1公路曲線橫坡超高設計。
在道路彎道上(主要是立交橋匝道上),貨車經常發生側翻或者貨物側倒,或者貨車沖出護欄。本質原因是曲線上的實際行駛速度與路段的設計速度相差太大,曲線的設計橫坡與實際速度嚴重不匹配,這也是理論(規範)與實踐的矛盾。公路彎道橫坡的設計與設計速度、彎道半徑、車況(重心高度、兩側輪胎寬度)有關。根據技術標準,公路最大設計超高橫坡為10%。
現實中,我們必須正視以下事實:①彎道上發生事故的大多是超高貨車,轎車側翻的現象很少。(2)在主幹道上,無論這壹段公路的設計車速有多快,大部分超高載貨車的車速壹般都控制在60 ~ 100 km/h,也很可能會開得更慢,甚至在彎道停車(0 ~ 50 km/h)。(3)立交橋的匝道曲線有兩種情況。壹種是車輛較多時,行駛速度壹般為0 ~ 30 km/h,貨車側翻或貨物側翻事故多發生在該路段的低速行駛或停車狀態。
另壹種是車輛少的時候,從主路高速駛來的貨車不會減速,在匝道上超速行駛,會沖出匝道護欄側翻。對彎道車輛側翻事故的處理建議:①公路彎道最大超高橫坡的設計應主要考慮超高貨車的實際速度、貨車最大側翻承載能力與最大橫坡的匹配關系,按超高貨車最大速度和停車兩種極端情況折中橫坡更為安全合理。橫坡不應完全按公路的設計速度設計(如設計速度為50km的匝道曲線中橫坡按30km/h設計,設計速度為120km的主曲線中橫坡按100km/h設計);②按照折中考慮後的車速設計的曲線超高橫坡,對於以設計速度行駛的汽車來說,可能會略感不適,但可以避免或大大減少貨車的側翻事故;(3)對於個別車輛從主幹道進入互通立交匝道曲線超速沖出護欄、發生傾覆的情況,可采取延長漸變段、設置限速標誌、減速帶等綜合措施予以解決。
2.曲線橋精細化施工的要求
按照常識,平曲線彎是不能做成分段折線的,要滿足平曲線平順的要求。當平曲線彎道半徑較小時(如互通匝道橋),上部預制梁或現澆梁兩側的翼緣板也必須按平曲線的凹凸要求近似施工(不能在壹跨內做成直線),否則僅靠混凝土防撞護欄的外觀做成曲線是很危險的, 且梁板翼緣位置防撞護欄鋼筋不能空焊(彎外緣)或切斷(內緣)。
目前施工單位做不好橋梁的豎曲線,主要包括橋面鋪裝和防撞護欄。墩頂橋面標高準確位於豎曲線上,而跨中預制或現澆梁壹般為直線空間線,與豎曲線有漸升誤差。因此,在豎向凹曲線部分,預制梁或現澆梁頂板應按反拱施工;在豎凸曲線部分,預制梁或現澆梁應按起拱法施工。
3.是否在帶掛籃的箱梁橋面上設置混凝土找平層。
長橋面瀝青混凝土鋪裝層的剝落和開裂是壹種常見的工程病害,其中掛籃懸澆連續箱梁橋面混凝土鋪裝層的設計是否是該病害的重要原因之壹壹直存在爭議。實際上,掛籃施工的連續箱梁分為多個節段,影響懸臂箱梁結構撓度和變形的因素復雜,各節段的懸臂撓度值實際上很難按照監控設計值來控制。
因此,懸臂橋頂面很難達到設計標高和平整度要求,往往會有露頭和鋼筋嵌孔處理不好,給橋面直接鋪築瀝青混凝土面層的施工帶來壹系列問題:①橋面防水層如果采用冷噴塗(如fyt-1),容易被鋼筋頭或不平整的混凝土凸塊刺破;在預拌熱瀝青碎石防水粘結層的情況下,不平整的混凝土表面會造成碾壓和粘結不良,不同程度地影響甚至破壞防水層的質量;(2)瀝青混凝土路面厚度嚴重不均勻(10cm以上常見高差),凹陷部分不壓實,會直接影響瀝青混凝土的密實度和平整度。
總之,通過現場事實分析發現,在掛籃懸澆橋上不設置橋面混凝土找平層,對橋面瀝青混凝土及其防水層的破壞更大。因此,建議在節段連續橋箱梁頂面預留6 ~ 8 cm厚鋼筋網混凝土找平層,並預留插筋。只要對箱梁頂面進行沖洗和鑿毛,采用細石混凝土,降低混凝土坍落度,將找平層混凝土強度等級降低到C35(能滿足結構受力強度要求),刷面層等相對容易的措施,就能保證找平層混凝土的質量。總之,混凝土找平層的質量控制比掛籃箱梁的撓度控制容易得多。因此,在掛籃懸索橋面上設計混凝土找平層,更容易保證瀝青混凝土面層的質量。
4關於橋梁預應力的設計與施工
在橋梁預應力的實際施工中,目前在張拉順序和空間布局上往往存在很大的矛盾。主梁和次梁的名稱不像工業與民用結構那樣用於橋梁結構,但主梁和次梁的結構受力機理也是存在的。例如,在下墩無蓋梁的現澆連續箱梁的結構形式中,相對於橋跨的縱向箱梁腹板梁,墩支座頂部的暗梁為主梁,縱向腹板梁為次梁;箱梁頂面的橫向懸臂翼緣板相對於縱跨箱梁腹板梁是次梁,縱跨腹板梁是主梁。
因此,對於主梁和次梁概念明顯或隱含的連續箱梁結構,確定橋梁結構預應力張拉施工順序的原則應是對稱均衡,主梁緊跟著次梁,或預應力張拉施工應在主梁和次梁相互交叉壹半的位置進行。當空間布局出現矛盾時,“次筋用主筋代替,主筋用預應力筋代替”是鋼筋施工的壹個基本原則。但在實際操作中,往往會出現需要切割鋼筋,會造成壹定的結構薄弱,工人返工量大,施工方、監理、業主意見不壹致等諸多麻煩。所以,首先設計院在設計圖紙的時候壹定要把鋼筋的縱橫空間布局壹起考慮,有空間沖突的地方基本都提前“消化”了設計圖,只留下壹些小問題就地解決。“精細設計”必須走在“精細施工”的前面。只有做好了精細的設計和精細的施工,才能出現精品。
5.與臨時結構相關的問題,如承重支架和混凝土模板。
混凝土承重支架和混凝土模板結構倒塌是幾乎所有建築從業者的壹大煩惱。很多事故的發生並不是因為人們的無知,而主要是因為現場人員不清楚這些臨時結構的受力機理,不知道關鍵的細節以及如何驗收,也就是說主要是專業技術水平不夠,盲目操作造成的。鑒於施工中臨時結構事故頻發,施工中各工序的設計計算方法和關鍵細節處理措施應在施工規範中更加詳細明確。目前很多施工招標文件規定使用壹定厚度的鋼板作為表面模板,這其實是對模板工程的不完全理解。
混凝土模板結構應該是壹個完整的結構受力體系,由面板及其背面、水平和垂直側面以及最後的對拉螺桿或外頂撐組成。混凝土的側壓力(或豎向重力)通過面板逐層傳遞給後面的結構構件,各構件的受力和變形機理不同。面板的應力和變形是由自身材料和厚度以及背面之間的距離等綜合因素控制的,而不僅僅是面板本身。其實只要精心設計模板結構,更換面板,以光面竹膠板為面板,鋼(或方木)背撐的組合模板也是很有效的,招標文件中不應該硬性規定壹定厚度的鋼板。
6.公路橋梁設計荷載標準與實際情況的對比分析
現行公路工程技術標準中,車輛荷載標準為五軸貨車550kN,車長15m,行駛前後各車道車輛間距約45m,車輛軸重約100 kn;橋梁計算為跨中集中荷載(180 ~ 360 kN)和跨中均布荷載(10.5 kN/m)的組合模型。橋梁竣工驗收試驗采用3軸車輛,前後輪距4.8m,總重35 ~ 40t,每條並排車道前3輛,後3輛。目前在公路上行駛的重型車輛壹般是15 ~ 18m長的六軸車輛,總重85 ~ 150~200kN,軸重150~200kN。而且壹個車隊裏很多貨車經常前後尾隨,行駛距離往往不到20m,停在右車道就集中在前面。
可以看出,橋梁驗收荷載超過設計荷載約1.5倍,而橋上實際重車荷載與設計荷載相比超載(2倍以上),較為常見。如果按照設計考慮前後車間距為45m,則目前各橋跨上實際車輛總荷載的超限值不算太大(約為設計荷載的2倍),但重點是故障車或車禍等突發事件造成的堵車,前後左右車間距僅為1 ~ 2 m,車輛占滿橋面。甚至壹個55t的正常貨車車隊都是並排停在右邊車道。
針對當前車輛超載嚴重的現實,壹些橋梁設計院在標準和規範的基礎上,自行提高了設計安全系數。這種被迫的“超規違法設計”行為雖然起到了讓他們設計的橋梁結構不至於倒塌的作用,但也助長了壹系列社會不良作風。這樣壹來,車輛生產廠家、車主、交管部門、施工單位都不會嚴格執行標準,必然導致更大的惡性循環,橋梁坍塌事故會越來越多。
因此,從工程建設者的角度,建議:①希望車輛生產企業、公路運輸管理等行業與公路工程建設行業壹起,嚴格遵守國家制定的技術標準,層層把關,杜絕超載超限車輛上路行駛;②公路技術標準除關註橋梁縱向跨度的荷載標準外,還應關註或增加對橋梁橫向翼緣的懸臂、箱的跨度、橫向的整體平衡與穩定、施加縱向預應力後對結構橫向的影響等方面的壹些規定;③公路車輛最不利組合荷載標準、橋梁設計計算荷載模型、橋梁成橋荷載試驗在車輛形式和力學換算(車輛總荷載和單跨橋梁最大單軸荷載)方面應基本壹致,城市橋梁和公路橋梁的設計標準應統壹;(4)根據標準載重汽車車隊(至少5輛)和汽車滿載時產生的最不利分布荷載,對公路橋梁整體和最不利部位進行平衡和穩定性計算和校核,計算機軟件與結構工程師手工計算相結合。
如何處理嚴格遵守現有規範與突破現有規範之間的矛盾
任何現有的技術標準都不是包羅萬象的,它們在歷史和覆蓋範圍上都有局限性。壹方面,要對不斷湧現的創新科技成果及時補充內容;另壹方面,經過實踐檢驗,需要彌補或修正現有規範的缺陷。“四大創新”和新發明層出不窮,沒有現成的規範和標準可循。所以工程實踐中經常出現的矛盾是:所有的新事物都不在規範裏,凡是不在規範裏的,不管正確與否都不允許做,做了就要承擔“責任”。
政府要有完善的創新風險法律機制,或者建立創新科技成果風險投資基金承擔經濟風險,規定哪壹級專家對方案設計或評審有效,在最終成果評審前可以預實施,評審專家、使用者、監管者有什麽責任。往往檢查後發現有些事故基本符合規範和管理程序,但實際上甚至已經發生了事故,就是現有規範沒有涵蓋壹些偶然因素(不全面)或者壹些不為人知的細節(不深入)。在這種情況下,施工單位違規操作的結論往往被用來“忽悠人”。
遵守現有規範,突破現有規範矛盾的正確做法應該是尊重客觀事實,在參照現有規範和標準(質量、安全、環保指標保持不變或有所提高)的基礎上,運用科學原理、科學計算和科技方法解決實際問題,以理論指導實踐,並在實踐中不斷創新、總結和提高國家規範和標準的理論水平。9結論1)只有全面實施精細化設計、施工和管理,才能生產出精細化產品,逐步完善和更新國家規範和標準的要求,是強化精細化思維的前提。2)國家標準和規範只有與時俱進不斷更新完善,更加符合社會實踐規律,才能發揮積極作用。
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