探究市政路橋設(shè)計(jì)中的安全性和耐久性

尹常青

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200030）

1 工程概況

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我國公路橋梁建設(shè)規(guī)模及數(shù)量也隨之增加，盡管此類工程占據(jù)的空間較小，但卻承擔(dān)了城市中較大的交通流量，尤其是在私家車愈發(fā)普及的情況下，對(duì)道路橋梁工程提出了更高的要求。因此，在市政路橋設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)以施工耐久性及安全性為重點(diǎn)，且必須保證其結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性、科學(xué)性與合理性，方能充分發(fā)揮路橋工程的功能，以滿足人們的出行需求，并為其提供出行保障。

本次以某路橋工程為例，原設(shè)計(jì)荷載為掛車-100，汽車20級(jí)，但轉(zhuǎn)換為市政功能道路后，實(shí)際荷載已經(jīng)超過設(shè)計(jì)荷載，存在安全隱患，通過技術(shù)綜合評(píng)定，單個(gè)部件控制為C 類橋梁。此橋梁現(xiàn)有寬度為26.5 m，市政化改造為60 m，橋上及橋頭經(jīng)常產(chǎn)生擁堵，受防洪需求及原橋跨徑限制，橋梁無法向兩側(cè)擴(kuò)建。因此，新建大橋可推進(jìn)該市政路段改造，有助于消除交通隱患。

2 市政路橋中安全性與耐久性設(shè)計(jì)原則及思路

2.1 遵循設(shè)計(jì)原則

在該橋梁工程設(shè)計(jì)中，結(jié)合所處城市地形、環(huán)境、施工特點(diǎn)、水文地質(zhì)、使用要求等內(nèi)容，工程總體設(shè)計(jì)需遵循以下原則：

1）設(shè)計(jì)方案需滿足城市市政化工程建設(shè)需求，以安全性和功能保障為前提，對(duì)建設(shè)規(guī)模加以控制，嚴(yán)格執(zhí)行“耐久適用、技術(shù)先進(jìn)、美觀協(xié)調(diào)、安全可靠、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)合理”的原則；

2）該橋作為標(biāo)志性建筑，需加強(qiáng)對(duì)橋梁景觀的設(shè)計(jì)，做到造型美觀簡(jiǎn)潔，與周圍環(huán)境、建筑相協(xié)調(diào)，體現(xiàn)出區(qū)域人文特色[1]；

3）設(shè)計(jì)方案應(yīng)當(dāng)吸取新工藝、新理念、新材料及先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)成果，并對(duì)施工可行性、維護(hù)便利性及結(jié)構(gòu)耐久性加以考慮，選擇合適的橋梁材料和結(jié)構(gòu)形式；

4）加強(qiáng)城市橋梁保通，在設(shè)計(jì)施工橋梁中，可應(yīng)用車輛借道繞行、左右幅同時(shí)施工的模式，不僅可以保障橋梁順利建設(shè)，迅速建成，還能確保兩岸交通通暢，減少對(duì)人們出行的影響。

2.2 完善設(shè)計(jì)思路

市政橋梁工程對(duì)人們的出行具有較大影響，在設(shè)計(jì)中應(yīng)完善相應(yīng)思路，可從以下方面出發(fā)：

1）設(shè)計(jì)中對(duì)于不規(guī)范的地方及時(shí)調(diào)整。在橋梁設(shè)計(jì)中，選擇經(jīng)驗(yàn)豐富、基礎(chǔ)扎實(shí)的設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)多套工程方案，通過比選的方式，根據(jù)工程不同階段、內(nèi)容及施工范圍制訂方案，由審查委員會(huì)確定，在初選之后，通過圖片、模型的方式對(duì)工程進(jìn)行展覽，邀請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員及專家對(duì)橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2）完善規(guī)章制度。在橋梁工程設(shè)計(jì)中，需構(gòu)建完善的管理制度，保證設(shè)計(jì)有據(jù)可依。在本工程市政橋梁設(shè)計(jì)中，結(jié)合實(shí)際情況，將設(shè)計(jì)思路、創(chuàng)新技術(shù)等與施工工藝、施工水平相結(jié)合，保證其達(dá)到預(yù)期效果，并提高橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，保證工程能夠按照?qǐng)D紙操作，以提高工程質(zhì)量。

3）培訓(xùn)設(shè)計(jì)人員。通過培訓(xùn)設(shè)計(jì)人員，完善其知識(shí)結(jié)構(gòu)，使其深入了解橋梁特點(diǎn)，通過與施工人員、勘察人員溝通，以全局出發(fā)，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)加以重視，并明確所需機(jī)械設(shè)備及材料，隨橋梁變化進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)。

3 提高市政路橋設(shè)計(jì)安全性與耐久性的措施

3.1 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在橋梁抗震設(shè)計(jì)中，可通過創(chuàng)建有限元模型檢查地震模型橫截面最薄弱的部分。在應(yīng)用過程中，利用SAP 2000 有限元分析軟件構(gòu)建幾何模型，輸入橋梁材料屬性、截面屬性、單元屬性、工程進(jìn)程及反應(yīng)譜等，通過動(dòng)力特性分析、時(shí)程分析、反應(yīng)譜分析的計(jì)算模式，輸出該橋梁設(shè)計(jì)中的地震響應(yīng)、滯回曲線等[2]。按照地震要求進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算，以此對(duì)其他部分進(jìn)行抗震分析，保證其符合抗震要求。通過此種方法可提高建筑抗震特性，改變其結(jié)構(gòu)自然振動(dòng)周期，以免發(fā)生地震后產(chǎn)生共振，且利用地震結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以螺旋標(biāo)準(zhǔn)的扭轉(zhuǎn)尺寸及整體穩(wěn)定性設(shè)計(jì)橋梁抗震結(jié)構(gòu)。

3.2 抗疲勞損傷設(shè)計(jì)

路橋施工后需要吸收的動(dòng)態(tài)負(fù)載量過大，不可避免地會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷。當(dāng)前大部分橋梁工程選用混凝土、鋼材等材料，這些材料具有不規(guī)則連續(xù)性，易產(chǎn)生裂縫，項(xiàng)目如若未能及時(shí)處理檢測(cè)，則會(huì)影響其安全性。因此，本工程中要求設(shè)計(jì)人員對(duì)工程疲勞參數(shù)認(rèn)真進(jìn)行計(jì)算與驗(yàn)證，多方位模擬混凝土的抗壓性、抗侵蝕性，以多角度試驗(yàn)考察獲得的混凝土質(zhì)量比，通過沖擊試驗(yàn)，確定常溫下鋼材存在脆性，所以，為保證橋梁安全，選擇低系數(shù)、低韌性材料，為結(jié)構(gòu)安全性提供支撐。在材料選擇中，選用高性能鋼，其結(jié)構(gòu)具備良好的耐蝕性與可焊性，使用環(huán)氧樹脂將鋼筋與鋼絞線包覆，避免鋼筋腐蝕；混凝土選用高性能混凝土，在路面上選用環(huán)氧瀝青混凝土，以增強(qiáng)該工程路面耐磨性、強(qiáng)度及密實(shí)度。在此過程中，應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)國家規(guī)范展開設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)成本控制與設(shè)計(jì)要求不符的情況。

3.3 提高載荷能力

在市政路橋工程中，荷載能力對(duì)其耐久性、安全性具有較大影響。市政道路普遍存在超載情況，外部壓力過大，超過路橋承載力，則會(huì)引發(fā)質(zhì)量問題，進(jìn)而導(dǎo)致耐久性與安全性降低。因此，在該工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)提高橋梁承載力，在了解工程通行量的基礎(chǔ)上，通過限重、限高方式應(yīng)對(duì)超載情況，以免造成橋面損傷。并且設(shè)置專用公交車道，分散路面壓力。

3.4 增加混凝土保護(hù)層

保護(hù)層作為保護(hù)混凝土與鋼筋之間黏結(jié)強(qiáng)度的屏障，同樣可保護(hù)鋼筋免受腐蝕，避免有害介質(zhì)入侵至內(nèi)部。經(jīng)研究可知，擴(kuò)散氯離子至鋼筋表面時(shí)間與保護(hù)層厚度成正比，擴(kuò)散二氧化碳速度也與保護(hù)層厚度有密切聯(lián)系。通常，保護(hù)層越厚，則鋼鐵表面免侵蝕時(shí)間越長(zhǎng)，可降低鋼筋腐蝕率，提高耐久性[3]。因此，工程中可適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度，以提高其結(jié)構(gòu)耐久性。本工程在材料選擇中，應(yīng)用高性能混凝土，且在路面上采取環(huán)氧瀝青混凝土，以增強(qiáng)其密實(shí)度與耐磨性。

3.5 結(jié)構(gòu)與構(gòu)件選型

選用箱型截面，以提高整體結(jié)構(gòu)剛度，減少疲勞振動(dòng)。選用全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，在主橋結(jié)構(gòu)的水平及垂直構(gòu)件上添加預(yù)應(yīng)力，以避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫。在設(shè)計(jì)構(gòu)件斷面中，選擇恰當(dāng)?shù)匿摻铋g距，以適應(yīng)混凝土骨料粒度、強(qiáng)度及密度分布，棱角外觀斷面也應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)混凝土密度強(qiáng)度。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)置抗剪切、防滲透與拉伸的防水層，瀝青混凝土與防水涂層兩者之間的附著力需大于鋼筋混凝土與瀝青混凝土路面之間的附著力。伸縮縫作為橋面設(shè)計(jì)的重要部分，對(duì)橋梁靈活性具有直接影響，工程中選用橫向且兩端有翹頭的伸縮縫，整體結(jié)構(gòu)構(gòu)成閉合良好的U 形槽，以避免橋梁伸縮縫排水泄露至墩蓋梁上。并且，在鋪裝橋面頂面時(shí)，特別是連續(xù)梁負(fù)彎矩截面，需做好防水層設(shè)置，以免梁內(nèi)滲水，設(shè)計(jì)排水需在伸縮縫環(huán)節(jié)加強(qiáng)。

3.6 優(yōu)化施工工藝

在攤鋪施工前，應(yīng)當(dāng)做好系統(tǒng)全面檢查，內(nèi)容涉及攤鋪機(jī)械與路面基層，在使用攤鋪機(jī)械前應(yīng)做好預(yù)熱處理，設(shè)定時(shí)間超過1 h，實(shí)際溫度超過100 ℃。此過程中，重點(diǎn)在于檢查攤鋪機(jī)械，保證振搗裝置始終處于有效工作狀態(tài)，保證路面達(dá)到設(shè)計(jì)平整度、高度及密實(shí)度，在攤鋪路面中應(yīng)選用改性粉質(zhì)黏土，且保證其具有可攤鋪性，以免產(chǎn)生整車料或大面積麻面問題。當(dāng)做好攤鋪檢查后，即可展開攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，現(xiàn)場(chǎng)安排1~2 人負(fù)責(zé)檢查，防范施工人員、車輛及其他機(jī)械碰撞鋼絲或支撐桿，開始攤鋪施工時(shí)，需檢查混合料溫度確保其超過150 ℃，以提高施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，為滿足時(shí)代發(fā)展，我國道路橋梁建設(shè)規(guī)模及數(shù)量不斷增加，促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善了城市交通。但是，道路橋梁在建設(shè)中也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，從抗震性設(shè)計(jì)、抗疲勞損傷設(shè)計(jì)、提高載荷能力、增加混凝土保護(hù)層、結(jié)構(gòu)與材料選擇及優(yōu)化施工工藝這幾方面出發(fā)，提高市政路橋工程安全性及耐久性，以提高工程質(zhì)量。