道路橋梁設計問題思考

祁玉基

[蘇交科集團（甘肅）交通規劃設計有限公司，甘肅蘭州730010]

0 引言

在道路橋梁設計管控過程中，工程師以及設計人員需要開展頂層分析，對其中的各項隱蔽工程、隱蔽項目進行重點分析管控，結合精細化的設計理念、設計措施，提高道路橋梁設計水平，最大程度地避免問題的發生。

1 道路橋梁設計問題分析

1.1 道路橋梁耐久性未得到重視

在道路橋梁設計工作中，設計人員往往只關注道路橋梁的造價、成本、質量以及施工安全性問題，沒有對道路橋梁工程所具備的耐久性進行細致全面的分析。道路橋梁的耐久性設計包含多項內容，良好的設計方案能夠提高橋梁的耐久性，能夠進一步延長道路橋梁的使用壽命，保證通行安全。在實施耐久性設計的過程中，設計人員需要開展綜合全面的設計調研，對工程材料、工程設計方案進行嚴格管控，但是部分設計人員在道路橋梁設計過程中往往只開展局部結構設計、計算分析，卻沒有從道路橋梁的總體構造以及隱藏細節之處出發來完善工程設計，導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，在橋梁的耐久性設計過程中，工程師也忽視了對鋼筋混凝土工程的規劃管控，比如對鋼筋混凝土工程中的各項摻和骨料、水灰比設置不合理，導致道路橋梁在后續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，在對道路橋梁的耐久性進行設計評估的過程中，設計人員也未進行綜合全面的計算分析，在橋梁設計板塊，設計人員需要開展極限設計的計算分析工作。所謂極限設計技術，則是通過計算模擬對道路、橋梁的極限狀態進行評估，對道路橋梁的承載能力以及主體結構的穩定性進行考量。在極限狀態設計過程中，設計人員要保證橋梁的主體結構受力均勻，但是其中卻涉及較多的內容，設計人員在設計過程中往往對各項數據信息考慮不周，未對其中所存在的模塊碰撞、干涉問題進行細致、高效地評估，導致橋梁的極限分析工作還存在相應的欠缺，并且在對橋梁耐久性進行設計的過程中也缺少融入相應的BIM 數字化系統來實施相應的建模分析，以至于工程設計還存在較多的缺陷和不足。

圖1 混凝土裂縫

1.2 道路橋梁設計方案過于落后

在對道路橋梁進行規劃設計的過程中，設計人員應當參照國家當前在交通建筑領域的立法管控標準，對道路橋梁的設計標準以及工程質量進行明確，以此來規劃設計方案，評估設計需求。但是大部分設計人員在道路橋梁設計過程中還沿用陳舊落后的設計方案，無法滿足工程項目施工建設需求。比如在道路橋梁設計過程中，設計人員對橋梁的計算圖式需要進行多方面的論證，但是由于在設計期間，設計人員理念落后，導致橋梁計算圖式和實際路線無法得到明確，存在局部受力過大的情況。并且部分設計人員未嚴格參照當前國家在道路橋梁混凝土使用等級方面所提出的新要求，導致混凝土工程的質量過低，無法滿足道路橋梁高效率運作的需求，最終出現保護層厚度不達標、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重的影響。

由于設計方案落后、設計形式過于單一，以至于設計人員在計算分析的過程中容易出現計算失誤的現象，從而造成一系列的安全問題。在對道路橋梁工程進行規劃設計的過程中，設計人員需要從以下幾個方面來開展相關工作，即從工程質量、工程造價、施工難易度、工期長短來明確相應的設計指標，但是在當今新經濟發展態勢下，在對道路橋梁進行施工設計管理也需要整合相應的經濟指標，由于設計人員設計觀念落后，對各項經濟指標分析不明確，導致工程設計還存在較多的弊端，比如在道路橋梁設計過程中，對新材料、新工藝、新結構的使用還存在相應的欠缺，部分設計人員在道路橋梁設計過程中也未參照工程建設地的實際狀況，未結合當地的自然氣候環境條件來完善工程設計，一味地采取模仿或抄襲原有方案的模式來開展設計工作，導致道路橋梁工程設計缺乏針對性和側重性，比如在工程項目設計過程中，工程師需要結合不同區域的地質沉降問題，對橋墩以及公路基礎進行定性化管控，合理選取相應的軟弱地基處理方式來改善基礎結構，但是由于大部分設計人員采取千篇一律的設計手段，不注重設計創新，導致道路橋梁在后續使用中還存在相應的沉降問題。

1.3 匝道橋獨柱墩梁橋傾覆問題

在城市內部的大部分匝道橋梁的運營狀況卻保持良好，并且具備成熟完善的橋梁養護管理機制，運維人員在日常保養工作中也開展了總體規劃管控，使得匝道橋梁的使用壽命得到有效提升。但是部分遠離監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，而出現這一現象的根本原因一方面在于相關橋梁維護管理不當；另一方面則在于工程設計不合理。出現橋梁傾覆的問題多數是在于前期工程設計未考慮相關區域的土質地層狀況，設計人員未進行前期設計考察，未明確相關地基的理化特性，使用單一的地基處理技術，導致橋梁設計不達標，最終出現橋墩傾覆的問題。

2 解決橋梁設計問題的策略分析

2.1 優化混凝土工程，完善工程耐久性設計

對道路橋梁存在的斷面老化等質量問題進行綜合管控具備較大的工作量，同時道路橋梁的運營管理工作也是一個動態化的過程。在前期規劃設計之初，項目方需要嚴格參照項目需求，結合工程項目的特征以及周邊環境狀況，對道路橋梁后續的綜合運行狀況進行預測評估，以此來完善工程耐久度設計，使得工程項目的強度等級能夠達到相應的規范標準。在提升道路橋梁耐久性設計質量的過程中，設計人員需要進行多方面論證，設計人員需要開展全面的受力分析，評估道路橋梁的承載能力以及橋梁通行的穩定性，規范各項設計規程，并且重點關注混凝土澆筑、振搗、運輸、保溫等各項工作，減少混凝土裂縫數量，以此來提高道路橋梁運行的安全性和穩定性[1]。

在此期間工程師以及設計人員需要進入現場完成規劃設計，由于道路橋梁以及整個公路工程具備較大的空間跨度，因此在不同的地質環境情況下需要開展差異化的設計管理，比如不同區域具備不同的氣候環境條件，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計水平，工程師應當評估各個區域所存在的各項自然氣候因素，并且在相關區域開展一系列的試驗檢驗，對混凝土結構材料的水灰比、水量、骨料含量進行合理設置，確保相關區域工程施工能夠滿足質量管控需求。此外，為了提高道路橋梁結構穩定性，增強橋梁的耐久性，設計人員還需要結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部各項摻和骨料的比例，可提高混凝土結構的穩定性，進而增強混凝土結構的耐久性。因此在提升混凝土結構的耐久性過程中，工程師需要進行多方面的論證，盡可能結合實地調研以及實地試驗檢驗，對混凝土工藝、混凝土工程設計方案進行合理評估，以此來提高道路橋梁的耐久性。

2.2 優化橋梁軟弱地基設計處理

在道路橋梁工程設計過程中，完善軟弱地基的處理管控工作具備較大的現實意義，通過分析可以看出，部分道路橋梁出現傾覆、傾斜的狀況多半是由于相關區域存在軟土地基、軟弱地基的情況，但是由于設計人員在對軟弱地基進行處理管控的過程中采取統一標準化的處理措施，未進行實地考察分析，導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較多，比如可以結合強夯法、注漿法、換填土法、積密法，通過改善軟弱地基內部的理化特性，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劃設計也具備較大的空間跨度，如果仍然沿用統一的管控標準來對軟弱地基進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帶來較大的成本損失。因此在對道路橋梁的軟弱地基進行規劃設計的過程中，工程師需要進行現場實地考察，合理選用地基處理方式，盡可能提高道路橋梁工程的穩定性和可靠性[2]。一般情況下，針對淤泥含量以及濕性土含量相對較多的軟弱地基，設計人員可以結合注漿灌注法，通過對軟弱地基內部增加相應的水泥注漿，實現對軟土地基的固化處理，以此來夯實地基結構（見圖2）。

圖2 橋梁地基加固

而針對軟土層含量相對較少的區域，工程師也可以嘗試借助換填土法，通過將相關區域的濕性土進行替換處理，將其轉變為結構穩定性良好的干性土，之后再進行一系列的夯實處理，對相關土層進行緊密管控，以此來提高相關區域的地基承載能力。除此之外，針對部分特別難以處理的軟土地基部分，設計人員則可以結合復合樁技術，利用復合樁技術則是在相關區域的軟土空間，通過打下相應的硬質樁，用此類硬質樁來作為基礎承載單元，避免主體結構與軟土層直接接觸，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量。因此在對道路橋梁的軟弱地基進行處理的過程中，設計人員需要結合行之有效的處理方式，參照不同區域軟土層的結構特性，優化軟土層的設計以及軟土地基的設計方式，改良相關區域軟土層的理化特性，提高道路橋梁工程結構的穩定性[3]。

2.3 實施設計責任制

通過以上的分析可以看出，在道路橋梁工程設計規劃過程中，包含較多的現場實地勘察項目，設計人員需要具備較高的職業道德素養，能夠在設計規劃過程中秉承精益求精的管控意識，以此才能夠提高道路橋梁工程的設計品質。相關施工單位、企業應當制定成熟完善的設計責任制，使設計人員能夠在設計過程中充分發揮自身的主觀能動性，同時相關設計人員也需要具備基本的責任意識、安全意識、成本意識，結合實地調研，完善設計方案，實現創新設計。除此之外，企業以及相關單位也需要完善公平公正的設計審核制度，對設計圖紙進行多方面地審核論證，對其中的隱蔽工程以及設計不合規的地方進行有效管控，提高審計管理水平、管控效率，最終提高工程項目的設計質量。

2.4 結合BIM 數字化系統完善橋梁綜合設計

BIM 數字化系統在當今橋梁工程設計過程中的使用相對較為常見，結合BIM 數字化建模系統，通過輸入各項參數信息，可對橋梁工程的綜合狀況進行模擬評估，以此來改良設計，指出當前工程設計中存在的缺陷和不足。并且結合BIM 數字化系統完善道路橋梁設計也能夠降低設計成本，設計人員也可結合該系統與各主體單位進行交流合作、交流互動，對于開展后續的技術交易活動也具備較大的促進作用。

3 結語

總體來說，在道路橋梁設計過程中，設計人員需要結合全過程動態化的設計管理思想，對道路橋梁的耐久性問題、設計方案問題以及關鍵區位置如閘道、橋梁柱以及關結構問題進行分析評估，結合精益化、精細化的管理措施，優化混凝土工程，完善耐久性設計，加強對橋梁軟弱地基的設計處理，提高橋梁的綜合承載能力，實施責任制，確保設計工作能夠正常高效地進行，并且依托BIM 數字化系統，進一步完善設計。在相關領域，企業單位還應當結合更數字化、信息化的分析要素，并且完善大數據庫資料的建設，收集相應的設計方案，確保后續的設計工作更加科學高效。