實際開展拌和工作時需要對砼原料中的骨料含水率進行嚴格檢測，以此為基礎確定用水量。

此外，施工人員需要嚴格依照裝料的步驟逐步裝車，通常情況下先要將骨料裝車，再將水泥裝車，最后將砂石裝車。在結構化設計中涉及的各種拌和料也要與水泥材料一同裝車。這里需要注意的是，運送外加劑過程中需要依照砼原料拌和需求對外加劑進行分裝，在拌和過程中將外加劑與粗骨料、細骨料一同進行拌和[5]。正式開展拌和工作時，相關工作人員需要嚴格依照結構化設計方案對砼原料進行拌和，一方面要確保各種材料的比例與設計要求一致，另一方面要嚴格控制砼原料拌和時間，確保砼原料性能。此外，結構化設計框架下，設計人員為了確保砼部件的質量符合施工標準，需要制定詳細的塌落度實驗以及和易性實驗，并在進行技術交底時對這些內容進行著重講解，施工人員在正式開始灌注活動之前，需要嚴格按照結構化設計方案中的內容對砼原料進行塌落度以及和易性實驗，待實驗結果符合施工要求之后再開始澆筑工作。

結構化設計模式下，為了確保砼部件的承載能力以及使用年限符合項目要求，在對該項目進行結構化設計工作過程中，設計人員要指出鋼筋砼部件所具備的特殊化學性質，由于該項目所處環境空氣濕度較大，因此砼部件容易被腐蝕。針對這一問題，設計人員在進行結構化設計工作時就要預估項目正式投入使用之后，可能出現的腐蝕問題。結合實際情況制定科學合理的防腐蝕措施，避免砼部件在長時間腐蝕作用下出現變形或者脫落問題，影響其穩定性與安全性，條件允許的情況下可以在砼部件的外側增加保護層，延長砼部件的使用壽命。

（三）防水設計

除了砼部件設計問題之外，如何對路橋結構進行防水設計也是設計人員需要著重探討的問題。借助結構化設計模式對路橋項目可能出現的滲水、漏水、冒水問題進行有效地預防與處理。路橋項目正式投入使用之后，如果無法快速排凈路面的積水，或者無法確保路橋項目結構的防水能力，會讓水分逐步滲入路橋項目內部，破壞該項目的完整性與安全性，不僅會影響車輛的正常行駛，還有大幅度縮減路橋項目使用壽命，增加運維成本。針對這一問題，設計人員在對該項目進行結構化設計工作時，需要重點關注防水設計方案。一方面，設計人員要使用具有良好密閉能力的砼原料開展施工作業，借助砼部件良好的密閉性阻止水分滲入部件內部。同時，為了避免砼部件出現開裂問題，在澆筑過程中可以在砼部件內部布置配筋網，避免砼部件出現大規模開裂問題，加入復合纖維進一步提升砼部件的防水能力。設計人員開展結構化設計工作時，先要明確業主對于路面的基本要求，即路面不會出現起皮或者脫落問題，在明確了具體要求后針對可能造成路面脫漏或者起皮的問題進行深入分析，對施工環節以及施工內容進行補充與調整，提升路面的延展性[6]。另一方面，設計人員需要依據工程項目具體需求科學布置排水管道的位置，并靈活調整管道數量，確保路面積水能夠快速排出，提升路橋項目整體防水能力。

四、結束語

設計人員在實際開展路橋項目設計活動時，要積極運用結構化設計理念，明確項目的具體需求，并圍繞具體需求制定最優施工方案，借助這種方式在確保施工質量的基礎上，縮短施工期限，壓縮施工成本，為建筑行業的發展提供幫助。