公路橋梁設計的要點研究

牛自禮

摘 要：公路橋梁是提高交通運輸能力的重要工具，對推動地區經濟發展起著重要作用。近年來，我國橋梁建設取得巨大的進步，設計水平不斷提升。橋梁在我國公路交通中占據重要地位，公路橋梁設計比較復雜，涉及自然因素和人為因素，直接關系公路橋梁質量。本文闡述了公路橋梁設計的原則，著重分析了橋梁設計的重點、難點及注意事項，以加快推進我國公路橋梁建設。

關鍵詞：公路橋梁;設計;要點;注意事項

中圖分類號：U442.5文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）32-0103-03

Abstract： Highway bridges are an important tool to improve transportation capacity and play an important role in promoting regional economic development. In recent years， China's bridge construction has made great progress， and the design level has been continuously improved. Bridges occupies an important position in my country's road traffic， the design of highway bridges is relatively complicated， involving natural and human factors， which directly affect the quality of highway bridges. This paper expounded the principles of highway bridge design， focusing on analyzing the key points， difficulties and precautions of bridge design， in order to accelerate the construction of highway bridges in China.

Keywords： highway bridge;design;key points;matters needing attention

隨著經濟的快速發展，我國公路建設規模逐漸擴大，公路里程越來越長。為充分利用施工區域地形地勢、節約土地資源，人們將橋梁廣泛地應用在公路交通建設領域。公路橋梁容易受到自然因素（大風沖擊、地震損害等）和人為因素（車輛荷載、長期超載等）的影響，二者對公路橋梁通車安全造成不同程度的影響。為了提高橋梁質量，人們要做好橋梁設計、工程施工質量控制和后期養護，尤其是要提高公路橋梁設計水平，其直接關系到公路橋梁的施工質量和安全通行。

1 公路橋梁設計原則

公路橋梁設計應該遵循技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理、具有美觀性和環保性的原則。

公路橋梁設計的基本要求是經濟適用，設計科學合理，結構尺寸符合要求，施工達標。因此，在公路橋梁設計前要進行充足的勘查工作，主要包括：工程所在地水文地質條件勘查;確定橋梁規模;對橋位選擇進行科學判斷，通過測繪技術對橋位地形進行判定，準確核定橋位所在位置;現場施工條件勘察;所在區域氣象情況等相關內容[1]。

2 公路橋梁設計需要注意的問題

在公路橋梁結構中，各結構性能都會影響整座橋梁的性能。比如，在線路遇到地形障礙時，橋跨結構是公路橋梁跨越這種障礙的常用結構。支座系統是將上部橋面結構所帶來的荷載傳遞至橋梁墩臺上的主要結構，應滿足上部結構在荷載、溫度、濕度或其他因素所影響下的位移性能。排水防水系統是不同氣候條件下減少天氣對橋梁影響的關鍵系統，應滿足行車通暢、舒適、安全等功能。因此，橋梁各結構部位設計應注意以下問題。

2.1 橋梁結構的耐久性問題

我國重視橋梁結構的耐久性研究，其大多是從使用材料和大數據統計分析的角度進行的。幾十年以來，設計師一直注重結構計算方法的研究，結構耐久性在使用年限內符合要求，在各種自然情況和荷載作用下能保持結構的安全性，這是對每座橋梁結構的基本要求。提高橋梁耐久性的設計方案有很多，設計人員應依據具體工程情況，合理設計橋梁結構[2]。

2.2 公路橋梁的安全性問題

當前，我國公路橋梁設計存在結構安全性問題，主要體現在兩方面。

一是橋梁路面出現碎裂的情況。主要原因是高負荷車輛的碾壓，但在當前生活中，車輛載重較大是一個高概率事件，無法從根源上避免，這就從側面說明橋梁設計時對路面預估承重存在很大的問題，尤其是對大載重汽車通過橋梁的考慮不足，以致不能最大限度地發揮設計作用，為群眾服務。

二是橋梁樁基礎病害引發的安全問題。我國大多數橋梁工程選用樁基作為基礎，特別是在地下水位較高的地區或軟土地質區域，如果沒有因地制宜設計科學的樁基礎施工方案，會導致樁基礎病害發生，引發樁基位移、沉降、橋梁斷裂等重大事故[3]。

3 優化公路橋梁設計質量的措施

3.1 采用精細化管理

近年來，我國公路橋梁設計水平不斷提高。當前，要充分采用精細化管理理念，引導設計人員夯實理論知識基礎。

在城市建設進程中，橋梁設計采用精細化管理模式是不可逆轉的趨勢。首先，采用高素質、專業的人才對橋梁設計進行精細化管理，全面提高設計水平，進一步提高車輛在橋梁上的行車安全性。其次，為了貫徹落實精細化管理理念，進一步健全橋梁設計管理制度，應將精細管理理念落實在日常工作中，將管理落在細處。可設計績效考核體系及行為規范考核制度等，從多方面入手加強制度建設，引導橋梁設計人員規范工作，將職責落實到位，充分發揮精細化管理制度的作用。最后，全面提高橋梁設計人員的綜合素質。為了使精細化管理理念進一步落實，應打造高素質的設計隊伍，引進專業設計人才，以點帶面，培養擁有扎實專業知識的人才隊伍[4]。

當前，部分設計人員雖然重視結構強度設計，但是沒有緊跟科技發展腳步，及時更新自身知識儲備，沒有積極學習施工新技術，導致橋梁使用性能降低。我國地域遼闊，地形復雜，橋梁工程需要的結構形式、施工技術比較復雜，設計單位應加強培訓，提供專業人才工作津貼，為專業人才創造授課、學習、參觀等機會，提高專業人才的地位，使專業設計人員不斷學習專業知識，完善橋梁設計理論，并掌握新技術、了解施工新材料，以滿足設計規范，科學地制定設計方案[5]。

3.2 充分利用BIM技術

公路橋梁工程對設計水平、施工技術都有嚴格的要求，隨著科學技術的發展，公路橋梁設計對新型技術的應用越來越多，如BIM技術。公路橋梁設計有效運用BIM技術，可以顯著提升設計水平和設計效率。

3.2.1 優化設計構圖。我國傳統設計多采用平面構圖，而這種構圖無法充分表達設計要求，很多設計內容與實際工程條件不相符，因為平面構圖要求人們結合多張圖紙，在腦海中形成三維構圖。但是，在日常施工中，受制于空間建模和想象能力，許多一線施工人員缺乏專業知識，難以解析圖紙，導致設計效果不能充分體現，一線施工效率低。當前，人們要合理運用BIM技術，將傳統的平面構圖變成三維構圖，使一線施工人員充分理解設計理念及施工要求，從而更高效、更高質量地進行工程建設[6]。

3.2.2 用于日常施工中的數據計算。在傳統的二維構圖中，大多數工程計算都需要依靠人工演練來計算，這種計算方式往往會因人為計算能力而出現問題，給實際施工帶來很大的麻煩。如果設計時能有效運用BIM技術，就會給計算帶來很大的方便，因為BIM技術囊括云計算技術，只要設定一個符合要求的計算公式，就可以依據需求計算出相關參數，每個施工環節都能夠進行計算，為實際設計工作保駕護航。這也符合當代橋梁建設的需要，確保道路橋梁發揮應有的作用。

3.2.3 全面模擬施工過程。設計人員要在工程沒有建設時就模擬出實際建成效果，具體表現每個設計環節的內容。如果實際建設出現工程問題，就可以依靠模擬技術進行數據寫入，按照目前施工方案，系統會自動計算出后續的發展和變化。如果模擬結果存在問題，就可以依據現狀進行更改，并對更改的具體情況進行二次模擬計算，從而得出最有效的改進措施。BIM技術的運用能充分解決因人員能力不足所帶來的潛在問題[7]。

3.3 合理設計橋梁結構

橋梁結構類型豐富，在進行具體選擇時，人們需要綜合考慮各種因素。不同類型的橋梁結構存在顯著差異。一般來說，跨徑小、高度大的橋梁適合選擇簡支空心板結構，但這種橋梁車輛行駛條件較差;對于大跨徑橋梁，為了保證橋梁上部結構有足夠的支撐力，可采用連續剛構橋結構。連續剛構橋以箱形斷面為橫斷面，具有較好的整體性，因此能夠增加自身的抗剪抗扭能力。設計時，要綜合考慮連續剛構橋的受力特點，通過增大根部梁高、增加預應力鋼束等措施提高橋梁受力能力[8]。

3.4 細化橋梁樁基設計

樁基承載力是橋梁設計的核心，設計人員必須對樁基沉降進行計算。一般情況下，橋梁樁基投入使用8～10 a后，沉降速率降低到7 mm/a。試驗研究表明，沉降是由兩部分作用力引發的，一是土體的流變和固結變形，二是樁基礎自身沉降。因此，設計人員在進行樁基設計時必須計算樁基承載力，研究樁基的受力機理、嵌巖深度以及負摩阻力等，通過對相關影響因素的綜合計算，設計科學的樁基方案，避免樁基發生位移、沉降等病害[9]。

3.5 做好交工檢測的設計

為從根源上延長公路橋梁的使用壽命，設計人員在工程設計完成時要對交工驗收階段進行科學設計，提高橋梁施工質量。

交工驗收需要同時滿足以下條件。一是滿足結構要求，橋梁整體結構安全穩固，混凝土材料強度、支座系統樁基檢測結果、預應力結構件的張拉應力、橋跨結構承載力等均符合設計要求。二是滿足質量鑒定要求，涉及工程實體檢測、外觀檢查和內業資料審查。其他項目要通過資料審查進行評定。要利用專業的技術設備，及時檢查公路橋梁，發現問題，第一時間上報，根據檢測問題及時進行技術修補，以保證公路橋梁施工質量安全可靠[10]。交工檢測是公路橋梁正式投入使用前的最后一道防護措施，設計人員應重視此階段的設計質量，預防各項危險事故，提前預測橋梁安全性和通行力。

4 結語

隨著我國公路交通基礎設施建設力度的不斷加大，橋梁工程成為推動經濟發展的重要項目，不僅為各地物流互通提供交通保障，也為人們的日常出行提供便利。在公路橋梁工程中，橋梁設計、橋梁建設、橋梁養護是保證橋梁安全、延長橋梁使用壽命、提高公路交通通行能力的重要影響因素。橋梁建設順利進行的前提是制定科學的橋梁設計方案，橋梁設計是一項復雜的系統工程，需要設計人員擁有較完善的設計理論知識、豐富的設計經驗、高度的責任心，避免因主觀因素對設計質量產生影響。一份高質量的橋梁設計方案不僅能讓施工方在規定的工期內完成高質量的橋梁建設項目，還能為公路橋梁運行安全提供全方位的保障，提高橋梁工程的社會效益和經濟效益，為推動我國經濟發展奠定交通基礎。

參考文獻：

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