路桥设计及新技术的应用实践研究

王平

（山东平安路桥工程咨询有限公司，山东烟台264000）

0 引言

目前，路桥设计所涉及的内容是非常广泛的，包括桥梁的结构、施工的技术、桥梁的基础施工人员等内容。在进行具体的路桥设计过程中，一定要对地质勘查的资料进行详细分析，对路桥质量进行综合研究。新技术主要包括对计算机的辅助设计、高性能混凝土以及GIS 技术的应用，这些技术能够改善路桥的质量。本文将针对路桥设计原则，结合新技术的相关内容及应用进行阐述。

1 路桥设计及新技术的原则

1.1 完整性及安全性

路桥设计是路桥工程中非常基础且重要的内容，为了保证路桥工程的适应性，就要贯彻因地制宜原则，在充分展开地质勘查的基础上，结合路桥工程客观环境展开设计。地质勘查过程中，要绘制路桥规划设计图，根据水文条件、地质条件等因素，完成桥梁工程设计工作，与周围环境相契合，确保路桥工程建设综合效益。在进行具体的路桥设计时，一定要针对路桥的整体性原则、安全性原则、经济性原则、实用性原则等进行综合考虑。在明确桥梁主体结构和部分道路的平整度的基础上，相关人员需要充分研究路桥的安全质量标准后，才能够进行下一步的设计工作[1]。此外，设计完成后，相关人员还需要对设计方案进行评审，避免在实际施工中出现问题。

1.2 因地制宜原则

根据因地制宜原则，在进行充分的地质勘查的基础上，在保证桥梁安全的基础之上，完成对桥梁结构及形态的调整。同时，还要保证桥梁道路和周边环境是相互配合的，这样才能使桥梁形成独特的风景，实现提升桥梁整体美观性的目标。

2 路桥设计及新技术的应用、实践

2.1 合理进行路桥设计

将新技术应用于路桥设计中，能够改变传统路桥设计的问题。通过对三维模型的具体分析，可以绘制出路桥的三维模型，从而得到准确的桥梁参数。设计人员利用BIM 技术对模型进行仿真，并通过观察仿真结果，分析设计过程中的缺陷，而后对设计进行优化及改进。应用BIM 建模技术，可以建模桥梁的地震烈度，分析桥梁在不同抗震等级下的整体特点，然后进行整体改进，这样才能达到抗震效果。

在进行路桥设计的过程中，应先对桥梁的具体情况进行分析，并制定合理的方案，如更换建设路线等，从而保障路桥的建设质量，在出现危险事故时，要及时处理后才能开展建设。设计过程中一般会使用柱式墩，柱式墩可以增强桥梁的承载能力，大幅降低施工难度，所以，承载台应连接桩基，避免施工中出现问题。因为山区地形比较复杂，所以在施工过程中，要选择独柱墩的形式，桥台则应选择桩柱型和重力型进行建构。其中，重力型桥梁是最常见的规格。为了能够对重力型桥梁进行改善，要采用纵、横方向，并利用透水性材料进行过渡，这样能够避免因重心不稳导致坍塌。此外，由于路桥施工过程比较困难，所以如果设备在使用中受到限制，就会造成严重的安全隐患。会产生较大的问题，地基如果不坚固，就会使筒支结构难以完成，所以要加强路桥结构的稳定性，才能确保筒支结构的连接和正常使用。在设计过程中，要利用小箱梁结构进行建构，由于桥梁比较短，所以要利用空心板进行填充，这些结构和材料都会降低施工成本，从而加强施工的安全性，以此来提高路桥结构的质量。随着我国市场经济的日益深入，作为路桥主要使用单位的物流企业面临很大的经营效益压力，其运输车辆超载行驶的问题越来越突出，尤其是对于处在关键要道位置的路桥，其磨损消耗程度相比一般位置路桥更为严重恶劣，针对该类普遍问题，一方面需要协调各级政府进行政策宣贯，同时加强相关执法部门的检查纠正；另一方面要考虑在路桥的设计阶段对超载问题进行预先控制，采取多种措施深度优化提升路桥的荷载承受压力水平，进而在最大程度上提升路桥的使用寿命及运营效率，为社会化大生产的有条不紊贡献力量。从具体操作层面来看，需要采用限载举措，在路桥关键区域设置警示性标志板，唯有如此才能尽量从源头上降低路桥荷载承受压力，同时可以通过增加其他设施设备的方式进行强化路桥荷载阈值。

2.2 GIS 技术

目前，GPS、GIS、RTK 等技术主要被应用于路桥设计前期的地质勘查中。例如，可以通过GPS 技术借助卫星的高分辨率来进行拍摄，完成对路桥施工区域内的全方位测量，提高整体勘测的效率和精准度，提升整体路桥设计的效果；通过应用GIS 技术，可以借助它的图像生成能力，对路桥的地理信息进行全面展示。在设计过程中应用三维GIS 技术，能够为路桥设计提供更加直观的地理信息，加快路桥的优化设计，并对路线进行规划，全面提高整体的设计效果[3]。

2.3 新结构及高性能材料

在桥梁设计过程中，新的结构对改善桥梁的性能有良好的促进作用。鉴于每种施工材料都是不同的，因而在进行选材的过程中一定要注重质量，从而保证路桥的顺利施工。设计人员应考虑到各种材料的实际应用，并对可能出现的问题进行预处理，确保在使用时不会出现错差。例如，纤维混凝土能够增强混凝土的黏性，增加整体结构的强度，扩大路桥的稳定性。从实际执行层面来看，一方面要重视对前期勘察调研工作人员及外部机构的专业素质审核，确保由专业的人做专业的事，兼顾工作效率的提升及工作效果的展现；另一方面要细致入微的开展现场工作，对路桥可能涉及的全部层面进行摸底排查，同时秉持以实际运营需求为导向的前向化工作思路，致力于防患于未然。从具体操作层面来看，需要对路桥建立相对完备详细资料档案，将在各个阶段汇总整合的信息详实体现在档案中，切实做好一桥一档，同时需要重视对档案信息的及时维护更新，采取多种措施保证将日常巡查发现的问题及日常进行的小修保养实时归档并建立分支档案，着眼为路桥的整体设计提供积极参考。

3 案例分析

3.1 概述

南京长江隧道工程江心洲大桥是南京围棋街运河的标志性建筑，为双向六车道，是由空间主电缆和单柱塔构成的混凝土组合梁。该桥结构新颖，造型独特，技术先进。

3.2 工程概况

在该工程的桥梁施工部分，地表地震动峰值加速度为0.158g。形成了一个垂直和水平的支撑系统。主荷载加固梁采用钢箱梁结构，锚荷载加固梁的边梁为混凝土箱型预应力梁结构。在两座桥梁中间，可以根据独柱形式进行分析，如果横桥分为两股的话，那么在垂直平面上，应根据空间限行对横梁进行铺垫。在吊索位于竖直平面上时，应根据桥梁的设计对横向抗震支座进行加劲。允许最大桥向根据双向活动阻尼进行位移，如果在位移过程中，桥梁与桥塔钢桁梁之间存在问题，应根据实际情况进行分析并及时处理，避免坍塌[4]。

3.3 桥梁设计

悬架桥的索面由主电缆和线束构成，分为水平索面和空间索面，对应的主电缆分为水平线性和空间线性。通常室内绳索对施力梁的横向移动和扭转有很大限制，可以有效提高桥梁的耐风能力。在设计桥梁的索系时，由于桥梁的结构差异，设计人员充分考虑了主电流和侧电流的不同要求。空间索面结构施工方便，受到的限制较小，所以整体的耐风能力比较弱。所以在使用过程中并不明显，钢箱梁的横向在空间索面上应进行扭转，能显著提高桥梁的防风能力。主侧栏电缆和线束被水平布置在电缆表面上，尽可能简化侧栏电缆系统的结构。在桥梁设计过程中，可以根据具体的施工情况进行分析，如果施工中出现的问题较多，应根据桥梁本身的原因进行分析、总结。施工中出现的问题往往和设备相关，所以，施工人员应先对设备进行分析、检测，如果设备有问题，应及时维修。在设计的过程中，设计人员可以根据主电流和侧电流的不同要求进行设计。

3.4 主跨吊索

在对该桥进行试验的过程中，应根据运营阶段进行分析。如果该桥具有良好的耐风性能，则可以根据水平索面、空间索面进行规划，其中，根据平面线形以及空间线形的要求，在桥上仅用一种缆线方式，这样能减小扭转力的约束。然而，在这样的设计中，不仅能够提高桥梁的施工质量，还能有效加强桥梁的抗风能力。主通路的上端和连接处设置了中心球面轴承，下端设置了轴方向球面轴承，风振问题较为突出。向心节点座和轴向节点座，很少被用在国内的桥梁工程中，传统的地理信息系统在二维方面发展更为成熟，它本质上是带有各种抽象符号的系统，不能给人以直观的感觉。路桥需要更多的三维设计，二维地理信息系统很难满足。随着图形学理论、数据库理论技术和计算机虚拟现实技术的进一步发展，三维地理信息系统也就随着而出并得到发展，并且具有很强的推广应用需求。与二维地理信息系统相比，三维地理信息系统表达的客观世界可以给一个更现实的感觉，与三维建模技术的用户显示地理空间现象，不仅要表达空间对象之间的平面关系，而且描述和表达它们的垂直关系。如上所述，在三维地理信息系统中，道路设计会变得很方便。基于DEM 的公路线路设计和计算修建道路开挖和土方回填量。实施过程如下:设计的轮廓的选择(道路中心线)，系统会弹出对话框，用户输入参数，参数包括路面宽度的缓冲带的宽度和DEM 在X和Y 方向加密网间距。在道路设计线中心线加密适用于加密计算较少的情况，DEM 加密网格间距适用于稀疏网格DEM 网格间距的情况下，使用加密技术可以使计算土石方工程量的精确结果。横跨桥梁边缘的两条主电缆平行配置，中心距离1.4m。考虑到结构、电压（包括提高侧支架主电缆交叉桥的耐振性）及景观要求，侧流电缆终端采用了两个传统电缆终端对应一根主缆的连接方式。索夹底端设钢梁，沿桥架方向在每个索夹处设双线束，以满足单根电缆的更换要求[5]。

桥梁的侧撑主缆位于两个加固梁之间，侧撑主缆的末端较陡。为简化结构，侧延伸部分采用松缆。由于分散在桥梁加劲杆上的拉索空间有限，每根主索的分散拉索在桥梁横向上是不对称的，每侧电流扩散拉索套管必须承受桥梁横向水平构件的巨大作用力，为了保持主侧杆电缆的水平对齐，在设计中，将两个松动的侧杆电缆套管连接到几个横向肋上。这种柔性横流电缆套管，不仅结构简单，还是桥梁工程中的一项创新技术，同时由于桥梁宽度较大，体积稍大，但主跨不太大，使得整个桥梁的景观性稍差。单柱桥塔是一种有效解决桥梁的横向地震稳定性问题的理想方案[6]。

3.5 案例总结

南京长江隧道工程，主要是以钢混凝土结构为主，但在设计上实现了较多创新，在施工中应用了诸多新技术。在施工的过程中，布置空间索面，主要是为了提高桥梁的抗风能力。在使用混凝土布置平面的过程中，应简化结构才能顺利的完成施工。而在设计上述步骤时，应根据主跨空间的适应能力及复杂变位，在下端设计合理的轴承，这样不仅能够确保路桥的经济价值、社会价值和艺术价值，还能创出一种新的施工技术。所以，应采用平面线形设计并根据空间进行过渡，这样的结构形式能明确受力点，满足横桥的受力要求，同时也是该桥的一种创新技术。在该桥设计的过程中，其中较小的截面尺寸应根据恒桥的受力要求进行分析，如果该桥的结构不合理，应根据实际要求制定合理的施工方案，并及时解决该问题，这也是该桥的设计特点之一[7]。

4 结语

综上所述，路桥是交通运营中非常关键的组成部分，为了能够保证路桥的质量，可以借助对各类新技术、新材料的应用来进行路桥设计，以提高路桥的安全性及耐久性。本文主要分析了路桥的设计原则及新技术的应用，对计算机技术、高性能材料、新型结构、GIS 等新技术、新材料的应用，能够对路桥的施工设计、结构设计及整体设计进行不断的改进和优化，提高路桥的结构稳定性和抗震性，提升路桥的总体价值。