簡述橋型設(shè)計(jì)方案的選擇

魏 偉，白玉萍

（1.上海市凱達(dá)公路工程公司，上海市 200601；2.上海浦東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海市201204）

0 前言

在橋梁方案設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)不同的建設(shè)要求、地質(zhì)條件、環(huán)境條件等因素構(gòu)思出各種橋型方案，而要真正擬定一個(gè)既符合業(yè)主要求，又滿足建設(shè)條件的方案，則需要經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的討論、修改才能確定。在實(shí)際工作中，由于每個(gè)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、資料積累、對(duì)工程的認(rèn)知度等方面均有不同，所以，在考慮方案時(shí)，難免出現(xiàn)這樣和那樣的問題。有些方案緊密結(jié)合實(shí)際，簡潔適用，而有些方案則嚴(yán)重脫離實(shí)際，外表花哨，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。正是因?yàn)檫@些因素，才使得我們經(jīng)常會(huì)把簡單的問題復(fù)雜化，把大量的時(shí)間花費(fèi)在方案爭論上面，造成設(shè)計(jì)周期無形拉長。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)方案的確定，其實(shí)只要把握“橋型是否美觀新穎、結(jié)構(gòu)是否合理可靠、造價(jià)是否在預(yù)算可控范圍”這樣幾個(gè)大的原則，通常情況下總體方案還是比較容易確定的。下面，結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)方案如何確定談點(diǎn)自己的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。

1 方案設(shè)計(jì)

接到設(shè)計(jì)任務(wù)，首先要做的第一步就是收集資料、踏勘現(xiàn)場。通過了解水文地質(zhì)、建設(shè)條件、周邊環(huán)境、業(yè)主要求、交通要求、航運(yùn)要求等，拿出初步設(shè)想方案。方案可以多種多樣，一般不少于3

個(gè)。設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)不同的建設(shè)條件考慮不同的設(shè)計(jì)方案，如：根據(jù)河道寬度及分跨情況確定該工程是采用小橋、中橋、大橋或特大橋。選用不同的橋梁形式，就有不同的設(shè)計(jì)方法，其中包括內(nèi)力計(jì)算、結(jié)構(gòu)分析、施工方法等因素在里面。下面就各種不同跨徑的橋梁在制定方案時(shí)需要著重考慮的問題簡單談點(diǎn)自己的看法。

1.1 小跨徑橋梁設(shè)計(jì)方案

小跨徑橋梁也就是我們平常所說的單孔跨徑在8～30 m的橋梁。這類橋梁多數(shù)情況下都是采用簡支梁形式。其上部結(jié)構(gòu)采用較多的是單跨或多跨鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力空心板梁、小箱梁、T形梁、鋼梁等。對(duì)有些在橋梁外形以及與周邊環(huán)境有協(xié)調(diào)要求的地區(qū)和城市，也可考慮選用單孔或多孔拱橋、斜腿剛構(gòu)橋、變截面實(shí)心板橋、鋼桁架橋等形式。

在具體設(shè)計(jì)過程中，簡支梁橋?yàn)榱诉_(dá)到外形美觀的要求，采用較多的方法一般有以下幾點(diǎn)：

（1）在欄桿上作文章，選擇式樣新穎、有創(chuàng)意的欄桿裝飾橋面，增加橋梁美感；

（2）在梁板兩側(cè)外掛裝飾板，飾板可以呈拋物線形、孔洞板或微彎板形式；

（3）用各種不同色彩的防水涂料對(duì)梁板外側(cè)進(jìn)行涂刷，用色彩體現(xiàn)橋型美；

（4）在梁板外下緣，布設(shè)變化多端的電光線帶，使橋梁成為夜間一景；

（5）在橋墩兩側(cè)增設(shè)鋼管柱，由柱頭向橋中和橋頭分別布設(shè)裝飾斜拉索，通過豐富橋面以上空間提高橋梁美感，拉索可以是單根也可以多根。如果橋面較窄，亦可將鋼管柱設(shè)計(jì)成拱門形式；

（6）將梁體設(shè)計(jì)成異形梁，外側(cè)梁體可以是微彎形式，也可是斜復(fù)板形式。

小跨徑橋梁由于大都采用簡支梁形式，因此在分跨時(shí)，梁板長度應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)跨徑（8 m、10 m、12 m、13 m、16 m、20 m、22 m、25 m、30 m），直接套用通用圖集，這樣既可縮短設(shè)計(jì)周期，又可節(jié)省人力，對(duì)施工來說也比較方便。

1.2 中等跨徑橋梁設(shè)計(jì)方案

所謂中等跨徑，一般指橋梁主孔最大跨徑30～50 m的橋梁。在制定這類橋梁的設(shè)計(jì)方案時(shí)，多數(shù)情況下都是以所跨河道的寬度以及通航標(biāo)準(zhǔn)來確定分跨。有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一座橋梁連續(xù)跨越河道、道路、構(gòu)筑物的情況，此時(shí)最大分跨應(yīng)該以跨越最大目標(biāo)物距離和凈空高度為基準(zhǔn)，依次確定其它橋孔跨徑。

在具體方案設(shè)計(jì)時(shí)，滿足通航條件和規(guī)劃道路通行條件是決定采用何種橋型的關(guān)鍵因素，因此在橋型選擇時(shí)，多數(shù)情況下都會(huì)首選連續(xù)梁和拱橋形式（包括上承式、中承式、下承式，結(jié)構(gòu)形式有：桁架拱、鋼管拱、拱梁組合），當(dāng)然對(duì)單跨橋梁也可選擇斜腿剛構(gòu)形式，而對(duì)多孔橋梁其主航道主橋部分則可選擇獨(dú)塔單索面斜拉橋和鋼桁架拉索橋等形式。梁的結(jié)構(gòu)形式一般多見于鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力箱梁和鋼箱梁。橋梁的外裝飾對(duì)于混凝土梁可參照小跨徑橋梁的一些做法，對(duì)于拱橋則可通過拱圈和拱頂與橋面之間的吊索變化來體現(xiàn)橋型美。譬如：鋼管拱橋橋面以上鋼管，可以垂直于橋面雙側(cè)布置，也可呈一定角度向內(nèi)或向外傾斜布置，并將鋼管用色彩艷麗的油漆進(jìn)行涂刷。所有這些設(shè)計(jì)手法，都是意圖通過橋梁結(jié)構(gòu)的外形變化以及增設(shè)附加裝置達(dá)到橋型美觀和簡潔適用的目的。

1.3 大跨徑橋梁設(shè)計(jì)方案

當(dāng)一座橋梁的設(shè)計(jì)主孔超過50 m，但又小于150 m時(shí)，我們稱其為大跨徑橋梁。這類橋梁一般對(duì)交通條件要求較高，因此，在方案設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮的是：

（1）橋?qū)捜《嗌俦容^合理，是否能夠滿足近、遠(yuǎn)期車流量的通行要求；

（2）主孔橋跨布置是否滿足航道通航凈空要求；

（3）橋型選擇要盡量與上、下游已建橋梁在外形上有所區(qū)別；

（4）所選橋型的結(jié)構(gòu)受力體系應(yīng)該簡潔明了；

（5）方案估算的工程造價(jià)是否在建設(shè)資金的可控范圍之內(nèi)；

（6）當(dāng)?shù)厥┕l件和建設(shè)單位對(duì)設(shè)計(jì)的其它要求。

對(duì)這6點(diǎn)要求基本了解之后，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)人員調(diào)查了解到的資料情況進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。通常情況下，大跨徑橋梁可按主橋和引橋兩部分進(jìn)行。引橋相對(duì)簡單，可按簡支梁或先簡支后連續(xù)的方案考慮即可，而主橋形式則可多方案進(jìn)行比較。

根據(jù)我國已建橋梁情況，目前大跨徑橋梁采用較多的結(jié)構(gòu)形式主要有：連續(xù)梁橋、T型剛構(gòu)橋、獨(dú)塔單索面或雙塔雙索面斜拉橋、T構(gòu)雙懸臂掛孔、鋼管拱橋、鋼架疊合梁橋和鋼筋混凝土拱梁組合橋。

橋型方案擬定以后，為了保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，還需應(yīng)用現(xiàn)有的橋梁計(jì)算程序，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列計(jì)算和驗(yàn)算工作。也就是說外形美觀僅僅是整個(gè)設(shè)計(jì)的一部分，關(guān)鍵還是要看結(jié)構(gòu)是否可行，是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度要求。并且考慮一旦方案通過審查，下步施工如何進(jìn)行，如何將設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實(shí)，從而完成設(shè)計(jì)意圖。所有這些都是在制定設(shè)計(jì)方案時(shí)必須考慮的問題。

1.4 特大跨徑橋梁設(shè)計(jì)方案

特大跨徑的橋梁一般是指主橋跨徑超過150 m的橋梁。這類橋梁在橋型選擇方面由于受氣候、地質(zhì)條件、建設(shè)資金、施工難度、設(shè)計(jì)的成熟程度等因素限制，相對(duì)其它橋型選擇余地不是很多。目前設(shè)計(jì)最多的橋型主要有：斜拉橋、懸索橋、鋼架拱橋，其它橋型雖然也有不少，但相對(duì)這3種橋型還是比較少的。

特大橋的方案設(shè)計(jì)與一般橋梁設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)程式以及問題考慮方面有所不同。首先，必須由總體設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人擬定總體設(shè)計(jì)大綱，然后分別按主橋和引橋兩部分各自考慮設(shè)計(jì)方案。主橋和引橋分別由各個(gè)設(shè)計(jì)小組按下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)、索塔（柱）等分項(xiàng)內(nèi)容分別進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。譬如下部結(jié)構(gòu)可以考慮的形式有：沉井基礎(chǔ)、大直徑鉆孔灌注樁、鋼管樁（混凝土填芯）、PHC管樁；上部結(jié)構(gòu)可根據(jù)橋梁寬度，選擇單箱多室或雙箱多室變截面箱梁以及鋼箱梁、鋼混凝土疊合梁等形式。索塔（柱）設(shè)計(jì)亦有多種形式可以選擇，如：Π字形、H型、倒Y型、A字形、倒U字形等。主橋設(shè)計(jì)方案是綜合各個(gè)分項(xiàng)設(shè)計(jì)之后才得以形成。這其中，除包含了橋型、結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)形式的選擇，還包括照明、防震、拉索、預(yù)應(yīng)力索布置、支座、伸縮縫、電訊電力穿管、構(gòu)件防潮和橋面防護(hù)措施等內(nèi)容。

特大橋方案設(shè)計(jì)還有一個(gè)特點(diǎn)，就是初步方案形成以后，為了驗(yàn)證方案是否可行以及結(jié)構(gòu)的可靠性是否滿足規(guī)范要求，需要建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列的計(jì)算和試驗(yàn)，如：抗震試驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)、潮汐試驗(yàn)、承載試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)。同時(shí)還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算（包括內(nèi)力、應(yīng)力、繞度、剛度、扭轉(zhuǎn)、抗震、風(fēng)載和撞擊等），并對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。只有通過一系列復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分析和強(qiáng)度驗(yàn)算，確認(rèn)結(jié)構(gòu)安全度和各種技術(shù)指標(biāo)都能滿足橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)程的要求，方案可行與否才能確定。

另外，在考慮橋型方案的同時(shí)，還必須考慮施工方案。如：采用什么樣的施工方法，用什么樣的機(jī)械設(shè)備完成構(gòu)件制作、運(yùn)輸、吊裝，如何配合施工，解決施工過程中橋梁主要部件的應(yīng)力變化檢測、檢算及荷載變化時(shí)的內(nèi)力分析、索力調(diào)整等。所有這些工作，都必須在方案設(shè)計(jì)時(shí)予以考慮。

總之，特大橋的方案制定，不只是選擇橋型，最主要的還是結(jié)構(gòu)選擇，結(jié)構(gòu)的可行與否決定著方案的取舍。

2 方案比選

按照常規(guī)，新擬定的橋梁設(shè)計(jì)方案一般不應(yīng)少于3個(gè)。這樣做的主要目的，就是給業(yè)主以較多的選擇余地，使業(yè)主能夠根據(jù)建設(shè)資金投入情況和對(duì)橋型以及交通方面的要求從中選擇適合當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)條件的方案。

方案比較可按技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩部分進(jìn)行。技術(shù)比較就是要求設(shè)計(jì)人員將每個(gè)方案的優(yōu)勢、特點(diǎn)充分表達(dá)，如：橋型、結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)的比較等，使業(yè)主能夠很清楚了解各方案的特點(diǎn)和存在的不足；經(jīng)濟(jì)比較則是根據(jù)每個(gè)方案的工程量，按照綜合單價(jià)估算工程造價(jià)，并將估算結(jié)果與技術(shù)比較一并列表。

通過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)相互比較，然后提出合理可行的推薦方案。對(duì)推薦方案的表述，其理由一定要詳細(xì)充分，尤其是橋型和造價(jià)，一般是方案評(píng)審時(shí)大家關(guān)注的焦點(diǎn)。對(duì)于其它方案的表述，只要將各自的優(yōu)點(diǎn)和不足講清楚就可以了。

另外，在方案比較中，施工方法和近遠(yuǎn)期結(jié)合等理由也要有所表達(dá)，并充分應(yīng)用多媒體技術(shù)，制作橋型平面效果圖或透視效果圖。對(duì)于大橋和特大橋方案，為了幫助大家對(duì)方案的理解，尤其是主要部件的內(nèi)部構(gòu)造和施工方法，盡可能制作三維動(dòng)畫演示，充分展示設(shè)計(jì)意圖，所有這些手段，都是方案比選時(shí)不可缺少的內(nèi)容。

3 方案評(píng)審

方案設(shè)計(jì)文件形成以后，可以單獨(dú)作為專項(xiàng)方案進(jìn)行上報(bào)，也可以作為工程可行性研究報(bào)告或初步設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容上報(bào)審批。

方案評(píng)審一般分綜合項(xiàng)目評(píng)審和專項(xiàng)方案評(píng)審。綜合項(xiàng)目主要包括道路、橋梁、給排水等專業(yè)，對(duì)中小型橋梁，通常情況下都是與其它專業(yè)放在一起綜合評(píng)審；對(duì)大橋和特大橋，要進(jìn)行專項(xiàng)方案評(píng)審。

對(duì)設(shè)計(jì)人員來說，在方案評(píng)審階段，除必須準(zhǔn)備好方案評(píng)審所需的各種材料，還必須考慮如何用精煉、簡短、生動(dòng)、準(zhǔn)確的語言在限定的時(shí)間里完成方案匯報(bào)，如何應(yīng)對(duì)和解答評(píng)審過程中專家評(píng)審小組可能提出的各種問題。根據(jù)方案評(píng)審慣例，目前方案匯報(bào)已不再是簡單的圖紙加說明書形式，而是圖文并茂，用PPT的文件形式進(jìn)行匯報(bào)，有些專項(xiàng)方案，可能還要附以三維動(dòng)畫對(duì)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

4 結(jié)語

橋梁設(shè)計(jì)方案如何確定，其實(shí)對(duì)每一位從事工程設(shè)計(jì)的技術(shù)人員來講并不陌生，但要真正拿出一個(gè)既符合建設(shè)要求又經(jīng)濟(jì)適用的方案并非易事，其中包含著各種各樣的因素在里面。就拿工程經(jīng)驗(yàn)來說，一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員，在擬定方案時(shí)，他可能考慮到一些常規(guī)設(shè)計(jì)以外的情況，如：構(gòu)造是否簡捷，受力是否明確，施工是否方便等；經(jīng)驗(yàn)欠佳者則很可能忽視這方面的問題，只注重橋梁外形是否美觀，甚至在方案擬定過程中，簡單地套用參考資料或是以往的設(shè)計(jì)圖紙，不管適用與否，結(jié)果使方案討論時(shí)間過長，工程造價(jià)偏高，造成不必要的浪費(fèi)。鑒于方案設(shè)計(jì)出現(xiàn)的種種問題，本文結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，將多年的設(shè)計(jì)體會(huì)和對(duì)方案設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)簡而談之，以期與各位同行進(jìn)行交流，互相學(xué)習(xí)，共同提高。