桥梁设计中的隐患及解决措施

侯鹏达

(衡水市公路勘测设计所，河北 衡水 053000)

某桥梁基础为Φ1.2m的钻孔灌注桩，桥台为埋置式桥台，桥梁所处的公路路面宽为40m，其中快车道为31m，人行道为2.5m，绿化带为2m，呈现左右两幅分布。桥梁单幅宽度为35m，两幅总宽为70m，桥梁中心线与公路路线间的夹角为67.555。上部板梁为15.15m+2×24.34m+15.15m跨的现浇肋板梁，梁高为1.5m，现浇梁的横向悬臂为2m。

一、桥梁设计中的隐患分析

（一）结构设计隐患

在桥梁设计中，设计人员首先需要考虑的问题是桥梁主体结构的合理性、安全性及经济适用性，包括桥梁结构主体构造、结构承重能力、结构材料选择、结构后期维护的便捷性等内容。目前，一些桥梁设计人员往往将关注焦点集中在结构强度及桥梁的外在美观上，而当桥梁交付使用后，桥梁主体结构的使用寿命仅能保持5年～10年，究其原因，是由于设计桥梁时，设计人员忽略了桥梁结构的耐久性指标，而决定桥梁耐久性的主要因素是如何科学合理地选择桥梁结构材料。

比如以碱集料反应这一耐久性指标为例，桥梁混凝土材料中存在大量的活性矿物材料，这些材料一旦与材料中的碱性溶液接触，就会发生碱集料反应，进而影响桥梁结构的耐久性。因此，在设计桥梁时，为防止这种现象的发生，设计人员需要从三个方面考虑：一是选择低碱水泥；二是使用非活性集料；三是使用掺合料。对于正常施工环境而言，水泥的碱含量最高值不得超过3.0kg/m3，如果在潮湿环境下施工，水泥中的碱含量最高值不得超过3.5kg/m3。对于混凝土集料来说，应当使用低碱量的混凝土材料，或在混凝土集料当中添加多孔性轻集料，以避免发生碱集料反应。另外，也可以通过使用掺合料的方法，控制碱集料反应，比如在水泥材料当中添加5%～10%的硅灰，或者添加20%～25%的粉煤灰，都能够延长桥梁结构的耐久性。

（二）设计理念落后

近年来，由于桥梁自身质量原因而出现的桥梁坍塌事故时有发生，追溯事故源头，与桥梁设计人员的设计理念、设计思路有着直接联系。比如国内某高架桥引桥匝道坍塌事故主要是由于独柱墩桥梁的设计缺陷所致。该高架桥的主体结构属于钢梁加混凝土结构，每日来往重型车辆较多，超载现象屡见不鲜，当车辆荷载远远超出桥梁允许的偏载限度后，明显加大了发生坍塌的可能性。据业内专家介绍，独柱墩桥梁在设计上允许向一侧偏，但偏载需要设定一个上限值，根据相关标准要求，桥梁单侧能够承受150t左右的荷载量，而该桥梁坍塌前，车辆总荷载已经超出这一荷载量的两倍之多，虽然在超载作用下，独柱墩偏心受压承受力能够满足1.4倍的设计荷载使用要求，而坍塌桥梁的荷载量已经超出设计荷载的1.6倍。

二、针对桥梁设计中的隐患采取的有效解决措施

（一）优化设计方案

某桥梁的总桥宽为70m，而规划设计方案中的整幅公路宽度为40m，其宽度只满足于桥头两侧道路的转变半径需要，即公路两侧的宽度为15m，因此，桥梁的转变半径所需的桥面宽度的额外部门只能用作道路绿化。结合这一特点，现有公路宽度以外的桥梁工程可以作为首选的优化对象，即保留原始的水面、堤岸等自然景观，避免桥梁基础设在这些区域，而是通过种植绿色植被的方法烘托视觉效果，同时，将现浇肋板梁改为预制T型板梁，可节省大量的安装与管理费用。

1.桥梁平面布局优化方案

如图1所示，首先将①轴和⑤轴两侧道路中线向外移动，使桥梁与两侧道路之间的接顺弧位全部布置在两侧的道路上，在确定桥梁长度范围时，应确保在长度内不存在接顺弧位，进而将桥梁的宽度布置为统一宽度，即40m，这时该桥梁的总宽度便由原来的70m缩减到40m，也就是说位于桥梁两侧的总宽度为30m的桥面绿化带被取消。

图1 桥梁纵剖平面图

2.桥梁纵断面优化方案

在图1当中，②轴和④轴之间的跨径约为45m，这与河涌规划设计方案中预留50m宽的跨径要求相符，但是在原设计方案当中，在堤岸两侧边坡范围内布置的跨径为14m，因此，可以取消①②轴及④⑤轴之间的桥跨，利用钢筋混凝土制成的“U”形桥台予以替换，使桥梁跨径满足河涌规划设计方案的要求。

3.桥梁设计方案优化效果评价

原桥梁设计方案的估算投资约为1300万元，通过采取以上三种优化措施，在保持原桥梁功能性的同时，可以节省投资805.67万元，节省投资费用已经超过总投资费用的50%，由此可见，这种优化方案可行性较高。优化效果评价表如表1所示。

（二）优化混凝土配合比

在设计桥梁时，首先应当考虑桥梁的耐久性，优化混凝土配合比例，保证混凝土强度及坍落度等技术指标能够满足标准要求。比如在配制该桥梁工程的高强混凝土时，设计人员应当遵照《公路桥涵施工技术规范》《普通混凝土配合比设计规程》及《现代混凝土配合比设计手册》的要求，使混凝土的坍塌度保持在150mm～180mm之间。当粒径为4.75mm～9.5mm的碎石用量与粒径为9.5mm～19mm的碎石用量比值为4：6时，混合集料的级配值接近中值，符合规范和设计标准要求，这时根据混凝土配制强度计算公式，可以计算出混凝土强度值为59.9MPa，这种高强度混凝土对提升桥梁整体结构强度可起到决定性作用 。

表1 桥梁设计方案优化效果评价表

（三）重点关注桥梁下部构造设计

为了提高桥梁支座的强度，可以选用板式橡胶支座，这种支座主要由多层橡胶片与薄钢板镶嵌、黏合压制而成，硬度值为60，适用的环境温度为-40℃～60℃，其竖向刚度较大，能够承受桥梁自重及外部车辆给桥体带来垂直荷载，同时，能够把桥梁上部结构的反力及时传递给桥梁墩台，并且具有较好的弹性。因此，在设计桥梁支座时，可以选用天然橡胶制成的板式橡胶支座。

三、结语

通过桥梁设计实例可以看出，设计理念、设计监督及桥梁结构设计隐患能够直接影响桥梁的整体质量，因此，设计人员应当结合施工现场的水文条件、地质条件及自然气候条件优化和调整设计方案，保证桥梁质量并突显桥梁的美观度与适用性。同时，将桥梁下部构造作为设计重点，从材料选取、施工工艺等多方面要素予以考虑，以提升桥梁基础强度。