公路桥梁的设计荷载标准与现实状况的比较分析

1关于公路弯道的横坡超高设计问题

在公路弯道上(主要是在立交桥匝道上)经常出现货车侧翻或货物侧滑坠落，或者货车冲出护栏事故，究其本质原因，就是在弯道上的实际行驶车速与该路段设计车速差别过大，弯道的设计横坡与实际车速严重不匹配，也是一个理论(规范)与实践出现矛盾的问题。公路的弯道横坡设计与该路段的设计车速、弯道半径和车辆状况(重心高度和两侧轮胎宽度)等因素有关，根据技术标准，公路最大设计超高横坡是10%。在现实中，必须正视的几个事实是:①在弯道上出事故的绝大多数是超高货车，小车翻车现象很少见。②在主道上，无论该段公路的设计车速有多快，绝大多数载重超高货车车速一般都控制在60～100km/h，也很可能在弯道上行驶更缓慢甚至停车(0～50km/h)。③在立交桥匝道弯道上，存在两种情况，一种是当车辆比较多时，行车速度一般在0～30km/h，货车侧翻或货物侧落事故往往就发生在此地段的低速行驶或停车状态;另一种是当车辆很少时，从主道高速驶来的货车不减速，在匝道上超速行驶，会冲出匝道护栏外翻车。针对车辆在弯道容易出现侧翻事故的处理建议为:①公路弯道路段的最大超高横坡设计应该主要考虑超高货车的实际车速、货车的最大侧翻承载力与最大横坡之间的匹配关系，根据超高载重货车的最快速度和停顿两个极限状况对横坡进行折中考虑更安全合理，而不应该完全按照公路的设计车速来设计横坡(如在50km设计时速的匝道弯道按照30km/h车速设计横坡，在120km设计时速的主线弯道按照100km/h车速设计横坡);②根据折中考虑之后的车速所设计的弯道超高横坡，可能对按设计速度行驶的小车略有不适，但却能避免或大大减少货车的侧翻事故;③对从主道进入立交匝道弯道出现的个别车辆超速行驶而冲出护栏翻车的情况，可以通过加长渐变段、设置限速标牌和减速带等综合措施解决。
2关于对曲线段桥梁的精细化施工要求
根据常识，平曲线弯道不能做成分段折线，而应该符合平曲线的和顺要求。当平曲线弯道半径较小时(如立交匝道桥)，上部预制梁或现浇梁的两侧翼缘板也必须要求近似地按照平曲线凹凸要求施工(一跨内不能做成直线)，否则，仅靠混凝土防撞护栏的外观做成曲线，而梁板翼缘位置的防撞护栏钢筋要么腾空焊不上(弯道外缘)，要么被割除(内缘)，实际做不到护栏钢筋焊接生根，这很危险。目前施工单位更多地是做不好桥梁竖曲线，主要包括桥面铺装层和防撞护栏。桥墩墩顶位置的桥面标高准确地位于竖曲线上，而跨中的预制或现浇梁一般是空间直折线，该折线与竖曲线有渐变的矢高误差，所以，在竖向凹曲线部分，应该按照反拱施工预制梁或现浇梁顶板;在竖向凸曲线部分，应该按照起拱方法施工预制梁或现浇梁。
3关于是否设置挂篮悬浇箱梁桥面的混凝土调平层问题
长大桥面沥青混凝土面层的剥落开裂是一个普遍的工程病害，其中对用挂篮悬浇的连续箱梁设计了桥面混凝土铺装调平层，是否是其中一个重要的病害致因目前存在争论。事实上，用挂篮悬浇施工的连续箱梁，由于分的节段多而且影响悬臂箱梁结构挠度变形的因素复杂，各节段的悬臂挠度值实际上很不容易按照监控设计值控制。因此，悬臂桥的顶面很难达到设计标高和平整度要求，而且经常有预埋钢筋的露头和孔洞处理不好，随之给直接摊铺桥面沥青混凝土面层施工带来一系列问题:①桥面防水层如是冷喷涂(如fyt-1)，就很容易被钢筋头或凹凸不平的混凝土突出块戳穿;如是预拌热沥青碎石防水黏结层，由于混凝土面凹凸不平会造成碾压不到、黏结不好，对防水层质量均有不同程度的影响甚至破坏;②沥青混凝土面层厚度严重不均(高差10cm以上很常见)，凹面部分压不实，会直接影响沥青混凝土的压实度和平整度。总之，通过现场事实分析发现，对挂篮悬浇桥梁不设桥面混凝土调平层，对桥面沥青混凝土及其防水层破坏性更大。由此建议:在节段悬浇连续桥箱梁的顶面应该预留6～8cm厚的钢筋网片混凝土调平层并预留插筋，只要在施工中做到把箱梁顶面冲洗干净、凿毛，用细石混凝土、降低混凝土坍落度、将该调平层混凝土强度等级降低到C35(满足结构受力强度要求即可)，采取面层扫毛等比较容易做到的措施，确保该调平层混凝土的质量，则认为该调平层混凝土是薄弱夹层、容易自身剥落开裂的可能性就很小。总之，对混凝土调平层的质量控制相对于挂篮悬浇箱梁的挠度而言，容易控制得多。因此，在挂篮悬浇桥面设计了混凝土调平层，更容易保证沥青混凝土面层的质量。
4关于桥梁预应力的有关设计和施工问题
在桥梁预应力实工中，目前经常在张拉顺序和空间布置2个方面出现较大矛盾。在桥梁结构中没有像工民建结构那样使用主梁和次梁的名称，但主、次梁的结构受力机理同样存在。例如，在下部桥墩没有设置盖梁的现浇连续箱梁结构形式中，位于墩柱支座顶部的隐含横梁相对于桥跨纵向箱梁腹板梁而言，墩顶横梁是主梁，纵向腹板梁是次梁;箱梁顶面的横向悬臂翼缘板相对于纵向桥跨箱梁腹板梁而言是次梁，纵向桥跨的腹板梁又是主梁。所以，对于存在明显或隐含主、次梁概念的连续箱梁结构而言，确定桥梁结构预应力张拉施工顺序的原则应该是对称、均衡，先主梁后次梁，或主梁和次梁各半交叉进行预应力张拉施工。在空间布置产生矛盾时，“次筋让主筋、主筋让预应力筋”是钢筋施工的一个基本原则，但在实际操作中，会经常出现诸如需要割断钢筋造成一定的结构削弱、工人返工量大激发矛盾、施工方与监理、业主方产生意见分歧等很多困扰。所以，首先要求设计院必须在图纸设计时就把钢筋纵、横向空间布置放在一起考虑，在有空间冲突的地方预先在设计图纸上基本“消化掉”，只将一些小问题留给现场解决。“精细化设计”必须走在“精细化施工”的前面，只有精细化设计和精细化施工都做好了，才可能出现精细化产品。
5关于承重支架和混凝土模板等施工临时结构的有关问题
混凝土承重支架及混凝土模板结构垮塌，几乎是所有建筑施工从业者的心腹大患。很多事故，不是大家不重视，而主要是现场人员对这些临时结构的受力机理不明，不知道关键细节和如何去检查验收，即主要是专业技术水平不够、盲目作业造成的。鉴于施工临时结构事故易发，在施工规范中，应该更加细化明确其设计计算方法，以及施工中各道工序的关键细节处理措施。现在很多施工招标文件都规定用某厚度的钢板作面层模板，其实这是对模板工程的不完整理解。混凝土模板结构应该是由面板及其后面的横、竖两层背方，最后是对拉螺杆或外在顶撑等构件组成的一套完整的结构受力体系，混凝土的侧压力(或竖向重力)通过面板向后面各结构构件层层传递，各构件的受力和变形机理各不相同，其中面板的受力和变形受其本身的材质和厚度及其后面背方的间距等综合因素控制，而不仅仅是考虑面板自身因素。实际上，只要认真进行模板结构设计和更换面板，用光面竹胶板作面板配型钢(或方木)后背支撑的组合模板，使用效果也很好，而不应该在招标文件上硬性规定用某厚度的钢板。
6对公路桥梁的设计荷载标准与现实状况的比较分析
现行公路工程技术标准中，车辆荷载标准是15m长的5轴货车总重550kN，每车道的车辆前、后行驶车距按约45m考虑，车辆轴载大约按100kN考虑;桥梁计算是用一个跨中集中荷载(180～360kN)和一个桥跨均布荷载(10．5kN/m)的组合模型;桥梁交工验收检测试验是用前、后轮距4.8m的3轴车总重35～40t，各并排车道前、后各3辆紧接;目前在公路上实际普遍行驶的重车车辆是15～18m长6轴车总重85～120t、轴载为150～200kN，而且往往一个车队有多辆货车前、后紧跟行驶，行驶距离前、后经常不到20m，集中停靠在右侧车道时的前、后车距经常是2m左右。可以看出，桥梁交工验收荷载超设计荷载约1．5倍，而目前实际行驶在桥梁上的重车荷载与设计荷载相比，则超载较大(2倍以上)且较为普遍。如果按照设计考虑的前、后车距45m，则每跨桥所受的目前实际车辆总荷载的超限值并不太大(约为2倍设计荷载)，但关键是因为出现了故障车或车祸等突发事件造成堵车，前、后和左、右车距只有1～2m，车辆停满了桥面，即使是一个55t的正常货车队全部紧邻停在右侧车道，其车辆荷载就会大大超过设计值，而这种情况在市政桥梁和穿过市区段的公路立交桥很常见，即使是高速公路，这种现象也很常见。针对目前车辆超载严重的现实状况，有的桥梁设计院就在标准规范的基础上自行上调了设计安全系数，这种不得已的“超规、违规设计”行为，虽然起到了保住他们所设计的桥梁结构不垮塌的作用，但也助长了一系列社会上的歪风邪气，结果使车辆制造商、车主、交管部门、施工单位大家都不严格执行标准，就势必会走向更大的恶性循环，桥梁垮塌事故就会越来越多。为此，站在工程建设者的角度建议:①希望车辆制造商、公路运输管理等行业与公路工程建设行业一道，共同严格遵守国家制定的技术标准，并层层把关，严防超载、超限车辆上路行驶;②公路技术标准除了注重桥梁纵向跨度的荷载标准外，还要对桥梁的横向翼缘悬臂、箱室横跨、横向整体平衡稳定，以及施加纵向预应力之后对结构横向产生的影响等情况加以注意或增加某些规定;③公路车辆最不利组合荷载标准、桥梁设计计算的荷载模型和桥梁交工荷载检测试验三者之间，无论是在车辆形式还是力学换算(单跨桥的车辆总荷载及最大单轴载)都应当规定基本一致才令人信服，而且，城市桥梁与公路桥梁的设计标准应该统一;④应该按照标准荷载的货车队(至少5辆)及小车在停满车时的标准所产生的最不利分布荷载，对公路桥梁进行总体和最不利局部的结构计算及平衡稳定验算，而且应该用计算机软件暗箱操作与结构工程师手算相结合的方式验算。
7关于如何处理严格遵守现有规范和突破现有规范规定的矛盾
现有的任何技术标准并没有包罗万象，都有历史和涵盖范围的局限性。一方面需要对不断涌现的创新科技成果及时增加内容;另一方面是经过实践检验，需要弥补或纠正现有规范存在的缺陷。“四新”成果和新发明层出不穷，其做法没有现成的规范标准可依。于是，在工程实践中经常出现的矛盾是，新东西都是规范中没有的，规范中没有的无论正确与否就不让做，做了就要承担“责任”。政府应该有一套完善的创新风险法律机制，或者建立创新科技成果风险投资基金来承担经济风险，规定哪一个级别的专家对方案设计或评审有效，可以在没有通过最终成果评审之前预实施，评审专家和使用方、监管方各有哪些责任。经常发现有的事故经事后检查，基本上都符合规范和管理程序，但实际却发生了事故甚至很大事故，这就是现有规范并没有涵盖某些偶然因素(不全面)，或者没有涵盖某些不为人知的细节因素(不深入)造成的，遇到这种情况，往往就以施工单位违章操作的结论来“糊弄人”。对于如何遵守现有规范和突破现有规范矛盾的正确做法应当是:尊重客观事实，在参照现有规范标准(质量、安全和环保指标不变或有所提高)的基础上，运用科学原理、科学计算和科技方法手段来解决现场实际问题，用理论指导实践，又在实践中不断创新、总结和提高国家规范标准的理论水平。9结语1)只有全面实施了精细化的设计、施工和管理，才能生产出精细化的产品，而逐步提高、适时更新国家的规范标准要求正是精细化思想得以强化的前提。2)国家标准规范只有与时俱进地不断更新提高、更加符合社会实践的规律，才能够起到积极的促进作用。