道路桥梁设计的现状与改善措施探析

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  摘要:随着我国车辆的增多,交通压力的增大,道路桥梁是关系到人们出行便利的关键,道路桥梁设计是道路桥梁延长其使用寿命的重要保证,需要对道路桥梁设计现状中的不足之处采取改善措施,与其等事故发生后再进行补救,不如在设计阶段就排除这些安全隐患。
  关键词:道路桥梁设计;现状;改善措施
  中图分类号:TU997文献标识码: A 文章编号:
  前言
  随着我国经济的迅猛发展,促进了道路桥梁工程建设的密度与广度,为了能够良好解决道路交通的问题,道路桥梁设计工作成为了绝对的重头戏。道路桥梁在设计时最需要注意的就是道路桥梁的安全性与耐用性。较高的安全性可以保障人们的出行安全和经济的平稳发展,较强的耐用性可以减少维修和重修的次数,节约开支。
  一、道路桥梁设计原则
  关于道路桥梁建设过程中对资源是否合理利用,技术是否先进,是否尊重实际,在很大程度上取决有道路桥梁设计水平和质量,在进行道路桥梁设计时应坚持以下原则:严格执行国家现行的道路桥梁设计规范以及国家批准技术标准;设计时要注意因地制宜,以节省建设资金为目的,在切实满足建设要求的同时,就地取材,节约各种资源,缩短建设工期;在设计时,积极将设计标准化,尽量采用“可靠性设计方法”以及“结构优化设计”等现代设计方法;积极采用新技术、新手段以及更加经济、合理的新材料。
  二、道路桥梁设计的关键
  在选择道路桥梁设计方案之后,就要对设计方案的关键问题进行具体分析,其主要内容包括两方面,一是道路桥梁的质量,即道路桥梁的坚固性和耐久性;另一方面是道路桥梁的美观性。确保道路桥梁设计中出现质量问题,首先应对各施工阶段实施有效的监管,尤其是各种材料质量是否符合标准应严格把关,在此基础上开展工作。
  1、道路桥梁设计的加固性
  ①地基的加固,即应在项目施工之前,对施工地点进行详细的地质勘查,然后根据地质状况以及施工需求,结合实际做出较科学和合理的设计图,尤其应注重地基易发生不均匀沉降的区域,并在设计中明确针对性地处理措施。②裂缝的加固,即对路桥面的设计应严格把关,在具体的施工中,设计应要求施工所用车辆的载重,以免因为过度碾压而出现裂缝。另外,针对已经出现的裂缝,要联合公司管理层,查出导致裂缝产生的真正原因,进而实施相应的修补。③伸缩缝的加固,比如梁端头局部破损的情况,应在设计时给予特殊的重视,在保证施工用料的质量以及施工方法的正确性的基础上,结合当地的气象天气针对性地设计符合实际的伸缩缝结构。
  2、道路桥梁设计的耐久性
  目前,我国道路和桥梁设计中,对于路桥耐久性设计并没有实际的效果,只存在概念性范畴,这不但是一些道路桥梁工程出现事故的主要原因之一,而且从综合经济的角度看,其也是十分不合理的。从对当前反映的道路桥梁耐久性差来看,其主要表现在水泥选用不合理,混凝土配合比不对,维护保养不当以及预应力施加不合理等现象。
  由此可见,施工质量以及施工质量管理是导致道路桥梁耐久度无法达到预期目标的重要原因,因此,为了能使道路桥梁达到预期的使用寿命,必须严格监控施工质量。虽然,这些缺陷在短期不会对道路和桥梁造成明显影响,但是从长期来看,其后果是非常严重的。因此,各施工队有必要设置专业的质量监督部门。影响道路桥梁耐久度的因素很多,比如,结构整体性和延性不足,冗余性小;计算图式和受力路线不明确,以至于局部受力过大;混凝土强度等级过低、保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄这些都是降低道路桥梁结构耐久性降低的因素,严重影响了其安全性。因此,在设计上应在满足经济合理、结构可行的基础上,保证材料质量合格、保证施工操作规范、保证结构整体协调统一,进而使道路桥梁实现长久安全。
  3、道路桥梁设计的美观性
  目前,中国道路桥梁建设已经日趋成熟,各种高难度作业工艺技术已经获得突破,与此同时,随着建设方对工程审美要求的不断提高,在保证质量的前提下,亦开始追求道路桥梁的美观性。对于道路桥梁的美观性一般工程公司都会参照周围建筑的建筑风格,力图融入整个建筑的大环境的前提下,成为新的标志性建筑。当然,在追求道路桥梁美观的同时,切不可以影响质量为代价,因小失大。
  三、道路桥梁结构设计的现状
  1、设计人员的专业素质参差不齐
  参与道路桥梁的设计者,大部分人员的专业素质欠缺,导致设计出来的道路桥梁存在必要的隐患。事实上设计师在设计过程中,影响全面综合考虑各种因素,比如结构体系、结构的耐久性及结构强度等。但是事实上许多设计人员在设计之时,大都将结构强度作为重点,认为只要设计结构计算结果符合要求就行了。事实上这种考虑不全,设计者忽略的结构材料、结构构造及结构维护等往往才是至关重要的隐患。比如,设计道路桥梁过程中,结构和构造细节不合理,设计的标准较低等多种因素。加上线路、计算图示不明确等必然为道路桥梁造成病害。
   2、设计时各因素考虑不周全
  道路桥梁的设计是一项复杂而系统的工作,要尽最大的可能将相关因素考虑周全。实际设计中,不少设计人员将橋梁与道路割裂开来,只考虑所设计桥梁能否满足设计规范与标准规定的结构强度,忽视了桥梁所在道路的交通流量、结构体系、建材选择等诸多影响因素。再者,桥梁设计并不局限于图纸,施工的周期、场地条件以及可能出现的人为因素等都属于设计内容。设计时考虑不周实际操作中就会出现桥梁实体结构受力不均匀、混凝土强度和钢筋规格不达标等问题,从而影响了道路桥梁的安全性和耐用性。
  3、设计方案比较落后
  道路桥梁设计是一项与时俱进的技术,设计时除了要考虑各种影响因素外,还要积极接受新的设计方案以解决新问题。当前,不少地区在进行道路桥梁设计时沿用着传统的设计方案,该种设计方案的优点是可以节约设计周期,但是对于施工难度、施工周期、项目造价以及实体质量水平等产生了不同程度的负面影响。总结起来就是——道路桥梁的设计方案滞后于道路桥梁的实际发展。
  4、道路桥梁结构设计存在问题 
  (1)管道预留空间不足
  每一座道路桥梁在设计中都需要设置专用的桥梁管道,但是在现实中往往在这一方面得不到充分的重视,导致这一问题出现的原因主要在于现代城市人口压力过大或城市改造工程。城市改造工程在遇到管道预留空间不足的情况时,则仅仅能够进行一些扩容处理,将桥梁管道裸露在桥体之外,从而为交通线埋下不便的隐患,同时影响到桥体的美观。另外,在面对桥梁管道预留空间不足的问题时,可以通过再次开挖的办法进行相关处理,但是这种处理形式不可避免地会在工程投资建设方面造成严重的浪费,并且也会对交通情况造成影响;
  (2)装饰结构设计问题
  据有效数据分析可知,我国在很多桥梁工程结构设计中都存在使用安全材料不合标准的现象。而材料是工程建设的根本,保证桥梁结构的安全性是保证桥梁结构运营使用安全的关键。因此,在选择桥梁结构装饰材料时,就必须通过材料取样试验的把关手段来保证材料的安全性和控制材料的破损率。
  (3)设计标准不高
  鉴于我国道路桥梁设计对于规范标准的要求并不高,一旦在对道路施工进行改造施工时就会不同程度地对道路交通的便利性造成麻烦和留置安全隐患,并且势必会影响到桥型的美观。因此,在进行桥梁设计时就必须考虑到这一点,同时综合现场因素,尤其是在桥梁的主梁或梁侧预留一定的空间,以便为桥梁后期可能进行改造施工创造施工空间与条件;
  四、道路桥梁改善措施
  1、加强培养设计人员责任意识及专业水准
  设计道路桥梁关系着人们生命安全及财产安全,因此必须要加强设计人员的安全意识及责任意识培训,无论是学习或者参加培训班,都应该不断的充实其专业知识。在設计之时,要全面统筹考虑,结合实际大胆去创新,通过有效方法来降低风险,提升施工质量。不管该项目多大多小,都要依据科学作为准则,用严谨求实之态度确保各项设计与计算方案,尽量杜绝各种隐患,加强安全。
  2、合理选择道路桥梁的设计方案
  合理选择道路桥梁设计方案,能够大大提高桥梁的安全性和耐久性。道路桥梁结构设计的主要形式包括大跨径桥梁和标准跨径桥梁两种。大跨度桥梁设计具有较强的个性特征,可以根据不同的控制因素实施不同的设计方案,与之相反的标准跨径桥梁则具有较多的共性特征。由于标准跨径桥施工方便、造价经济标准化,能够预制装配等优点,在实际设计过程中常常选择标准跨径桥的设计方案。
  3、综合考虑各种相关因素
  道路桥梁设计工作是桥梁建设的第一步,对施工工作起着指导作用。因此,在进行设计时除了按照设计规范符合强度要求外,还要充分考虑到其安全性和耐用性。设计前应该做好实地勘察工作,分析地质、交通流量、环境等因素,设计出与考察实际相符的主体结构。另外要分析当地的雨水、风力、温度、湿度等因素,选择耐冲刷、耐风化的原材料。
  4、道路桥梁设计方案的选择 
  道路桥梁设计方案的选择是其设计的前提和基础,因此若想在设计中达到预期的使用目的,方案的选择也是重要的。桥梁设计中往往有多种方案可供选择,不仅要考虑安全、稳定等技术因素的影响,还涉及施工难度和工期要求等施工因素,这些因素相互关联,相互制约,构成一个复杂的系统。决策者要选择最优方案可以综合运用层次分析法(AHP)和模糊综合评判理论。
  (1)设计方案选择要素
  一般在道路桥梁设计方案的选择上,决策往往会从设计方案的经济性、技术性以及适用性考虑。经济性,即设计方案体现出的工程成本,工程工期要求等,比如若某项道路建设需要2年,决策者就会考虑这2年内各种施工材料的市场行情变动等;技术性,即方案中的设计能否在具体施工中得以实现,尤其是方案中设计新技术情况时,更是决策者主要审核的地方;适用性,首先其是否符合国家相关法律法规的要求,同时建成之后能否对区域经济进行有益的促进。若考虑不当,没有正确估计当地经济发展的后劲,进而导致道路或桥梁应用不久便超负荷运转,因此埋下不安全因素。
  (2)设计方案选择方法
  设计方案涉及的因素过多,选择上难度很大,那么如何在形式各样的方案中选择最适合的呢?可以使用层次分析法与模糊综合评判理论相结合方法进行方案选择。在充分分析工程特点以及实际需求的基础上,将复杂的决策问题按照重要程度逐层分解,并将其影响工程的程度以及彼此间相互影响的关系抽象出来,并在不同层次予以组合,进而形成层次分明、各影响因素直观的方案选择模型;基于成型的多层次模型,结合相应的工程案例以及实际工程的需要,进行筛选。这种层次型方案选择方法不但可以全面地比较设计方案的优劣,而且较为客观和科学,消除了主观意识选择的盲目性和片面性,进而极大提高了方案选择的水平。
  5、加强道路桥梁结构安全性和耐久性设计
  桥梁在使用和建造过程中,必然会受到各种外来因素的作用,如环境、有害化学物质的侵蚀、车辆、超载、人为因素、地震、风力等,同时桥梁自身结构材料性能也会不断退化,这些因素均会造成桥梁结构发生不同程度的损坏。现在许多道路桥梁较为严重的质量问题就是断面老化,经常带来各种不必要安全隐患。出现这种隐患根源就在于设计之前,并没有依据项目的特征要求,再结合周边环境、自身特征及使用后的交通量等各种因素,结合各个方面做综合预测与分析;由此可见在设计之前,不仅仅要关注设计强度达到标准、规范要求,还要考虑设计项目的耐久性与安全性等各个因素。尤其是大跨径桥梁,很多大跨径桥梁由于拉索的耐久性问题而不得不进行提前换索,这样不仅影响了桥梁的正常使用,还会造成一些不必要的经济损失。因此,在进行桥梁设计时,提高对道路桥梁的安全性和耐久性设计的重视,有效避免此类现象的发生,提高道路道路桥梁的使用寿命。
  6、科学选择道路桥梁结构材料
  道路桥梁具有较强的安全性和耐久性的关键就是钢筋混凝土的质量及合理使用。钢筋混凝土的质量能够直接影响到道路桥梁结构的安全性、适用性以及耐久性。混凝土的耐久性主要取决于混凝土的材料组成,其中影响较大的是水灰比、强度等级以及水泥用量等。设计时要严格遵守桥规JTGD62-2004等设计规范,其次对道路桥梁结构耐久性的设计要求做了基本规定,明确规定了在不同的使用环境下选择不同钢筋混凝土的要求,对于混凝土耐久性影响较大的水灰比、最低强度等级、水泥用量、最大氯离子含量和碱含量等均作了明确的规定。因此,提高桥梁钢筋混凝土结构耐久性的关键一方面要加大混凝土保护层厚,以保护钢筋免于锈蚀,另一方面要防止和控制混凝土出现裂缝。
  7、加强工程项目的风险管理
  随着道路桥梁设计安全性及耐久性要求的提升,各种隐患问题逐渐显现出来。对于相关设计人员来说,要全面的、综合考虑各个方面因素,依据道路桥梁具体要求做出合理工程设计。比如桥梁使用必然会受到有害的化学物质侵蚀、自然环境,并要承受地震、车震及自然条件等各种外来作用,同时各种建材也会逐渐老化致使结构损伤与劣化等,这些都是设计者要提前考虑到的。在设计中,要做好各种防范措施,降低项目的风险管理。
  8、借鉴国外的优秀经验和成果
  现阶段,我国道路桥梁在设计方面存在的问题主要是桥梁结构在正常使用方面性能较差,如桥梁的线形不平顺、接头容易跳车、振动过大以及结构易开裂等,且存在桥梁安全性和耐久性问题。对于我国桥梁在设计上出现的这些问题,我们应当参考国外先进的桥梁设计技术,认真研究优秀设计成果以及优秀施工经验。可以采纳欧洲国家对桥梁结构性能的设计经验,包括结构变形、对桥梁结构出现裂缝的处理以及消除或者减小振动的方法、手段等,进一步增强桥梁结构的安全性和耐久性设计。
  结束语
  道路桥梁的设计是一个复杂的系统,设计过程中需要运用很多知识。在进行设计工作的时候,要综合考虑各方面的因素,根据具体的实际情况进行合理的设计。只有设计的科学到位,才能保证道路桥梁的质量。
  参考文献
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