道路橋梁設(shè)計中結(jié)構(gòu)化設(shè)計的具體應(yīng)用探討

祝喜林

（廣東省冶金建筑設(shè)計研究院有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000）

引言

按照傳統(tǒng)路橋項目設(shè)計方案開展施工活動，不僅工期漫長，且施工期間存在大量影響項目質(zhì)量以及安全性的因素。特別是在路橋項目體量逐步增大、功能需求增多的背景下，傳統(tǒng)設(shè)計方案已經(jīng)無法滿足需求。而結(jié)構(gòu)化設(shè)計模式的出現(xiàn)，有效地彌補了路橋項目設(shè)計環(huán)節(jié)的短板，提升了路橋項目設(shè)計水平。從設(shè)計效果方面來看，結(jié)構(gòu)化設(shè)計能夠減少砼原料使用量，并對各種建材的使用情況進(jìn)行了更為詳細(xì)的說明，能夠確保路橋項目的質(zhì)量符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。從安全性方面來看，這種全新的設(shè)計模式站在全局視角審視路橋項目的施工過程，對各個環(huán)節(jié)的銜接進(jìn)行了靈活調(diào)整，并對可能出現(xiàn)的安全問題進(jìn)行預(yù)估，降低安全事故發(fā)生概率。從經(jīng)濟層面來看，結(jié)構(gòu)化設(shè)計能夠充分發(fā)揮各種建筑部件的作用，通過巧妙的組合搭配讓路橋項目在保證質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，達(dá)到縮減工期的目的，通過壓縮工期、節(jié)省建材等方式減低施工成本，為施工單位爭取到更大的利潤空間，達(dá)到多方共贏的局面。

一、結(jié)構(gòu)化設(shè)計原則

想要探究如何在路橋項目設(shè)計過程中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計模式的問題，先要了解結(jié)構(gòu)化設(shè)計的基本概念以及設(shè)計原則。所謂的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，主要是指設(shè)計人員需要將路橋項目看作一個整體，針對完整的路橋項目開展設(shè)計工作。具體而言就是要明確路橋項目的建設(shè)需求以及施工現(xiàn)場實際情況，確定施工現(xiàn)場所有的限制條件，在確定設(shè)計目標(biāo)（例如項目承重能力、工期、施工成本等）的基礎(chǔ)上結(jié)合施工單位施工能力，制定科學(xué)合理的設(shè)計方案[1]。從抽象層面來看，結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計理論與統(tǒng)籌學(xué)的思維邏輯存在相似性，都是先明確目標(biāo)，再尋找到達(dá)成這一目標(biāo)的最優(yōu)路徑。這種設(shè)計方式在工程體量龐大、工期漫長、資金投入多、質(zhì)量要求以及安全要求高的路橋項目中發(fā)揮出重要的作用。

實際運用結(jié)構(gòu)化設(shè)計模式時，為了充分發(fā)揮該設(shè)計方式的優(yōu)越性，設(shè)計人員需要時刻遵循以下幾條設(shè)計原則：

首先，整體性原則。實際運用結(jié)構(gòu)化設(shè)計模式時，設(shè)計人員需要遵循整體性原則，將完整地路橋項目作為設(shè)計目標(biāo)，分析該項目所具備的優(yōu)勢與特點，重點體現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的整體性特征。特別是針對具有特殊使用需求的路橋項目，需要將更多的精力投入到設(shè)計環(huán)節(jié)，對特殊使用需求進(jìn)行深入分析，結(jié)合目前所具備的施工條件以及現(xiàn)有的建造技術(shù)，在滿足橋梁施工需求的基礎(chǔ)上盡可能壓縮施工成本。借助對于路橋項目的整體設(shè)計，讓該項目的各項參數(shù)能夠得到系統(tǒng)性的滿足，確保具體施工環(huán)節(jié)能夠穩(wěn)定進(jìn)行[2]。此外，遵循整體性原則，能夠讓設(shè)計人員從整體角度出發(fā)對施工成本進(jìn)行宏觀把控，避免由于某一個或者某幾個環(huán)節(jié)出現(xiàn)設(shè)計問題而影響項目的總成本。

其次，連續(xù)性原則。城市規(guī)模的快速擴張，使得城市交通壓力逐漸增大，為了確保車輛行駛安全，需要不斷提升路橋項目的荷載承受能力。這種背景下，設(shè)計人員在對路橋項目進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計工作時，需要遵循連續(xù)性原則，確保每一個施工環(huán)節(jié)之間的銜接變得更加科學(xué)，避免由于某一個施工段質(zhì)量出現(xiàn)問題而影響路橋項目整體的穩(wěn)定性與安全性。

最后，均衡性原則。由于路橋項目資金投入量巨大，因此設(shè)計人員要盡可能延長路橋項目的使用壽命，而想要達(dá)到這一目標(biāo)就要在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計時遵循均衡性原則。具體而言就是在設(shè)計橋梁結(jié)構(gòu)過程中，需要確保橋面的荷載能夠均勻分布，對路橋項目的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行與優(yōu)化，特別是針對橋臺、橋頭等容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的區(qū)域進(jìn)行重點設(shè)計，維持橋梁結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，避免車輛行車過程中出現(xiàn)跳車等問題[3]。

二、結(jié)構(gòu)化設(shè)計的積極作用

（一）提升項目可行性

實際開展結(jié)構(gòu)化設(shè)計工作過程中，設(shè)計人員需要著重分析項目的施工可行性，對各種不同的設(shè)計方案進(jìn)行綜合對比，結(jié)合不同設(shè)計方案的長處以及實際施工條件對路橋項目進(jìn)行綜合分析，依據(jù)項目需求以及施工水平對路橋項目的結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性設(shè)計。一方面，設(shè)計人員需要確保路橋項目總體質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，這是開展所有設(shè)計工作的基本前提，只有在保障施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上才能考慮其他設(shè)計問題。另一方面，設(shè)計人員需要對路橋項目的施工細(xì)節(jié)進(jìn)行全面分析，明確施工過程中可能出現(xiàn)的安全問題，以及可能會影響施工質(zhì)量的因素。

（二）提升施工質(zhì)量

采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計模式，能夠?qū)β窐蝽椖考?xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提升施工項目總體質(zhì)量。此外，利用結(jié)構(gòu)化設(shè)計明確每一個施工步驟的具體內(nèi)容，確保建筑施工活動能夠順利開展[4]。作為一種全新的設(shè)計模式，設(shè)計人員想要充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)化設(shè)計的效用，需要具有較高的設(shè)計素養(yǎng)以及創(chuàng)新意識。不僅要掌握大量路橋結(jié)構(gòu)設(shè)計理論知識，還要具備豐富的工作經(jīng)驗，推動結(jié)構(gòu)化設(shè)計模式的持續(xù)發(fā)展。

三、路橋項目設(shè)計中運用結(jié)構(gòu)化設(shè)計的具體方式

（一）案例分析

為了方便介紹，這里以南湖村立交工程項目為例子，南湖村立交位于黃陂與武漢市交界的南湖村，是一座全互通式立交橋。該立交工程南接解放大道下延線，北連新河特大橋，以全互通形式跨越三環(huán)線，是連接黃陂與武漢市區(qū)的重要通道。

本項目設(shè)計范圍為南湖村立交的部分工程。主要包括A 匝道部分、C 匝道、E 匝道、G 匝道和跨越三環(huán)線的主線橋。主線橋設(shè)計時速60km/h，橋面寬度33.75-40.0m；匝道設(shè)計車速40 公里/小時，匝道橋單車道8.5m，雙車道10.5m。

設(shè)計人員采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計模式，結(jié)合項目施工要求以及施工現(xiàn)場實際情況等信息，明確該項目的總成本要求以及施工質(zhì)量要求，結(jié)合施工單位施工水平，制定施工方案。

（二）砼部件設(shè)計

結(jié)構(gòu)化設(shè)計模式下，設(shè)計人員需要對材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控。為了提升路橋項目的穩(wěn)定性，通常會使用砼原料作為施工材料，將砼原料作為橋梁結(jié)構(gòu)填充材料。因此，想要確保路橋項目質(zhì)量符合需求，就必須對砼原料的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控。

從整體上看，結(jié)構(gòu)化設(shè)計模式下圍繞砼原料所開展的設(shè)計活動主要包括兩方面內(nèi)容，即砼原料的選擇以及砼原料的使用。由于砼原料需要經(jīng)過拌和才能得到，因此在拌和之前需要對使用的粗骨料、細(xì)骨料、砂石、水以及各種外加劑的比例進(jìn)行靈活調(diào)整，依據(jù)施工現(xiàn)場實際情況對拌和料的比例進(jìn)行微調(diào)。為了確保砼不同的剛性符合施工要求，施工人員需要依照設(shè)計好的材料配比方案，明確各種建材以及運輸建材車輛的重量，明確砂石、水泥等材料的磅秤標(biāo)準(zhǔn)。實際開展拌和工作時需要對砼原料中的骨料含水率進(jìn)行嚴(yán)格檢測，以此為基礎(chǔ)確定用水量。

此外，施工人員需要嚴(yán)格依照裝料的步驟逐步裝車，通常情況下先要將骨料裝車，再將水泥裝車，最后將砂石裝車。在結(jié)構(gòu)化設(shè)計中涉及的各種拌和料也要與水泥材料一同裝車。這里需要注意的是，運送外加劑過程中需要依照砼原料拌和需求對外加劑進(jìn)行分裝，在拌和過程中將外加劑與粗骨料、細(xì)骨料一同進(jìn)行拌和[5]。正式開展拌和工作時，相關(guān)工作人員需要嚴(yán)格依照結(jié)構(gòu)化設(shè)計方案對砼原料進(jìn)行拌和，一方面要確保各種材料的比例與設(shè)計要求一致，另一方面要嚴(yán)格控制砼原料拌和時間，確保砼原料性能。此外，結(jié)構(gòu)化設(shè)計框架下，設(shè)計人員為了確保砼部件的質(zhì)量符合施工標(biāo)準(zhǔn)，需要制定詳細(xì)的塌落度實驗以及和易性實驗，并在進(jìn)行技術(shù)交底時對這些內(nèi)容進(jìn)行著重講解，施工人員在正式開始灌注活動之前，需要嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)化設(shè)計方案中的內(nèi)容對砼原料進(jìn)行塌落度以及和易性實驗，待實驗結(jié)果符合施工要求之后再開始澆筑工作。

結(jié)構(gòu)化設(shè)計模式下，為了確保砼部件的承載能力以及使用年限符合項目要求，在對該項目進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計工作過程中，設(shè)計人員要指出鋼筋砼部件所具備的特殊化學(xué)性質(zhì)，由于該項目所處環(huán)境空氣濕度較大，因此砼部件容易被腐蝕。針對這一問題，設(shè)計人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計工作時就要預(yù)估項目正式投入使用之后，可能出現(xiàn)的腐蝕問題。結(jié)合實際情況制定科學(xué)合理的防腐蝕措施，避免砼部件在長時間腐蝕作用下出現(xiàn)變形或者脫落問題，影響其穩(wěn)定性與安全性，條件允許的情況下可以在砼部件的外側(cè)增加保護(hù)層，延長砼部件的使用壽命。

（三）防水設(shè)計

除了砼部件設(shè)計問題之外，如何對路橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行防水設(shè)計也是設(shè)計人員需要著重探討的問題。借助結(jié)構(gòu)化設(shè)計模式對路橋項目可能出現(xiàn)的滲水、漏水、冒水問題進(jìn)行有效地預(yù)防與處理。路橋項目正式投入使用之后，如果無法快速排凈路面的積水，或者無法確保路橋項目結(jié)構(gòu)的防水能力，會讓水分逐步滲入路橋項目內(nèi)部，破壞該項目的完整性與安全性，不僅會影響車輛的正常行駛，還有大幅度縮減路橋項目使用壽命，增加運維成本。針對這一問題，設(shè)計人員在對該項目進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計工作時，需要重點關(guān)注防水設(shè)計方案。一方面，設(shè)計人員要使用具有良好密閉能力的砼原料開展施工作業(yè)，借助砼部件良好的密閉性阻止水分滲入部件內(nèi)部。同時，為了避免砼部件出現(xiàn)開裂問題，在澆筑過程中可以在砼部件內(nèi)部布置配筋網(wǎng)，避免砼部件出現(xiàn)大規(guī)模開裂問題，加入復(fù)合纖維進(jìn)一步提升砼部件的防水能力。設(shè)計人員開展結(jié)構(gòu)化設(shè)計工作時，先要明確業(yè)主對于路面的基本要求，即路面不會出現(xiàn)起皮或者脫落問題，在明確了具體要求后針對可能造成路面脫漏或者起皮的問題進(jìn)行深入分析，對施工環(huán)節(jié)以及施工內(nèi)容進(jìn)行補充與調(diào)整，提升路面的延展性[6]。另一方面，設(shè)計人員需要依據(jù)工程項目具體需求科學(xué)布置排水管道的位置，并靈活調(diào)整管道數(shù)量，確保路面積水能夠快速排出，提升路橋項目整體防水能力。

四、結(jié)束語

設(shè)計人員在實際開展路橋項目設(shè)計活動時，要積極運用結(jié)構(gòu)化設(shè)計理念，明確項目的具體需求，并圍繞具體需求制定最優(yōu)施工方案，借助這種方式在確保施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，縮短施工期限，壓縮施工成本，為建筑行業(yè)的發(fā)展提供幫助。