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范立礎院士曾經指出,我國多年來普遍采用的路橋設計理念與歐美等先進國家存在一定差距。比如,以“經濟、適用、安全、美觀”八字原則指導的傳統路橋設計偏重建設施工過程,輕視維護管理;重視結構強度,忽視耐久性。事實表明,這種相對短視的設計理念使我國在路橋運營和維護檢修中付出了嚴重代價。這種設計理念主要是基于建設施工過程的,同時兼顧設計使用年限,其嚴重缺陷是沒有給予路橋的環境影響和使用壽命以足夠的重視。與以往的設計理念不同,“耐久性設計”是基于全壽命周期的設計。所謂全壽命周期,其定義是道路橋梁從規劃設計開始到拆除的完整時間段。從時間長度上來看,全壽命周期不僅包含設計使用年限,還包含養護、維修、報廢、回收階段,是一個“從搖籃到墳墓”(fromcradletograve)的完整周期。采用“耐久性設計”的最顯著好處是,在設計時考慮全局成本而非僅建筑施工成本,從源頭上避免出現路橋后期運營維護費用過大的隱患。保證道路橋梁的耐久性使用需要設計、施工、運營和維護各階段的投入,“耐久性設計”尤其強調要把周期性維護檢修的成本考慮在內。在耐久性設計中,后期維護的可行性及維護難度作為重要因素被給予了較高的權重,這很有可能決定最終采用的設計方案。“耐久性設計”理念符合可持續發展觀念的設計理念,它以建筑設施的整體使用性能為目標函數,符合設計初衷和人民的根本利益。由于面向全壽命周期,“耐久性設計”理念有時也被稱作“全壽命設計”。后者作為目前許多學者所推崇和提倡的學術概念,其實擁有更廣泛的內涵。“全壽命設計”思想是“耐久性設計”理念的進一步發展,它要求設計人員不僅考慮建筑設施的使用性能,同時還必須考慮道路橋梁對周圍環境的深遠影響,以環境效益、社會效益、經濟效益的平衡為最終衡量目標。
2我國道路橋梁設計的實踐進展
伴隨著設計理念的逐漸完善與進步,我國道路橋梁設計實踐取得了長足進展。以發展的眼光來看,我國的路橋設計水平與發達國家的先進設計水平之間的差距在逐漸縮小,各地拔地而起的大跨度橋梁、城市立交橋、山區公路與隧道表明我國的路橋工程蓬勃發展。
2.1計算機輔助技術的深入應用與路橋設計水平的切實提高
在路橋設計過程中,利用專業軟件的快速優化、仿真分析、算法比較等功能或者計算機輔助設計(CAD)軟件,可以大大優化道路橋梁的設計過程。CAD的廣泛應用使得平面定線、縱斷面設計、橫斷面檢查、平面調整等流程自動優化進行,極大解放了我國道路橋梁設計人員的生產力,減輕了他們的勞動強度。目前國內路橋CAD軟件的發展呈現“百花齊放”的態勢,先后涌現出“緯地三維道路設計系統”“、路線大師”、“EICAD”“、海地”等優秀國產道路CAD軟件及“橋梁博士”、“橋梁大師”“、橋梁通”等優秀國產橋梁CAD軟件。CAD軟件的普及不僅表明我國路橋設計人員的從業水平整體較高,而且表明我國的路橋設計已經初步符合“標準化設計”的現代設計理念。隨著快速發展的計算機技術被運用于路橋設計和施工,通過數值模擬與仿真分析,設計師們能夠更精準地模擬路橋建造過程中的各種工況、路橋建成后的結構、外觀和功能,設施在臺風、地震及其他突發條件下的運行表現,路橋設施對周圍生態環境的影響以及視覺效果,便于方案在“全壽命周期”的時間尺度內進行綜合比較。
2.2智能檢測設備和無損檢測技術的應用與設計方案細節的動態調整機制
在路橋設計完成、施工完成、投入運行后,對路橋的定期維護和修養就成為保證其使用壽命的關鍵。智能檢測設備和無損檢測技術不僅可以使維護人員輕松發現裂縫和伸縮縫,及時進行維修防護;而且這些設備技術還使工程的遠程監控管理成為可能,從而降低運營成本。根據“耐久性設計”與“全壽命設計”的理念,運營維護期間發現的問題一般會及時反饋給設計者,以便分析成因,從而在以后的設計中有所借鑒。此外,針對保養維護期間發現的問題,設計師們根據實際情況對設計方案細節往往會進行動態的調整。例如,假設某所橋梁的整體設計壽命為100年,然而各部件的使用壽命并不可能達到100年。根據物料特性,橡膠支座壽命最多為20年,拉索壽命僅為15年,拉索的護套壽命為18年,鋼結構的最佳油漆保護期為15年。設計師在對零部件進行替換、修理、加固時應該充分考慮到技術與材料的升級換代,靈活調整原來擬定的加固方案。在傳統的路橋設計理念中,設計工作是“一勞永逸”的:隨著施工完成、設備投入使用,設計人員的使命就完成了。然而,在引入“動態調節機制”的“全壽命設計”中,設計人員是始終負責的。及時地反饋和調整機制不僅有助于提高設計人員的水平,更有利于維護道路橋梁的使用壽命。
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全球定位系統(GPS)是美國第二代衛星定位系統。GPS接收機是由由24領衛星組成,其中包括21顆工作衛星和2顆備用衛星,并均勻的分布在6個近似圓形的軌道上。各個軌道平面之間的傾角為55,平均運行周期為11小時58分。一般情況下能同時觀測到6顆衛星,最多時可到9顆衛星。GPS定位原理類似于傳統的后方交會原理。如果已知空間GPS衛星的具置。如果僅需確定測站點的三維坐標則GPS接收機只需要繼續接收3顆GPS衛星發射出的衛星信號。也就是取得衛星到測站點的幾何直線距離,就可以根據后房交會的原理確定測站點的三維坐標。但實際中因為造價或工程費用的原因,GPS接收機中的時鐘精度是有限的,同時與GPS時間相比有較大的偏差,所以就需要將這一時間作為待定的參數,將其與待定空間參數結合并就解,因此最少需要4顆全站儀衛星。
2GPS在道路橋梁工程測量中的應用
近年來,隨著GPS定位技術的不斷發展與完善,道路工程測量技術發生了革命性的變革,GPS技術為道路工程測量提供了嶄新的技術方法和手段。以GPS技術為依據的高速度、高效率、高精度的GPS相關技術,正逐漸取代傳統的用于道路工程測量中的測角、測距、測高程為主體的地面測量定位技術。與此同時定位范圍已從陸地和近海擴展到海洋和宇宙空間,定位方法已從傳統的靜態擴展到動態,定位服務領域已從傳統的導航和測量領域擴展到當今國民經濟建設的廣闊領域。當今,我國GPS定位技術的應用已深入各個領域,例如:GPS技術已普遍應用到國家大地水準網、城市高程控制網、道路工程控制網的建立與改造中,同時在石油勘探、通信線路、高速公路、地下鐵路、建筑變形、隧道貫通、大壩監測、地震的形變監測等也已廣泛的使用全站儀定位-GPS技術。同時隨著GPS差分定位技術和RTK實時差分定位系統的不斷發展,單點定位精度不斷提高,GPS技術不僅在工程方面應用廣泛,在導航、石油物探點定位、運載工具實時監控、地質勘查剖面測量等領域將有更加廣泛和優越的應用前景。
2.1GPS在道路建設工程控制網中的應用道路工程控制網是道路工程建設、管理和維護的基礎,其精度要求與道路工程項目的性質及規模關系密切。常規的方法多采用邊角控制網進行布設。而利用GPS定位的方法建立道路工程控制網,具有點位選擇限制少,作業時問短,工程費用低及成果精度高等特點。且GPS定位方法可用于建立道路工程首級控制網,及變形監測控制網、工程勘探、道路施工控制網及隧道等地下工程控制網的布設等等。為保證工程的精度GPS定位方法通常采用載波相位靜態差分技術。以保證工程數據精度能夠達到毫米級別。
2.2GPS在工程變形監測中的應用變形監測技術主要應用于監測大橋、高層建筑等建筑物及構筑物的地基沉降、位移及其整體的傾斜狀況等。變形監測工作的特點是被監測建筑物的尺寸比較大,監測環境復雜且對監測技術的要求比較高。傳統常規的監測技術是應用水準測量的方法,監測地基的沉降情況。傳統技術是應用小角度測量方法。投點法及視準線法監測地基的沉降位移和及整體的傾斜狀況。當今GPS技術也可應用在變形監測領域,通常我們通過建立高興度的GPS監測網,得到毫米級季度的嘴對平面位移與相對豎直監測數據,然后通過利用全站儀進行監測對比。實踐表明GPS技術可以完全取代高精度的邊交網控制測量,且精度相對較高。因此在有條件的情況下,利用GPS控制網更加方便快捷。
3GPS技術應用在道路橋梁工程測量的優點
3.1GPS技術用途廣泛:GPS技術可應用于國民經濟多個領域。在工程測量領域里,GPS定位系統可應用于大地測量、地殼板塊運動監測、工程施工、道路橋梁建設等領域,可以應用于建立各種工程監測網及進行各種繁瑣的工程測量等。進行各種工程測繁等。自動變形監測系統、工程施工的自動控制系統是未來GPS技術的在工程測量中的研究方向之一。
3.2利用GPS技術在進行線路測量時不受天氣狀況的影響GPS測量技術采用的是衛星定位原理,可以再任何的時間地點連續的進行觀測工作,且可以在視線不佳的天氣或夜間進行觀測不受天氣狀況的影響。該優點是傳統的光學測量儀器無法比擬的。
3.3GPS技術定位精度高利用GPS進行測量其精度較傳統方法要提高很多。其中、短距離精度可達毫米級。其中大型建筑物、構筑物變形監測如果采用特殊的觀測手段方法和適當數據處理模型和軟件后。其平面精度可達到亞毫米級。
3.4GPS技術應用到工程測量中工作效率高GPS技術對測量的數據具有存儲功能,通過計算機連接和繪圖軟件可以直接將測量的數據結構生成平面圖和斷面圖,從而大大減小了繪圖的工作量,提高了工作效率。實踐表明,GPS應用在道橋工程測量中可大大提高工作效率,簡化傳統的測量程序,從而大大的縮短了測量時間。利用GPS控制網進行選點其靈活度高,布網方便,基本不受通視、網形的限制,特別是在地形復雜、通視困難的測區,利用GPS技術其優越性更加明顯。
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軟土地基的排水問題增加了整個路基排水的難度,因為路基容易沉降和塌陷,路基不好控制。我國南北土質有著很大的區別,特別是南方,由于降水量充足,大部分土質都是軟而容易變形,再加上南方自然災害頻發,這使路基排水問題成了道橋建設的主要考慮問題。為了確保排水通暢,路基排水的施工以防侵蝕、便于水系統暢通為前提。可以適當在排水地方增加路面的高度,同時降低路基的坡度,就是道橋中間高,兩邊低,與周圍形成一定的角度,這樣有利于積水的排出。還有,若發現道橋路面有裂縫,應及時處理,防止流水下滲,破壞路基的硬度,避免再次沉陷。
二、路橋現階段的沉降段路基施工技術
路橋地基會出現沉降問題,除了自身材質質量問題外,就是路橋之間的銜接部位不夠緊密,路基過渡段工作沒有做好。施工人員應注意的是在施工中保持搭板和橋面面層在厚度和結構上的一致,在一定程度上減少了沉降的可能性。在方法的選擇上則應靈活處理,根據當時需要作出決定,考慮每種方法的優缺點,可以多種方法混合使用,盡量減少路基塌陷,最大程度上提升路基的承壓能力。還要考慮當地的氣候狀況,比如月降雨量和年降雨量,土質層下的水位變化情況等,然后做出最優決定。處理臺后填充材料的時候,盡量降低它的含水量。
三、道路橋梁沉降段路基施工的特點和具體要求
首先,道路橋梁的施工,不像一般修房子那樣,幾個月就可以完成。整個工程在施工中,由于長期是室外工作,所以經常會受到各種外界自然環境和其他因素的影響,比如連續幾個月的下雨,或者遇到地質災害等難免會耽誤工期,再加上道橋施工涉及面廣,如地質學、物理學等,再加上技術問題的困擾,所以復雜度和難度也是可想而知。整個工時消耗的時間因此會很長,有些甚至需要幾年才能完成,在資金和人力的投入上也是相當大。
四、影響道路橋梁路基施工的因素分析
(1)影響路基施工的質量因素有很多,每一樣工程首先考慮的都是質量問題,到路橋路基的施工也是如此。在路基的中心部位,也就是通車部位,是整個道橋的承載力的核心,所以,位置材料以及設計的整體性的結構和穩定性就變得非常重要,下面部分則是路基,工程主要要保證路基不變形,有足夠的使用時間的抗磨損性。所以,在施工前,要對路基問題進行相關資料信息的了解,設計好路基的主體部位,預算好路基坡度和橋面高度,規劃好排水系統的安裝位置。
(2)要保證路基施工時不再出現必要的麻煩問題,我們應在施工前進行詳細勘察,利用各種相關知識了解當地的地質和水文情況,對各個因素進行詳細解剖,分析出在哪些方面還需要做一定的人為工作,以改善現有狀況。路基的硬度和抗壓能力在很大程度上除了自身外,取決于填充材料,因此,一定選好材料,改變路基原有的不利條件。同時,改進和壓實路基方法是目前使用很廣泛的方法之一,在此基礎上,設計出科學合理的路基結構,也是確保整個路基質量的前期準備工作。所要考慮的因素有很多,比如還有坡度和高度,排水系統的設置等問題,這些問題小而細,卻是路基質量保證的關鍵所在,一定要在細節上重視起來。
五、當前公路橋梁沉降段路基施工中存在的主要問題
(1)道路橋梁的路面平整度不夠的問題。施工單位如果沒有嚴格的進行操作程序的管理,將會加重路橋路面的平整度急速衰減,這樣將會導致車輛在行駛過程中存在顛簸感,并且對車輛運行速度產生極大的影響。
(2)道路橋梁出現路基坍塌即跳車的問題。橋臺沉降和橋頭填土存在差異,導致梁伸縮縫與橋頭搭板之間的連接度不夠,降低了通過車輛的行駛速度,無法運行設計時的全線速度,也影響了行駛車輛的安全性和舒適度,并對橋梁產生較大沖擊。
六、總結
1.1路橋施工質量控制體系不完善
路橋施工的整體框架由鋼筋混凝土結構組成,在鋼筋混凝土施工環節極易出現以下施工問題:一是鋼筋材料的強度和配筋率不足,在材料運輸和保管環節沒有采取及時合理的抗腐蝕措施,直接導致在日后的路橋使用過程中發生鋼筋腐蝕和斷裂現象,降低路橋的使用壽命;二是混凝土施工環節對進場原料的質量管理存在疏忽,使得原料性能不能達到施工標準。在混凝土配置過程中各項原料配比不當,混凝土運輸時間沒有進行科學控制,運輸方式不當,混凝土拌制時間不足且攪拌不均勻,澆筑方法和技術不當,施工后成品沒有及時養護都會引發混凝土質量出現較大問題,是造成路橋表面開裂的主要原因。三是路橋表面瀝青或水泥路面的鋪設問題。路面鋪設通常要經過嚴格的清理作業,路面的基層鋪灑壓實,重復鋪灑和壓實作業,路面養護等施工步驟,在施工中經常出現材料鋪灑過厚或過薄的問題,致使路面很快出現缺損或沉降現象,為交通運輸帶來不便。
1.2缺乏人才和先進技術的引進
路橋施工的效率和質量從很大程度上取決于人才和技術的使用。施工單位對于先進施工技術的開發和技術人才的引進難以保證資金投入力度,直接制約了施工技術水平的提高。另外,對于施工人員技術的培訓和考核不到位也大大降低了施工技術水平的提升。
1.3對施工設計質量把關不嚴
科學合理的施工設計是保障施工順利進行的前提條件,由于施工經費不足,往往導致施工設計前的勘探作業受到影響。設計人員水平也大多參差不齊,缺乏統一規范的管理,這些都從一定程度上限制了設計的效果。
1.4施工設備性能落后且缺乏定期養護
缺乏對于先進設備的引進,或引進設備后沒有掌握操作方法使設備功能無法充分發揮是企業設備管理中存在的弊病。設備管理不力還體現在對設備維修和保養工作不到位,致使設備破損或無法正常運轉,降低了施工效率。
2提高施工管理水平的有效途徑
2.1全面開展施工安全性管理
安全管理包括以下兩個方面:第一,要保證施工人員的人身安全。第二,保證施工過程中建筑物質量合格,避免發生坍塌等危險。
2.2加大對施工前期準備工作的管理力度
為了提高市政道路橋梁的施工效率,確保工程質量,在施工開始前就要提前做好各項準備工作。并結合工程的實際情況,合理安排施工計劃,確保工程安全、高效、保質保量的完成。做好工程施工前準備階段工作,要做好以下幾點:第一,在工程開始前,要聘請專業的工程預算人員做好工程預算,然后根據預算結果,確定工程進度,編制材料和設備的購進計劃。第二,結合道路橋梁工程的實際情況,在施工前對人員分配、水電路線安裝等做好準備,合理分配工期和勞動力資源。第三,在施工開始前,應多次認真勘查施工現場,重新核對施工圖紙,組織參與施工的工作人員共同講解、研究并熟悉圖紙。第四,制定工程質量計劃,并以此為基礎和目標,并對道路橋梁工程進行管理、控制、檢查和監督。
2.3提高對人員素質和技術的管理水平
人的因素是影響道路橋梁施工管理的直接因素。施工單位要注意強化對施工隊伍的建設和管理。第一,在施工單位內部大力培養員工的創新意識,開展新技術,注重員工的繼續教育工作。第二,加強對參與施工人員的安全教育。第三,施工人員之間要做好交接班工作,交班人員要將包括具體數值在內的施工的情況向接班人員交代清楚,接班人員應及時進行核對,并做好書面記錄。
2.4有效管理施工資金流向,合理控制施工成本
成本管理是施工單位的核心管理內容,成本管理的好壞直接關系到道路橋梁工程的經濟效益和社會效益。成本管理中主要包含兩方面的內容:一方面是指在工程施工過程中的顯性成本和非顯性的成本,主要包括工程的實際耗費、委托等資金開支;另一方面是指施工單位的管理人員幫助企業創造發展,通過各種途徑獲得競爭對手及外部環境的資料,并使企業適應瞬息萬變的市場環境。做好道路橋梁施工的成本管理,才能讓施工單位能夠獲取更多的經濟效益和社會效益。
2.5加強對設備儀器定期使用與維護的管理
現代化的道路橋梁施工過程中,必然會采用各種各樣的機械和設備。如若管理無序,就難免會造成機械和設備的丟失和損壞。做好機械和設備的管理工作要做到:第一,加強機械和設備的優化配置。第二,加強機械和設備的使用管理,要將其使用和維護情況記錄在案。第三,加強機械和設備成本管理。
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隨著我國的交通建設的不斷發展,全國各地的隧道橋梁建設工作也開始不斷增加,然而,由于在隧道與橋梁的路面施工過程中無法對施工的質量進行有效的控制,在建成通車后經常會出現大量的交通問題,這些問題也為當下的公路建設造成了很大的困難,在隧道橋梁的路面施工中主要存在的主要的質量問題可以體現在以下幾個方面,如縱向裂縫、局部坑槽角隅破壞以及縱橫縫兩側啃邊等,這部分問題會出現的原因在于施工人員在進行路面的施工工作之前并沒有對公路或是隧道周圍的環境進行仔細的、全面的評估,致使工程結束后由于外部的環境發生了變化而引發了大量的環境問題。另外,在施工過程中,由于沒有對工程質量進行嚴格的要求,或是在施工中質量檢測人員沒有認真工作,在檢測的時候有很多的地方沒有被檢測到,在施工的現場又很難發現問題的存在,致使在工程結束后橋梁或是隧道在真正的投入使用后才能夠明確質量問題出現的具體原因。同時,一部分的橋梁隧道工程的施工地點是比較偏遠的地區,在工程出現質量問題以后,無法快捷、及時的將問題解決,這也為路面交通的順利進行帶來了很大的困難。
2如何對橋梁隧道的路面施工質量進行控制
(1)施工前期的具體準備工作。大部分橋梁隧道的建設工作是在地形比較復雜的地方,在進行建設的時候,要實際考慮到當地的施工工作的展開方便與否,重點是要對具體的施工對象周邊的地理環境進行詳細的考察,并收集相關的資料,再對當地的自然環境預計當地的地勢等進行綜合的分析,進而設計出遇到那個地的實際情況相符合的隧道橋梁路面的具體施工方案。在實際的施工前,需要進行準備的另一項工作是對于工程中所要用到的各種原材料進行相應的檢測,對于路面施工工程來講,原材料是其中十分重要的組成部分,如果不將原材料的質量問題控制好,那么,極有可能對整個工程產生十分嚴重的影響。在對相應的原材料進行檢測的時候,要注意原材料的具體數量是否達到要求,確認原材料的質量是否能夠符合工程的施工要求,如混凝土的成分配方科學與否、在使用過程中混凝土各個配方的比例問題以及所使用的澆筑或攪拌方法是否科學等等,在施工中,還要按照相應的要求為施工人員確立嚴格的施工方法,還要在整個施工過程中他們是否按照方案設計中的要求來進行施工。
(2)在施工過程中要對施工的質量進行嚴格的管理與控制。首先要注意的是對混凝土的質量管控,通常情況下,混凝土的結構組成十分簡單,它是由水、水泥以及砂石組成的,在日常生活中這幾種材料都是十分常見的,然而,在橋梁隧道的路面施工中,對于這些材料的選擇方式是有一定的要求的,例如,對于其中的砂石,它的要求是砂石中的氯離子的含量不能太高,且砂石的粒徑要在4.75到40毫米之間;它對于水的要求是不可以使用含有大量外加劑、有機物或是化學物質的水。在選擇水泥的時候要使用質量可靠的品牌,禁止使用已經過期的產品。在對混凝土進行配制的時候,在施工前需要明確混凝土的配置方案,這種方案要科學合理,要根據當地具體的施工條件、施工環境以及隧道橋梁的具體強度要求進行設計,之后要得到一個科學有效、經濟合理的配比方案,在工程的施工中要嚴格按照這一方案來進行施工。第二,要注意對路面施工所使用的施工工藝進行控制。在隧道橋梁的具體施工過程中,路面路基的具體施工質量是這一個工程質量的重要部分。路面路基的施工工程是一個層次較多的過程,它要求施工中的每一步都要對質量進行嚴格的管控。例如,在路基實行混凝土的澆筑工作之前,需要對其中的坑洞進行填充,要使用高科技的設備對路基中的底層構筑來實行衡量,對施工對象四周影響操作的障礙物進行清理,最后再進行分層次的混凝土澆筑,從而對整個路基的密實程度進行保障,為工程的實施奠定堅實的基礎。
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