道路桥梁设计中结构化设计的具体应用探讨

2021-11-26祝喜林

魅力中国 2021年24期

祝喜林

（广东省冶金建筑设计研究院有限公司武汉分公司，湖北武汉 430000）

引言

按照传统路桥项目设计方案开展施工活动，不仅工期漫长，且施工期间存在大量影响项目质量以及安全性的因素。特别是在路桥项目体量逐步增大、功能需求增多的背景下，传统设计方案已经无法满足需求。而结构化设计模式的出现，有效地弥补了路桥项目设计环节的短板，提升了路桥项目设计水平。从设计效果方面来看，结构化设计能够减少砼原料使用量，并对各种建材的使用情况进行了更为详细的说明，能够确保路桥项目的质量符合设计标准。从安全性方面来看，这种全新的设计模式站在全局视角审视路桥项目的施工过程，对各个环节的衔接进行了灵活调整，并对可能出现的安全问题进行预估，降低安全事故发生概率。从经济层面来看，结构化设计能够充分发挥各种建筑部件的作用，通过巧妙的组合搭配让路桥项目在保证质量符合标准的基础上，达到缩减工期的目的，通过压缩工期、节省建材等方式减低施工成本，为施工单位争取到更大的利润空间，达到多方共赢的局面。

一、结构化设计原则

想要探究如何在路桥项目设计过程中应用结构化设计模式的问题，先要了解结构化设计的基本概念以及设计原则。所谓的结构化设计，主要是指设计人员需要将路桥项目看作一个整体，针对完整的路桥项目开展设计工作。具体而言就是要明确路桥项目的建设需求以及施工现场实际情况，确定施工现场所有的限制条件，在确定设计目标（例如项目承重能力、工期、施工成本等）的基础上结合施工单位施工能力，制定科学合理的设计方案[1]。从抽象层面来看，结构设计的设计理论与统筹学的思维逻辑存在相似性，都是先明确目标，再寻找到达成这一目标的最优路径。这种设计方式在工程体量庞大、工期漫长、资金投入多、质量要求以及安全要求高的路桥项目中发挥出重要的作用。

实际运用结构化设计模式时，为了充分发挥该设计方式的优越性，设计人员需要时刻遵循以下几条设计原则：

首先，整体性原则。实际运用结构化设计模式时，设计人员需要遵循整体性原则，将完整地路桥项目作为设计目标，分析该项目所具备的优势与特点，重点体现桥梁结构的整体性特征。特别是针对具有特殊使用需求的路桥项目，需要将更多的精力投入到设计环节，对特殊使用需求进行深入分析，结合目前所具备的施工条件以及现有的建造技术，在满足桥梁施工需求的基础上尽可能压缩施工成本。借助对于路桥项目的整体设计，让该项目的各项参数能够得到系统性的满足，确保具体施工环节能够稳定进行[2]。此外，遵循整体性原则，能够让设计人员从整体角度出发对施工成本进行宏观把控，避免由于某一个或者某几个环节出现设计问题而影响项目的总成本。

其次，连续性原则。城市规模的快速扩张，使得城市交通压力逐渐增大，为了确保车辆行驶安全，需要不断提升路桥项目的荷载承受能力。这种背景下，设计人员在对路桥项目进行结构化设计工作时，需要遵循连续性原则，确保每一个施工环节之间的衔接变得更加科学，避免由于某一个施工段质量出现问题而影响路桥项目整体的稳定性与安全性。

最后，均衡性原则。由于路桥项目资金投入量巨大，因此设计人员要尽可能延长路桥项目的使用寿命，而想要达到这一目标就要在进行结构化设计时遵循均衡性原则。具体而言就是在设计桥梁结构过程中，需要确保桥面的荷载能够均匀分布，对路桥项目的总体结构进行与优化，特别是针对桥台、桥头等容易出现质量问题的区域进行重点设计，维持桥梁结构整体的稳定性，避免车辆行车过程中出现跳车等问题[3]。

二、结构化设计的积极作用

（一）提升项目可行性

实际开展结构化设计工作过程中，设计人员需要着重分析项目的施工可行性，对各种不同的设计方案进行综合对比，结合不同设计方案的长处以及实际施工条件对路桥项目进行综合分析，依据项目需求以及施工水平对路桥项目的结构进行针对性设计。一方面，设计人员需要确保路桥项目总体质量符合标准，这是开展所有设计工作的基本前提，只有在保障施工质量的基础上才能考虑其他设计问题。另一方面，设计人员需要对路桥项目的施工细节进行全面分析，明确施工过程中可能出现的安全问题，以及可能会影响施工质量的因素。

（二）提升施工质量

采用结构化设计的方式代替传统设计模式，能够对路桥项目细节结构进行优化，提升施工项目总体质量。此外，利用结构化设计明确每一个施工步骤的具体内容，确保建筑施工活动能够顺利开展[4]。作为一种全新的设计模式，设计人员想要充分发挥结构化设计的效用，需要具有较高的设计素养以及创新意识。不仅要掌握大量路桥结构设计理论知识，还要具备丰富的工作经验，推动结构化设计模式的持续发展。

三、路桥项目设计中运用结构化设计的具体方式

（一）案例分析

为了方便介绍，这里以南湖村立交工程项目为例子，南湖村立交位于黄陂与武汉市交界的南湖村，是一座全互通式立交桥。该立交工程南接解放大道下延线，北连新河特大桥，以全互通形式跨越三环线，是连接黄陂与武汉市区的重要通道。

本项目设计范围为南湖村立交的部分工程。主要包括A 匝道部分、C 匝道、E 匝道、G 匝道和跨越三环线的主线桥。主线桥设计时速60km/h，桥面宽度33.75-40.0m；匝道设计车速40 公里/小时，匝道桥单车道8.5m，双车道10.5m。

设计人员采用结构化设计模式，结合项目施工要求以及施工现场实际情况等信息，明确该项目的总成本要求以及施工质量要求，结合施工单位施工水平，制定施工方案。

（二）砼部件设计

结构化设计模式下，设计人员需要对材料质量进行严格把控。为了提升路桥项目的稳定性，通常会使用砼原料作为施工材料，将砼原料作为桥梁结构填充材料。因此，想要确保路桥项目质量符合需求，就必须对砼原料的质量进行严格把控。

从整体上看，结构化设计模式下围绕砼原料所开展的设计活动主要包括两方面内容，即砼原料的选择以及砼原料的使用。由于砼原料需要经过拌和才能得到，因此在拌和之前需要对使用的粗骨料、细骨料、砂石、水以及各种外加剂的比例进行灵活调整，依据施工现场实际情况对拌和料的比例进行微调。为了确保砼不同的刚性符合施工要求，施工人员需要依照设计好的材料配比方案，明确各种建材以及运输建材车辆的重量，明确砂石、水泥等材料的磅秤标准。实际开展拌和工作时需要对砼原料中的骨料含水率进行严格检测，以此为基础确定用水量。

此外，施工人员需要严格依照装料的步骤逐步装车，通常情况下先要将骨料装车，再将水泥装车，最后将砂石装车。在结构化设计中涉及的各种拌和料也要与水泥材料一同装车。这里需要注意的是，运送外加剂过程中需要依照砼原料拌和需求对外加剂进行分装，在拌和过程中将外加剂与粗骨料、细骨料一同进行拌和[5]。正式开展拌和工作时，相关工作人员需要严格依照结构化设计方案对砼原料进行拌和，一方面要确保各种材料的比例与设计要求一致，另一方面要严格控制砼原料拌和时间，确保砼原料性能。此外，结构化设计框架下，设计人员为了确保砼部件的质量符合施工标准，需要制定详细的塌落度实验以及和易性实验，并在进行技术交底时对这些内容进行着重讲解，施工人员在正式开始灌注活动之前，需要严格按照结构化设计方案中的内容对砼原料进行塌落度以及和易性实验，待实验结果符合施工要求之后再开始浇筑工作。

结构化设计模式下，为了确保砼部件的承载能力以及使用年限符合项目要求，在对该项目进行结构化设计工作过程中，设计人员要指出钢筋砼部件所具备的特殊化学性质，由于该项目所处环境空气湿度较大，因此砼部件容易被腐蚀。针对这一问题，设计人员在进行结构化设计工作时就要预估项目正式投入使用之后，可能出现的腐蚀问题。结合实际情况制定科学合理的防腐蚀措施，避免砼部件在长时间腐蚀作用下出现变形或者脱落问题，影响其稳定性与安全性，条件允许的情况下可以在砼部件的外侧增加保护层，延长砼部件的使用寿命。

（三）防水设计

除了砼部件设计问题之外，如何对路桥结构进行防水设计也是设计人员需要着重探讨的问题。借助结构化设计模式对路桥项目可能出现的渗水、漏水、冒水问题进行有效地预防与处理。路桥项目正式投入使用之后，如果无法快速排净路面的积水，或者无法确保路桥项目结构的防水能力，会让水分逐步渗入路桥项目内部，破坏该项目的完整性与安全性，不仅会影响车辆的正常行驶，还有大幅度缩减路桥项目使用寿命，增加运维成本。针对这一问题，设计人员在对该项目进行结构化设计工作时，需要重点关注防水设计方案。一方面，设计人员要使用具有良好密闭能力的砼原料开展施工作业，借助砼部件良好的密闭性阻止水分渗入部件内部。同时，为了避免砼部件出现开裂问题，在浇筑过程中可以在砼部件内部布置配筋网，避免砼部件出现大规模开裂问题，加入复合纤维进一步提升砼部件的防水能力。设计人员开展结构化设计工作时，先要明确业主对于路面的基本要求，即路面不会出现起皮或者脱落问题，在明确了具体要求后针对可能造成路面脱漏或者起皮的问题进行深入分析，对施工环节以及施工内容进行补充与调整，提升路面的延展性[6]。另一方面，设计人员需要依据工程项目具体需求科学布置排水管道的位置，并灵活调整管道数量，确保路面积水能够快速排出，提升路桥项目整体防水能力。