關(guān)于路橋設(shè)計的隱患分析及解決策略探討

黃春林

摘 要：路橋設(shè)計對路橋工程建設(shè)的意義重大，若結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級低、環(huán)保問題不符合設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)耐久性底、結(jié)構(gòu)抗震性能較低等隱患會嚴(yán)重影響路橋結(jié)構(gòu)的正常使用。本文主要針對路橋設(shè)計中存在的隱患及相應(yīng)的解決對策做簡要的分析，以促進路橋工程的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：路橋工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計；耐久性；抗震性能

1路橋設(shè)計中的隱患

1.1路橋設(shè)計安全程度低

在路橋設(shè)計過程中，一些橋梁設(shè)計荷載等級低，不滿足現(xiàn)代規(guī)范設(shè)計的要求。同時，由于現(xiàn)代超速超載車輛數(shù)量增多，導(dǎo)致現(xiàn)代路橋安全程度降低。

1.2環(huán)境保護措施不到位

在現(xiàn)代路橋設(shè)計中，隨著道路寬度增加，路基高度增加，使得土地利用面積逐漸增多，不僅占用有限的耕地面積，且一定程度上影響周圍的環(huán)境。同時，道路設(shè)計中對道路垃圾等處理措施考慮不周全，導(dǎo)致道路垃圾越來越多，嚴(yán)重影響了周圍的環(huán)境，需要提高道路路橋設(shè)計過程中環(huán)境保護的重視。

1.3 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題

在路橋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要重視結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。由于我國多數(shù)地區(qū)處于地震分布區(qū)，若橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計不滿足抗震規(guī)范要求，可能會在地震災(zāi)害發(fā)生時，無法承受地震災(zāi)害的作用。同時，一些設(shè)計院對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計不夠重視，針對路橋工程設(shè)計，特別是針對中小橋梁結(jié)構(gòu)未開展抗震設(shè)計，或者抗震設(shè)計模型與實際結(jié)構(gòu)存在一定的差距，導(dǎo)致抗震設(shè)計結(jié)果與真實模型抗震性能存在較大的出入?；蛘呤窃诳拐鹪O(shè)計中，采用的地震水準(zhǔn)強度較低，地震烈度不滿足抗震要求，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計存在安全隱患。

1.4耐久性設(shè)計不足

在路橋工程設(shè)計中，對混凝土碳化、凍融循環(huán)破壞、氯離子侵蝕、鋼筋銹蝕等預(yù)防性設(shè)計考慮不周全。例如，在路橋結(jié)構(gòu)受凍融循環(huán)破壞的影響，會造成混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生受力性能的變化，若結(jié)構(gòu)長時間經(jīng)受凍融循環(huán)破壞后，結(jié)構(gòu)損傷積累，并造成混凝土結(jié)構(gòu)表層出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，且混凝土結(jié)構(gòu)彈性模量出現(xiàn)大幅度降低。若對混凝土碳化預(yù)防設(shè)計考慮不周全，可能會破壞鋼筋表面的保護層，從而提前使得鋼筋發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，鋼筋的表面積降低。

由于多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)處于暴露的空氣中，而空氣中CO2透過混凝土表面的孔隙擴散到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并與孔隙溶液中的堿性物質(zhì)（Ca（OH）2）發(fā)生酸堿中和反應(yīng)。此外，CO2氣體還與水化硅酸鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣等物質(zhì)發(fā)生碳化反應(yīng)，并生成碳酸鈣，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

混凝土碳化反應(yīng)的主要產(chǎn)物CaCO3屬于不溶解性物質(zhì)，且碳化反應(yīng)后生成物質(zhì)的體積增加10%，長時間的碳化反應(yīng)會導(dǎo)致混凝土保護層的銹脹開裂。

氯離子侵蝕是造成混凝土內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)耐久性下降的重要原因。路橋結(jié)構(gòu)中尤其是與冰鹽海洋水接觸的結(jié)構(gòu)部分，氯離子滲透通過混凝土縫隙與內(nèi)層鋼筋發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，腐蝕鋼結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)銹蝕等問題。鋼筋銹蝕代表鋼筋表面的保護氧化膜遭到破壞，內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)/電化學(xué)反應(yīng)加劇，生成氣體等產(chǎn)物，整體體積膨脹，最終造成混凝土裂縫甚至斷裂危害。

2路橋設(shè)計隱患解決措施

2.1提高路橋設(shè)計安全等級

（1）提高路橋設(shè)計水平

為滿足社會發(fā)展的復(fù)雜要求，現(xiàn)代路橋設(shè)計技術(shù)日益成熟、設(shè)計規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)更新較快，路橋設(shè)計工作因定期組織經(jīng)驗豐富的設(shè)計、施工專家對相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范、法律法規(guī)進行研討學(xué)習(xí)，為公路橋梁的設(shè)計工作提供基本依據(jù)。此外需組織一線路橋設(shè)計人員進行教育培訓(xùn)，提高其設(shè)計能力，培訓(xùn)可分為室內(nèi)學(xué)術(shù)性專業(yè)設(shè)計知識培訓(xùn)及施工現(xiàn)場的實地培訓(xùn)，使其深入理解工程設(shè)計理念，改善設(shè)計思路，為施工方的動態(tài)需求提供保障。

（2）重視路橋設(shè)計的疲勞損傷

在路橋設(shè)計中，為了提高設(shè)計安全等級，不可忽視對疲勞損傷因素，深入研究結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞損傷的原因，并結(jié)合具體的影響因素合理、科學(xué)的指定相應(yīng)的解決對策。針對現(xiàn)階段大跨度、高墩路橋結(jié)構(gòu)，需要重視結(jié)構(gòu)的疲勞損傷，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞損傷破壞。

2.2路橋設(shè)計的環(huán)境保護

（1）行車道綠化設(shè)計

在路橋設(shè)計中，需要重視人行道和車行道之間的綠化帶設(shè)計，其可以為行人提供陰涼，并可以阻擋道路灰塵，減少塵土污染，且可以降低車輛行駛噪音，一定程度上提高了道路的環(huán)保等級。在路橋設(shè)計中，可以在 車行道中間設(shè)計行道樹，例如灌木喬木、地表植物等，若重視喬木、需要制定合理的間距，并距離道路邊緣一定的距離。

（2）在路橋路基設(shè)計時，可以降低路基高度，減少路基的占地面積，提高耕地的利用效率，從而在確保道路路基穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，減小路基邊坡的坡度，實現(xiàn)土地利用效率最大化。

2.3路橋設(shè)計的耐久性方面

（1）控制水灰比，提高混凝土強度等級

混凝土水灰比和混凝土強度等級存在一定的聯(lián)系，例如，混凝土的水灰比越小，則混凝土的抗壓強度等級越大，且混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實程度也會大幅度改善，提高密實度。而混凝土碳化的機理是外界環(huán)境中的二氧化碳和二氧化硫氣體通過結(jié)構(gòu)孔隙進入結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此，若結(jié)構(gòu)內(nèi)部密實度較高，則會阻礙外界腐蝕氣體進入內(nèi)部，從而提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

（2）選擇適宜的水泥品種

不同水泥具有不同的性能，對混凝土碳化的影響程度不同。例如，選用礦渣水泥，其混凝土結(jié)構(gòu)碳化的速度比其他品種水泥的混凝土結(jié)構(gòu)較快。此外，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的含堿量的大小，也對混凝土碳化具有一定影響，需要合理控制混凝土內(nèi)部的含堿量，減緩混凝土碳化速度。

2.4 優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

在路橋抗震設(shè)計中，需要加強對結(jié)構(gòu)模型抗震驗算，并針對大型、特大橋梁結(jié)構(gòu)，采取一定的隔震設(shè)計措施。具體如下：

（1）選擇穩(wěn)定的建設(shè)場地，在路橋場地選址中，需要考慮該地區(qū)的地質(zhì)狀況，避免將路橋結(jié)構(gòu)設(shè)計在地震斷裂帶上，應(yīng)選擇場地地殼穩(wěn)定的區(qū)域；針對地質(zhì)情況，應(yīng)采用地質(zhì)勘測技術(shù)，確定路橋基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，避免路橋基礎(chǔ)后期出現(xiàn)不均勻沉降，降低結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（2）建立有限元模型。針對路橋，利用sap2000有限元軟件建立抗震分析模型，且在有限元模型建立過程中，針對梁柱結(jié)構(gòu)，需要采用實際尺寸建模，針對一些附屬結(jié)構(gòu)，需要將結(jié)構(gòu)換算為質(zhì)量，增加到有限元模型中，以減少有限元模型與實際結(jié)構(gòu)受力情況的差距。并針對有限元抗震分析結(jié)構(gòu)，針對梁、墩等關(guān)鍵部位，采用XTRACT截面驗算軟件進行強度驗算，以確保關(guān)鍵截面的強度滿足抗震要求，確保結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計滿足規(guī)范要求。

（3）采用減隔震設(shè)計。針對一些重要路橋結(jié)構(gòu)，可以采用減隔震設(shè)計，在墩頂 設(shè)置減隔震支座，或者設(shè)置黏滯阻尼器，增加結(jié)構(gòu)的橫向抗震性能，提高結(jié)構(gòu)的自振周期，避免與地震災(zāi)害產(chǎn)生共振現(xiàn)象，提高路橋的抗震性能。

（4）采用抗震結(jié)構(gòu)型式。在路橋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，為了提高路橋的抗震穩(wěn)定性，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能選用合適的結(jié)構(gòu)形式，提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，增強結(jié)構(gòu)抵抗地震的水平抗扭性能。

3結(jié)論

在路橋設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計等級低、忽視環(huán)保問題、耐久性不足問題、結(jié)構(gòu)抗震性能低等設(shè)計隱患，一定程度上降低了路橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，需要深入研究，改善設(shè)計思維模式，不斷創(chuàng)新新型的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力體系，從而解決路橋結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的隱患，促進路橋工程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

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