橋梁設計中的隱患及解決措施

侯鵬達

(衡水市公路勘測設計所，河北 衡水 053000)

某橋梁基礎為Φ1.2m的鉆孔灌注樁，橋臺為埋置式橋臺，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，呈現左右兩幅分布。橋梁單幅寬度為35m，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跨的現澆肋板梁，梁高為1.5m，現澆梁的橫向懸臂為2m。

一、橋梁設計中的隱患分析

（一）結構設計隱患

在橋梁設計中，設計人員首先需要考慮的問題是橋梁主體結構的合理性、安全性及經濟適用性，包括橋梁結構主體構造、結構承重能力、結構材料選擇、結構后期維護的便捷性等內容。目前，一些橋梁設計人員往往將關注焦點集中在結構強度及橋梁的外在美觀上，而當橋梁交付使用后，橋梁主體結構的使用壽命僅能保持5年～10年，究其原因，是由于設計橋梁時，設計人員忽略了橋梁結構的耐久性指標，而決定橋梁耐久性的主要因素是如何科學合理地選擇橋梁結構材料。

比如以堿集料反應這一耐久性指標為例，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，就會發生堿集料反應，進而影響橋梁結構的耐久性。因此，在設計橋梁時，為防止這種現象的發生，設計人員需要從三個方面考慮：一是選擇低堿水泥；二是使用非活性集料；三是使用摻合料。對于正常施工環境而言，水泥的堿含量最高值不得超過3.0kg/m3，如果在潮濕環境下施工，水泥中的堿含量最高值不得超過3.5kg/m3。對于混凝土集料來說，應當使用低堿量的混凝土材料，或在混凝土集料當中添加多孔性輕集料，以避免發生堿集料反應。另外，也可以通過使用摻合料的方法，控制堿集料反應，比如在水泥材料當中添加5%～10%的硅灰，或者添加20%～25%的粉煤灰，都能夠延長橋梁結構的耐久性。

（二）設計理念落后

近年來，由于橋梁自身質量原因而出現的橋梁坍塌事故時有發生，追溯事故源頭，與橋梁設計人員的設計理念、設計思路有著直接聯系。比如國內某高架橋引橋匝道坍塌事故主要是由于獨柱墩橋梁的設計缺陷所致。該高架橋的主體結構屬于鋼梁加混凝土結構，每日來往重型車輛較多，超載現象屢見不鮮，當車輛荷載遠遠超出橋梁允許的偏載限度后，明顯加大了發生坍塌的可能性。據業內專家介紹，獨柱墩橋梁在設計上允許向一側偏，但偏載需要設定一個上限值，根據相關標準要求，橋梁單側能夠承受150t左右的荷載量，而該橋梁坍塌前，車輛總荷載已經超出這一荷載量的兩倍之多，雖然在超載作用下，獨柱墩偏心受壓承受力能夠滿足1.4倍的設計荷載使用要求，而坍塌橋梁的荷載量已經超出設計荷載的1.6倍。

二、針對橋梁設計中的隱患采取的有效解決措施

（一）優化設計方案

某橋梁的總橋寬為70m，而規劃設計方案中的整幅公路寬度為40m，其寬度只滿足于橋頭兩側道路的轉變半徑需要，即公路兩側的寬度為15m，因此，橋梁的轉變半徑所需的橋面寬度的額外部門只能用作道路綠化。結合這一特點，現有公路寬度以外的橋梁工程可以作為首選的優化對象，即保留原始的水面、堤岸等自然景觀，避免橋梁基礎設在這些區域，而是通過種植綠色植被的方法烘托視覺效果，同時，將現澆肋板梁改為預制T型板梁，可節省大量的安裝與管理費用。

1.橋梁平面布局優化方案

如圖1所示，首先將①軸和⑤軸兩側道路中線向外移動，使橋梁與兩側道路之間的接順弧位全部布置在兩側的道路上，在確定橋梁長度范圍時，應確保在長度內不存在接順弧位，進而將橋梁的寬度布置為統一寬度，即40m，這時該橋梁的總寬度便由原來的70m縮減到40m，也就是說位于橋梁兩側的總寬度為30m的橋面綠化帶被取消。

圖1 橋梁縱剖平面圖

2.橋梁縱斷面優化方案

在圖1當中，②軸和④軸之間的跨徑約為45m，這與河涌規劃設計方案中預留50m寬的跨徑要求相符，但是在原設計方案當中，在堤岸兩側邊坡范圍內布置的跨徑為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”形橋臺予以替換，使橋梁跨徑滿足河涌規劃設計方案的要求。

3.橋梁設計方案優化效果評價

原橋梁設計方案的估算投資約為1300萬元，通過采取以上三種優化措施，在保持原橋梁功能性的同時，可以節省投資805.67萬元，節省投資費用已經超過總投資費用的50%，由此可見，這種優化方案可行性較高。優化效果評價表如表1所示。

（二）優化混凝土配合比

在設計橋梁時，首先應當考慮橋梁的耐久性，優化混凝土配合比例，保證混凝土強度及坍落度等技術指標能夠滿足標準要求。比如在配制該橋梁工程的高強混凝土時，設計人員應當遵照《公路橋涵施工技術規范》《普通混凝土配合比設計規程》及《現代混凝土配合比設計手冊》的要求，使混凝土的坍塌度保持在150mm～180mm之間。當粒徑為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，混合集料的級配值接近中值，符合規范和設計標準要求，這時根據混凝土配制強度計算公式，可以計算出混凝土強度值為59.9MPa，這種高強度混凝土對提升橋梁整體結構強度可起到決定性作用 。

表1 橋梁設計方案優化效果評價表

（三）重點關注橋梁下部構造設計

為了提高橋梁支座的強度，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垂直荷載，同時，能夠把橋梁上部結構的反力及時傳遞給橋梁墩臺，并且具有較好的彈性。因此，在設計橋梁支座時，可以選用天然橡膠制成的板式橡膠支座。

三、結語

通過橋梁設計實例可以看出，設計理念、設計監督及橋梁結構設計隱患能夠直接影響橋梁的整體質量，因此，設計人員應當結合施工現場的水文條件、地質條件及自然氣候條件優化和調整設計方案，保證橋梁質量并突顯橋梁的美觀度與適用性。同時，將橋梁下部構造作為設計重點，從材料選取、施工工藝等多方面要素予以考慮，以提升橋梁基礎強度。