市政道路桥梁设计中的安全性和耐久设计探讨

时间：2024-07-28

林荣华

（石狮市规划设计院有限公司，福建石狮 362700）

0 引言

道路桥梁是城市以及国家发展的“血管”，对于城市经济提升，健康发展发挥着重要作用，在对桥梁进行建设时需要对其安全性、耐久性进行全面的考虑，从而提升道路桥梁使用的安全性。

1 案例分析

该工程是石狮市灵秀镇青创西城城市规划项目，其中包括道路、交通、照明、排水系统改造和绿化工程等。道路工程中在道路交通规划图中的定位为城市支路，规划红线宽度 18米。按照石狮市灵秀镇青创西城规划和竖向规划图。该工程共有两条支路其中宝山路起点位于灵秀镇青西城灵山沟与宝山路交叉口，终点止于灵秀路与宝山路交叉口，长度为180.964米；利民南路的起点位于宝山路和利民南路交叉口，终点位于石狮关区陆运进出口货场报验中心与石狮市龙整进出口贸易有限公司交界，长度为167.297米。

在道路设计前需对土质情况加以充分的了解，建设现场的土质性质对道路的建设以及后期投入使用的安全性和耐久性起到直接的影响，因此需要做好土质性质勘查工作。该工程中通过对地质钻研表明场地除上覆杂填土层外，上部土层则以坡残积成因为主，基底母岩为燕山早期花岗岩，在勘探深度范围内场地的岩土层自上而下可划分为五层：杂填土（2～3.6米）；中砂（2～3.6米，层厚0.7～2.2米）；粉质粘土（3.7～5.3米，层厚2.3～4.7米）；残积砂质黏性土（6～9.8米，层厚4.9～8米）；砂土状强风化花岗岩（埋深13.1～15.2米，层厚 2.5～3米）；碎块状强风化花岗岩（埋深 16.8～18米，层厚 0.9～1.2米）。对岩土主要设参数及建议值设计，本工程参见表一：

表一：岩土主要设计参数及建议值表

④残积砂质黏性土18.7 5.70 180 1：1.25 23.4 15.1 0.0 2.5 65 0.35 4.5×10-5*⑤1砂土状强风化花岗岩21.5* （50）* 500 1：0.75 30.0* 30.0* 130 0.50 5.0×10-4*⑤2碎块状强风化花岗岩22.5* 800 1：0.75 32.0* 32.0* 200 0.55 4.5×10-3*注：1、以上数值系根据原位测试、室内土工试验及本地区经验，《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG 3363-2019）综合确定。2、当基础宽度大于2m或基础埋深大于3m时，承载力需根据《公路桥涵地基与基础设计规范（JTG 3363-2019）表3.3.4及《建筑地基基础技术规范》（DBJ13-07-2006）等有关规范进行修正。3、带“*”参数为经验值，括号内为变形模量。

之后对场地的水文地质条件、场地地基土的腐蚀性、不良地质、不利埋藏物和地质灾害、场地稳定性和适宜性、地基土的均匀性与稳定性进行评价分析，对路基土的类别与土基干湿类型加以辨别。对岩土工程加以评价，本工程路基土主要通过人工回填杂填土、粉质粘土、中砂、风化岩层等组成。下部岩土层主要是分布连续的松散状中砂层，该层在7度地震应力作用下，可能发生中等液化，其顶板埋深和厚度变化均相对较大，分布比较不稳定，其地基强度较差，工程性能不良。再对路基的设计进行规划，对于宝山路和利民南路应当首先清除地表建筑垃圾以及生活垃圾含量较高的杂填土，然后通过应用透水性较好级配砂碎石或者其它透水性较好的填料分层碾压回填至设计路基标高后用作路基持力层。对新旧路基交界处采用做台阶，增设加筋土工格栅来提高新旧路基搭接过渡段的强度，提高道路的安全性和耐久性。

2 市政道路桥梁设计中的安全性和耐久设计的意义

市政道路桥梁设计中的安全性和耐久设计对于道路建设工程质量以及使用年限的提升发挥着重要作用，在实际开展的过程中需要对各个环节加以充分考虑，在设计阶段需要参与工作的人员具备良好的专业知识以及设计技能，并对安全性和耐久设计加以不断的创新，根据实际情况制定最为科学、合理的设计方案，对其中存在的问题加以充分的考虑，从而确保在实际的施工过程中以及道路建设完成后能够正常、安全使用。市政道路桥梁是我国民经济建设中一项十分重要的工作内容，对于确保人民群众安全出行发挥着重要作用，因此在市政道路桥梁设计中加强安全性和耐久性设计不仅是对人民群众负责，在促进我国民经济的发展中也发挥着重要作用[1]。

3 市政道路桥梁设计中的安全性和耐久设计存在的问题

3.1 设计问题

现阶段，因为受到经济以及技术等因素限制，市政道路桥梁设计中存在一些问题亟待解决，在市政道路桥梁项目中需要对其安全性以及耐久性加以充分的考虑。但是在实际的市政道路桥梁设计中相关人员优先考虑到的是经济性问题，在确定投入资金后再对道路桥梁的结构进行设计。按照相关规定对于市政道路桥梁的设计应当首先对其安全系数加以考虑，之后对结构以及构件的连接方式进行设计。在正式投入使用后可能存在承重能力达不到标准要求。另外存在部分设计人员因为自身能力不足，在绘制图纸时存在标准不明确问题，在图纸上对于道路桥梁的受力点以及受力方向设计不明确，导致道路桥梁部分结构受力集中，对其使用的安全性和耐久性造成极大的影响。还存在部分设计人员对于材料性能了解不完善，对于钢筋、混凝土的设计不合理，导致道路桥梁的安全性以及耐久性造成影响。

3.2 资金问题和工期限制

由于道路桥梁项目工作量大，情况复杂，又受到工期要求，导致很多环节的开展不得不加快进度，这直接导致工序之间存在衔接不良情况。同时因为工期紧张，建设单位对设计单位施压，导致设计人员在进行勘测设计过程中为能够按时完成勘测设计工作，而忽略了细节的设计，导致道路桥梁设计在后期的施工过程中出现各种各样的问题。另外，部分建设单位为确保自身能够获取最大利益，盲目压低造价，设计人员按照造价进行设计，对道路桥梁的安全性和耐久性造成严重影响。

4 市政道路桥梁设计中的安全性和耐久设计的提升策略

4.1 改善路面的抗疲劳性能

在道路桥梁投入使用后其会受到很大的动荷载，并随着加载的不断增加，会导致道路桥梁逐渐产生疲劳。因此在对道路桥梁进行设计时需要相关人员加强对疲劳指标的设计以及验算。造成道路桥梁出现疲劳损伤的不只是高温和动荷载，同时温度过低也会导致其出现断裂情况，因此在进行实际的设计时需要对当地的环境加以充分的调查，通过实验室对路面材料进行合理的设计，从而有效提升路面的抗疲劳性能。

4.2 提升路面设计

对于路面的设计需要根据实际情况加以科学、合理的设计，从而确保市政道路桥梁项目在后续的投入使用后能够保持良好的安全性和耐久性。路面的设计通常从刚性和柔性两个方向进行考虑。其中刚性路面指的是面层板体的刚度比较大，具有较高抗弯拉强度的路面，通常这种路面主要材料为水泥混凝土。水泥混凝土路面的设计主要包括接缝式、接缝式钢筋、连续钢筋三种混凝土路面，当前主要选择使用接缝式水泥混凝土设计，水泥混凝土路面面层的厚度设计为30至35厘米，面层下为30厘米后级配粒料，抗弯强度4.41MPa，CBR值大于85%。对于水泥混凝土路面的设计需要从材料方面下手，确保其在施工应用中能够满足标准。水泥应当尽量选用旋窑硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。粗集料应使用质地坚硬、耐久的碎石、碎卵石或者卵石。细集料应采用质地坚硬、耐久、洁净的机制砂、天然砂或混合砂。对于水的选用不应含有影响混凝土质量的油、酸、碱、盐类、有机物等。混凝土配合比应当按照弯拉强度进行配合比设计，通过抗压强度进行强度检验。最大水灰比应当低于0.48。拌合物的摊铺塌落度需要控制在0至65毫米。在浇筑后及时进行养护工作。可以通过水泥砼路面和5%水泥稳定碎石基层两种方式，对于水稳碎石层混合料的级配可以参考表二：

表二：水稳碎石层混合料的级配范围

对于柔性路面刚度小、具有较低的抗拉弯强度，主要是通过抗剪强度、抗压来承受车辆荷载。目前主要为沥青混凝土路面。对于柔性路面的设计优化，除需考虑材料的质量外，需要将面层设计增加至 15厘米，提升抗辙能力，并对路面的排水性加以合理的设计，避免因为浸泡导致路面受损。

4.3 合理规划结构设计

对于结构的设计需要从平面设计、纵断面设计、横断面设计以及路基填料和压实度、路基处理、路基边坡、路基防护、路面设计、参数设计、抗滑设计、材料以及技术要求等方面进行综合考虑。其中对于平面的设计需要按照以下原则满足交通功能，保证主流交通的快速、顺适、安全、连续，确保和规划路线基本一致；保证和现有以及在建的道路合理连接，同片区规划的路网协调一致；避免与道路两侧已批用地的矛盾；尽量与周围景观相协调；要符合城市道路设计规范要求。减少房屋的拆迁，尽量避开庙宇及古树名木。对于纵断面的设计需要满足规划要求、最小排水纵坡；与道路两侧用地规划标高相适应；与地形相结合；减少土方，节约土地资源，降低工程造价。对于横断面需要根据实际情况对道路的横坡度加以设计。进行路基填料设计时，应当保证填料均匀、密实，应优先选用级配较好的砂类土，例如粉质粘土或残质砂质粘性土不得使用泥炭淤泥、有机质土、素填土等作为填料，路堤应分层填筑，均匀压实。对于路面的设计需要路面具有刚度大、承载力强、稳定性好、抗滑

性好、使用年限长等性能考虑[3]。路堤应分层填筑，均匀压实，土壤CBR强度值保持在15%以上。