摘要：本文針對(duì)橋梁與路基的關(guān)系、路側(cè)寬容設(shè)計(jì)提升道路安全性能、橋梁構(gòu)造安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面，對(duì)公路橋梁工程設(shè)計(jì)與安全進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；工程設(shè)計(jì)；安全系統(tǒng)

公路安全設(shè)計(jì)過程中，要正確對(duì)待公路的各種基礎(chǔ)設(shè)施，特別是設(shè)計(jì)好其中的橋梁部分。設(shè)計(jì)中必須協(xié)調(diào)解決好橋梁與路基、橋梁各細(xì)部構(gòu)造與地形地質(zhì)之間的關(guān)系。在車輛事故中車沖出路外駕駛員通常需要付出慘重代價(jià)，所以進(jìn)行路側(cè)寬容設(shè)計(jì)和改造非常必要。

1 橋梁與路基的關(guān)系

為保證行車舒適，結(jié)構(gòu)耐久適用，山區(qū)高速公路標(biāo)準(zhǔn)跨徑大中橋一般均采用先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)或墩梁固結(jié)的連續(xù)一剛構(gòu)混合體系。全剛構(gòu)體系由于一座橋梁墩高相差較大，需通過調(diào)整橋墩線剛度來改善橋墩受力，橋墩尺寸種類就較多，施工相對(duì)麻煩。全連續(xù)結(jié)構(gòu)聯(lián)長(zhǎng)不能太長(zhǎng)，墩臺(tái)水平位移較大，墩柱尺寸需設(shè)計(jì)的相對(duì)大一些。山區(qū)高速公路橋梁多為彎、坡橋，曲線梁橋在彎扭耦合作用下，具有沿某一不動(dòng)點(diǎn)變形的趨勢(shì)，單向行駛的大縱坡長(zhǎng)橋在長(zhǎng)期反復(fù)的汽車制動(dòng)力作用下，梁體具有沿汽車行駛方向滑移趨勢(shì)，如采用全連續(xù)結(jié)構(gòu)，即上下構(gòu)之間為橡膠支座連接時(shí)，這種滑移趨勢(shì)往往造成梁體受力不平衡，支座脫空甚至破壞，從而導(dǎo)致梁體開裂。因此山區(qū)高速公路橋梁宜采用先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)或墩梁固結(jié)的連續(xù)一剛構(gòu)混合體系既適應(yīng)平面線形又適應(yīng)橋梁受力特點(diǎn)。

2 路側(cè)寬容設(shè)計(jì)提升道路安全性能

路側(cè)寬容理念的涵義是寬容道路的使用者，當(dāng)他犯錯(cuò)時(shí)有足夠的空間和時(shí)間，讓他為所犯的錯(cuò)誤付出最小的代價(jià)，而這個(gè)時(shí)間和空間是由道路設(shè)計(jì)者提供。理想狀態(tài)下的路側(cè)安全設(shè)計(jì)是什么?一輛高速行駛的汽車。直路，加速，突然前面出現(xiàn)了一個(gè)急轉(zhuǎn)彎，剎車不及，車沖出路外……駕駛員面對(duì)的將是什么?大部分人會(huì)想到護(hù)欄，其實(shí)最理想的是一片平地!足夠?qū)挘钡杰囁俳档?，駕駛員反應(yīng)過來，然后回到大路，繼續(xù)他的行程。在對(duì)公路大橋結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從大跨橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的布置、技術(shù)應(yīng)用等方面，對(duì)大橋原安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及存在的主要問題進(jìn)行分析研究。并從項(xiàng)目選擇、監(jiān)測(cè)設(shè)備的選用、傳感器布設(shè)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)運(yùn)行模式等方面對(duì)大橋原結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，為工程設(shè)計(jì)與實(shí)施提供依據(jù)。在路側(cè)安全的系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)策方面，路側(cè)寬容理念應(yīng)當(dāng)在項(xiàng)目里得到集中體現(xiàn)。根據(jù)研究成果，寬容設(shè)計(jì)分為主動(dòng)引導(dǎo)、盡可能降低事故傷害程度、適度防護(hù)共三個(gè)層次。主動(dòng)引導(dǎo)是第一道防線，目的是通過各種引導(dǎo)手段使車輛正常行駛而不至沖出路外。首先在路側(cè)設(shè)置輪廓標(biāo)，通過視線誘導(dǎo)讓駕駛員知道路側(cè)位置，駕駛員就不會(huì)偏離中心車道行駛。改善線形對(duì)于提高路側(cè)運(yùn)行安全性是一種投資大、實(shí)施周期長(zhǎng)，卻是最根本的改善方法。對(duì)于以前修建的交通事故多發(fā)的不良線形組合路段，運(yùn)用運(yùn)行車速理論，改善線形，可以有效提高行駛安全性。

3 橋梁構(gòu)造安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD62—2004)9.3.16條也有相應(yīng)規(guī)定：“預(yù)制T形截面梁的橫隔梁連接，宜采用現(xiàn)澆混凝土整體連接”，在斜交橋及異形橋需橫向弱聯(lián)結(jié)時(shí)鉸結(jié)是很好的形式。平原地區(qū)受凈空和橋臺(tái)填土高度限制，橋梁上構(gòu)要求盡可能降低建筑高度，可以減小縱坡，降低路基填土高度，減少占地及降低路基處理難度?！豆蜂摻罨炷良邦A(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(ITGD62—2004)關(guān)于偏心受壓柱條文說明5.3.10指出，“當(dāng)10／h＞30時(shí)，構(gòu)件已由材料破壞變?yōu)槭Х€(wěn)破壞?！毙逼律蠑U(kuò)大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)必須考慮基礎(chǔ)擴(kuò)散角和覆蓋層厚度以及施工時(shí)相互影響。樁基礎(chǔ)不管受力形式如何，施工方法上多是挖孔樁和鉆孔樁。一般矮橋墩設(shè)計(jì)由強(qiáng)度控制，墩高高時(shí)須考慮橋墩穩(wěn)定問題。大量計(jì)算實(shí)驗(yàn)表明對(duì)于先簡(jiǎn)支后剛構(gòu)(墩頂與上構(gòu)為鋼板焊接)和先簡(jiǎn)支后連續(xù)(墩頂與上構(gòu)為橡膠支座連接)的多跨T梁橋來說，墩柱有效長(zhǎng)度10=1.2～1.431，1為墩柱高度，當(dāng)1=40m且采用矩形截面時(shí)，h≥1.2～1.43×40／30=1.6～1.907m，h=50m時(shí)h≥2～2.383m，當(dāng)墩厚大于2m時(shí)實(shí)心矩形截面經(jīng)濟(jì)性降低，墩柱為材料破壞時(shí)，采用實(shí)心矩形截面，其高度不宜超過50m。墩高較矮時(shí)，其施工既復(fù)雜又不美觀所以少采用。當(dāng)墩高較高時(shí)Y型薄壁墩施工只需一套模板，只需搭一個(gè)支架，對(duì)于地面橫坡較陡搭支架困難，模板需求量大的山區(qū)橋梁，Y型薄壁墩有顯著優(yōu)勢(shì)。立交橋優(yōu)化設(shè)計(jì)主要通過交通組織優(yōu)化管理和交通工程技術(shù)措施對(duì)現(xiàn)有橋梁及道路進(jìn)行改造，提高通行能力。設(shè)計(jì)方案分兩個(gè)階段進(jìn)行。通過優(yōu)化立體交叉口的交通組織和管理，利用交通標(biāo)志、標(biāo)線和物理隔離設(shè)施對(duì)現(xiàn)有道路進(jìn)行改造。在立交兩側(cè)修建兩個(gè)對(duì)稱的上跨回頭曲線，在兩邊新修兩個(gè)匝道，分別滿足由立交轉(zhuǎn)彎需求。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)根據(jù)擁堵，路段轉(zhuǎn)彎較多，視線不好，標(biāo)識(shí)、標(biāo)線不清晰，占道行駛現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生?？赏貙挰F(xiàn)有道路，針對(duì)擁堵現(xiàn)象突出、標(biāo)志標(biāo)牌不清等問題，通過交通渠化設(shè)計(jì)和交通管理措施以及局部路段或路口的改造和拓寬，爭(zhēng)取在最短時(shí)間內(nèi)解決本路段交通問題；未來規(guī)劃對(duì)道路進(jìn)行拓寬取直等。

4 路側(cè)凈區(qū)讓事故車輛軟著陸

路側(cè)危險(xiǎn)物能移除就移除；不能移除的可以移位，讓危險(xiǎn)物離道路更遠(yuǎn)；如果既不能移除也不能移位，就要采用解體消能設(shè)施或裝置，來降低車輛與其碰撞的嚴(yán)重性，必要時(shí)還需對(duì)危險(xiǎn)物進(jìn)行標(biāo)識(shí)和防護(hù)。路側(cè)凈區(qū)是指由車道邊緣線開始向路外延伸的平緩，無障礙物區(qū)域。在實(shí)際中，凈區(qū)條件很難達(dá)到理想化，所以課題組制定了優(yōu)先順序?qū)Σ?。如果引?dǎo)手段不能完全避免路側(cè)事故，當(dāng)車沖出路外時(shí)，道路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡可能提供路側(cè)凈區(qū)，使事故車輛“軟著陸”。車駛出路外首先遇到的是路肩。如路肩夠?qū)捒商峁┍容^大的容錯(cuò)空間，接著就是邊溝，其中交通量、排水量都不大的道路可采用淺碟形邊溝，如用矩形邊溝要硬化路肩，并在邊溝上加蓋板，使凈區(qū)由原來的硬路肩處一直延伸到路塹邊坡的坡角處，凈區(qū)寬度得到了很大改善，路側(cè)安全性大幅增加。車沖出路外時(shí)設(shè)置在路側(cè)堅(jiān)硬的桿柱是威脅之一，可設(shè)置一種路側(cè)桿柱解體消能裝置來固定桿柱。當(dāng)車撞上桿柱時(shí)，不再是硬碰硬而是裝置斷裂，桿柱倒下，消減了車輛一部度，又不對(duì)車輛造成大的損害，有效保護(hù)駕駛員。路基波形梁護(hù)欄板延伸一段并錨固在混凝土橋梁護(hù)欄上，同時(shí)將波形梁護(hù)欄端部附件的立柱進(jìn)行加密實(shí)現(xiàn)護(hù)欄剛性連續(xù)變化，為更好導(dǎo)向碰撞車輛還可在波形梁板下方添加槽鋼做的摩擦梁，這種處理方法具有成本低施工方便的優(yōu)點(diǎn)。

5 完善公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)

積極建立完善公路橋梁安全監(jiān)控體系，確保公路橋梁結(jié)構(gòu)安全。實(shí)現(xiàn)公路橋梁管理程序化、規(guī)范化、科學(xué)化。公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)GQJS不僅進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析還包括動(dòng)態(tài)可視化數(shù)據(jù)前處理界面、結(jié)果圖形瀏覽和檢索、數(shù)據(jù)圖形檢驗(yàn)、預(yù)拱度設(shè)置、施工圖繪制等一系列設(shè)計(jì)功能。結(jié)構(gòu)體系可分階段形成，備階段可具有不同的靜力圖式。GQJS軟件適用于任意可作為平面桿系處理的橋梁結(jié)構(gòu)體系，如：簡(jiǎn)支梁，簡(jiǎn)支一連續(xù)梁、連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、連續(xù)拱、桁架結(jié)構(gòu)、T型剛構(gòu)、斜拉橋以及框架結(jié)構(gòu)等。系統(tǒng)能對(duì)大跨徑橋梁各種目前常用的施工工藝，如：懸臂施工、頂推法施工、臨時(shí)支架組裝等結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)行施工階段和使用階段綜合分析。系統(tǒng)采用了兩端帶剛臂的偏心梁?jiǎn)卧?，因而考慮了多根桿件交匯于一個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)剛域效應(yīng)。系統(tǒng)施工階段計(jì)算荷載包括：體系調(diào)整(包括脫離工作的桿件恢復(fù)工作、頂推施工過程中支座的撤換)、張拉預(yù)應(yīng)力鋼束、拆除臨時(shí)鋼束、結(jié)構(gòu)自重、集中荷載、分布力、強(qiáng)迫位移、拆除桿件元荷載，單向受力桿脫離工作荷載、混凝土收縮徐變引起的二次內(nèi)力、混凝土收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失等。道路及橋梁系統(tǒng)工程完善與優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，道路交通設(shè)施建設(shè)總體目標(biāo)應(yīng)以地面網(wǎng)絡(luò)和交通設(shè)施為基礎(chǔ)，優(yōu)先發(fā)展公交客運(yùn)交通，建設(shè)城市快速路和市區(qū)軌道交通體系，建成以地面公共客、貨運(yùn)輸為主體，快速路和軌道交通為骨干的多種運(yùn)輸方式相結(jié)合協(xié)調(diào)發(fā)展。

6 結(jié)束語

建立健全公路橋梁安全監(jiān)控體系，完善公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)于公路工程與橋梁的設(shè)計(jì)建造十分重要。要進(jìn)一步解放思想加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和工程創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)更好的安全功能發(fā)揮。