路橋工程設計中存在的問題及優化措施分析

苗成濤

（山東智行咨詢勘察設計院，山東德州 253078）

1 引言

在城市飛速發展的背景之下，為解決交通堵塞問題，道路橋梁工程數量不斷增多，路橋設計也得到了更多的重視。因此，加強對路橋工程設計的研究和探討是十分有必要的。基于當前城市化建設實際情況，城市構筑物數量不斷增多，地下管線復雜程度逐漸提高，這也對路橋工程設計提出了更高的要求。本文以實際路橋工程項目為例，從路橋設計重點問題入手，明確了路橋工程設計難點，并提出有效優化對策，為類似工程設計提供了可靠參考。

2 項目概況

本文以某路橋新建工程項目為例，路橋全長為1.8 km，橋梁長度為268.9 m，道路部分為城市主干道，斷面形式為雙向4 車道，立交匝道為單向兩車道或者單車道，道路設計速度為60 km/h，立交匝道為40 km/h。車道寬度為3.75 m。橋梁主體結構安全等級為一級，路面結構設計荷載為BZZ-100 型標準車，抗震設防烈度為7 度，抗震措施按8 度設計。

3 路橋工程設計中存在的重點問題

第一，橋梁結構設計難點問題。由于案例工程實際情況相對較為復雜，為城市主干道和橋梁工程，而且上跨主干路、鐵路等，周邊構筑物較多，施工區域范圍內城市管道分布較為復雜，使得橋梁結構設計難度相對較大[1]。

第二，路橋線形設計難點問題。在安全性方面，應避免路橋線形對駕駛員視線等造成不良影響；在協調性方面，應確保道橋設計能夠與周圍整體環境、地形以及地物之間保持和諧，并保障路橋線形的美感。因此，路橋線形設計過程中，需要考量的因素相對較多，包括駕駛路線、駕駛習慣、排水需求，以及與周圍構筑物之間的協調性和道路的美觀性等。

第三，路橋連接設計難點問題。路橋連接位置的設計難點主要體現在沉降控制方面。在實際進行路橋過渡段設計的過程中，若橋頭引道軟基處理不當、橋臺臺背路堤壓實度不足、結構設計不合理，或者材料配比不合適等，都會引發路橋過渡段沉降，給道路橋梁工程質量以及運行安全帶來極大隱患。

4 優化路橋工程設計的有效對策

4.1 橋梁結構設計優化對策

根據案例工程實際情況，其橋梁結構設計要點主要包括主線結構、匝道結構、跨鐵結構以及上跨主路結構。

4.1.1 主線結構設計

結合案例工程實際情況和結構設計需求，此次橋梁設計選用分幅布置方式，結構斷面圖如圖1 所示。

圖1 主線分幅結構斷面圖（單位：cm）

案例工程中主線跨徑為30 m，分幅橋梁單幅橋寬相對較小，梁高主要為1.8 m，為5 箱結構，斜腹板與頂底板選用大半徑圓弧順接方式，以此保障橋梁外觀形態的美觀性。腹板厚度為0.45～0.65 m，頂底板厚度為0.22 m。縱向為預應力結構，在主梁兩端設置預應力張拉槽口。由于橋梁橫向支點間的距離偏小，因此，選用鋼筋混凝土結構作為橫梁。

4.1.2 匝道結構設計

根據案例工程實際需求，橋梁匝道設計選用單向單車道，橋寬8 m，匝道結構斷面圖如圖2 所示。

圖2 匝道結構斷面圖（單位：cm）

其中，匝道跨徑設計根據平面半徑進行，當平面半徑在120 m 以下時，匝道跨徑設計為20 m，梁高設計為1.6 m；當平面半徑在120 m 以上時，匝道跨徑設計為30 m，梁高設計為1.8 m。匝道橋梁的布置形式為單墩雙支座。若匝道跨徑在20 m 以上，應選用預應力結構，跨徑在20 m 以下時，則選用鋼筋混凝土結構。

4.1.3 跨鐵結構設計

由于案例工程中，部分橋梁主線路以及匝道部分需要橫跨鐵路，為保障橋梁的安全性以及穩定性，需要針對跨鐵部分進行詳細設計和分析。根據現場實際情況，決定跨線橋梁采用預應力混凝土結構。詳細跨線情況以及斷面形式如表1 所示。

表1 案例橋梁跨鐵情況

主線跨鐵橋梁結構設計過程中，由于該部分與橋梁主線相連接，斷面形式與主線相同。此外，基于實際施工需求，斜腹板截面變更難度較大，對此選用了等高梁設計措施。對于匝道部分的結構設計，由于匝道橋本身跨徑相對較大，等高梁的適用性較弱，但是若選用變梁高斜截面，在支點位置的底板會相對較窄，會增加后續支座布置難度，而且支座的穩定性也會相對較差，最終決定選用直腹板斷面形式。上部結構選用支架現澆施工法，并在跨鐵部分搭設門式支架，要求支架臨時支墩內側與鐵路中線凈距離在3.5 m 以上，支架縱梁底部與鐵軌垂直距離應在6 m 以上。

4.1.4 上跨主路結構設計

在上跨主路的部分，橋梁結構設計采用了簡支鋼箱梁結構，上跨路凈空在5 m 以上。在實際進行結構設計的過程中，要求鋼箱梁梁高需要盡量與主線其他跨梁高度相接，對于跨徑較大的主路，在保障該部分橋梁梁高與主線其他路段相同的情況下，受力難以滿足橋梁安全運輸要求，對此，在進行結構設計的過程中，對該路段跨橋橋梁采取了加高處理對策[2]。

4.2 路橋線形設計優化對策

4.2.1 平面線形設計

路橋線形設計需要根據城市道路規劃要求展開，應符合城市交通規劃總體目標。線路的位置以及線形對于周圍環境以及城市整體布局有著直接影響，因此，在展開路橋平面線形設計的過程中，應充分結合周圍環境、地形以及地物特點。平面線形設計的要點包括曲線半徑、超高點以及加寬點，應確保整體線形設計不影響汽車運行視線要求以及運輸安全需求。曲線半徑設計主要是為解決長時間直線線形行駛下駕駛員產生視覺疲勞，引發交通事故風險問題，因此，在進行路橋線形設計的過程中，通常會避開各種障礙物，使用曲線將兩個控制點連接起來，這條曲線成為平曲線。平曲線各參數的計算如式（1）～式（3）：

式中，T 為切線的長度，m；L 為曲線的長度，m；E 為曲線外矢距，m；α 為路線轉折角，（°）；R 為曲線半徑，m。

在實際選擇平曲線半徑的過程中，需要充分結合道路標準等級、地形以及地物情況等。為提高道路使用率，降低事故發生概率，平曲線設計過程中，應盡量選擇大的半徑。根據案例路橋設計項目實際情況，主干道行車速度為60 km/h，不設超高的平曲線半徑為550～1 000 m，最小平曲線半徑應控制在150～250 m；道橋連接匝道行車速度為40 km/h，不設超高的平曲線半徑在150～250 m，最小平曲線半徑在40～60 m。

平曲線設計過程中，為保障行車安全，還需要合理確定超高點與加寬點。前者是為了使運行車輛自身重力的分力能夠有效對抗離心力，因此，需要將曲線道路外側進行抬高設計。此外，當車輛行駛在平曲線區段時，為避免內側車輪侵占相鄰車道，還需要適當對曲線路段進行加寬設計，主要通過縮小內側路肩寬度實現。

4.2.2 縱向線形設計

縱向線形設計的主要目的是起到緩和縱斷面的兩個坡度，以此保障行車安全和車速。進行縱向線形設計的過程中，應著重關注最大縱坡和豎曲線設計兩點。在確定道路最大縱坡的過程中，應充分考量路橋行駛車輛的動力性能，為保障車輛能夠按照設計車速行駛，需要對其進行限制。同時，也應充分考慮路橋所在區域的地形地勢以及自然條件，例如，寒冷天氣下路面存在結冰情況等，并考量兩側建筑物、道路以及行人等，確保最大縱坡設計合理。在進行豎曲線設計的過程中，為避免駕駛員視線受阻，車輛過度顛簸，需要合理設置豎曲線。豎曲線中各要素的幾何關系如式（4）～式（6）：

式中，ω 為坡度差，（°）。

在實際進行路橋線形設計的過程中，需要充分考量多方面因素，合理進行平面線形和縱向線形設計，還可以展開組合線形設計，確保各線形之間相互協調，促使各線形的優點都能夠得到充分體現[3]。

4.3 路橋連接設計優化對策

根據案例工程實際情況，在進行路橋過渡段設計的過程中，為強化沉降控制，采取了改良材料配比的優化設計對策。對此，在實際進行材料配比設計的過程中，展開了大量實驗，針對不同配比下混凝土路基的回彈模量、加州承載比、孔隙率以及路基軟化系數等數值進行逐一測定。最終確定路橋過渡段粉煤灰與水泥之比為3∶2。并通過有限元計算模型，對路基過渡段沉降控制效果進行模擬，有限元計算模型如圖3 所示。經分析可知，在應用新型材料后，過渡段路基沉降小于原材料填筑情況，尤其是靠近橋臺一側，差異更為明顯，這表明新填料的應用，實現了對于路橋過渡段沉降量的有效控制。

圖3 有限元計算模型

5 結語

路橋工程設計中，橋梁結構、路橋線形以及路橋過渡段設計難度較大，存在諸多問題，對此，在實際進行橋梁結構設計的過程中應充分考慮施工區實際環境情況以及地形地勢特點，保障跨鐵、跨路橋梁結構的穩定性，確保行車安全，滿足實際通車需求，并在線性設計的過程中，合理確定平面和縱向線性相關參數，加強對于路橋銜接位置路基沉降的設計和控制，以此全面保障路橋設計質量。