簡述橋型設計方案的選擇

魏 偉，白玉萍

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

0 前言

在橋梁方案設計過程中，設計人員可以根據不同的建設要求、地質條件、環境條件等因素構思出各種橋型方案，而要真正擬定一個既符合業主要求，又滿足建設條件的方案，則需要經過反反復復的討論、修改才能確定。在實際工作中，由于每個設計人員的設計經驗、資料積累、對工程的認知度等方面均有不同，所以，在考慮方案時，難免出現這樣和那樣的問題。有些方案緊密結合實際，簡潔適用，而有些方案則嚴重脫離實際，外表花哨，結構復雜。正是因為這些因素，才使得我們經常會把簡單的問題復雜化，把大量的時間花費在方案爭論上面，造成設計周期無形拉長。根據以往設計經驗，設計方案的確定，其實只要把握“橋型是否美觀新穎、結構是否合理可靠、造價是否在預算可控范圍”這樣幾個大的原則，通常情況下總體方案還是比較容易確定的。下面，結合多年的工作經驗，對橋梁設計方案如何確定談點自己的認識和體會。

1 方案設計

接到設計任務，首先要做的第一步就是收集資料、踏勘現場。通過了解水文地質、建設條件、周邊環境、業主要求、交通要求、航運要求等，拿出初步設想方案。方案可以多種多樣，一般不少于3

個。設計時，可以根據不同的建設條件考慮不同的設計方案，如：根據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，就有不同的設計方法，其中包括內力計算、結構分析、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需要著重考慮的問題簡單談點自己的看法。

1.1 小跨徑橋梁設計方案

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。這類橋梁多數情況下都是采用簡支梁形式。其上部結構采用較多的是單跨或多跨鋼筋混凝土和預應力空心板梁、小箱梁、T形梁、鋼梁等。對有些在橋梁外形以及與周邊環境有協調要求的地區和城市，也可考慮選用單孔或多孔拱橋、斜腿剛構橋、變截面實心板橋、鋼桁架橋等形式。

在具體設計過程中，簡支梁橋為了達到外形美觀的要求，采用較多的方法一般有以下幾點：

（1）在欄桿上作文章，選擇式樣新穎、有創意的欄桿裝飾橋面，增加橋梁美感；

（2）在梁板兩側外掛裝飾板，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梁板外側進行涂刷，用色彩體現橋型美；

（4）在梁板外下緣，布設變化多端的電光線帶，使橋梁成為夜間一景；

（5）在橋墩兩側增設鋼管柱，由柱頭向橋中和橋頭分別布設裝飾斜拉索，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，亦可將鋼管柱設計成拱門形式；

（6）將梁體設計成異形梁，外側梁體可以是微彎形式，也可是斜復板形式。

小跨徑橋梁由于大都采用簡支梁形式，因此在分跨時，梁板長度應盡可能選用標準跨徑（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，這樣既可縮短設計周期，又可節省人力，對施工來說也比較方便。

1.2 中等跨徑橋梁設計方案

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計方案時，多數情況下都是以所跨河道的寬度以及通航標準來確定分跨。有時也會出現一座橋梁連續跨越河道、道路、構筑物的情況，此時最大分跨應該以跨越最大目標物距離和凈空高度為基準，依次確定其它橋孔跨徑。

在具體方案設計時，滿足通航條件和規劃道路通行條件是決定采用何種橋型的關鍵因素，因此在橋型選擇時，多數情況下都會首選連續梁和拱橋形式（包括上承式、中承式、下承式，結構形式有：桁架拱、鋼管拱、拱梁組合），當然對單跨橋梁也可選擇斜腿剛構形式，而對多孔橋梁其主航道主橋部分則可選擇獨塔單索面斜拉橋和鋼桁架拉索橋等形式。梁的結構形式一般多見于鋼筋混凝土預應力箱梁和鋼箱梁。橋梁的外裝飾對于混凝土梁可參照小跨徑橋梁的一些做法，對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橋型美。譬如：鋼管拱橋橋面以上鋼管，可以垂直于橋面雙側布置，也可呈一定角度向內或向外傾斜布置，并將鋼管用色彩艷麗的油漆進行涂刷。所有這些設計手法，都是意圖通過橋梁結構的外形變化以及增設附加裝置達到橋型美觀和簡潔適用的目的。

1.3 大跨徑橋梁設計方案

當一座橋梁的設計主孔超過50 m，但又小于150 m時，我們稱其為大跨徑橋梁。這類橋梁一般對交通條件要求較高，因此，在方案設計時，首先考慮的是：

（1）橋寬取多少比較合理，是否能夠滿足近、遠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別；

（4）所選橋型的結構受力體系應該簡潔明了；

（5）方案估算的工程造價是否在建設資金的可控范圍之內；

（6）當地施工條件和建設單位對設計的其它要求。

對這6點要求基本了解之后，就可以根據設計人員調查了解到的資料情況進行方案設計。通常情況下，大跨徑橋梁可按主橋和引橋兩部分進行。引橋相對簡單，可按簡支梁或先簡支后連續的方案考慮即可，而主橋形式則可多方案進行比較。

根據我國已建橋梁情況，目前大跨徑橋梁采用較多的結構形式主要有：連續梁橋、T型剛構橋、獨塔單索面或雙塔雙索面斜拉橋、T構雙懸臂掛孔、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，為了保證結構設計的合理性，還需應用現有的橋梁計算程序，對結構進行一系列計算和驗算工作。也就是說外形美觀僅僅是整個設計的一部分，關鍵還是要看結構是否可行，是否滿足設計規范規定的強度要求。并且考慮一旦方案通過審查，下步施工如何進行，如何將設計圖紙轉變成現實，從而完成設計意圖。所有這些都是在制定設計方案時必須考慮的問題。

1.4 特大跨徑橋梁設計方案

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、地質條件、建設資金、施工難度、設計的成熟程度等因素限制，相對其它橋型選擇余地不是很多。目前設計最多的橋型主要有：斜拉橋、懸索橋、鋼架拱橋，其它橋型雖然也有不少，但相對這3種橋型還是比較少的。

特大橋的方案設計與一般橋梁設計在設計程式以及問題考慮方面有所不同。首先，必須由總體設計負責人擬定總體設計大綱，然后分別按主橋和引橋兩部分各自考慮設計方案。主橋和引橋分別由各個設計小組按下部結構、上部結構、索塔（柱）等分項內容分別進行方案設計。譬如下部結構可以考慮的形式有：沉井基礎、大直徑鉆孔灌注樁、鋼管樁（混凝土填芯）、PHC管樁；上部結構可根據橋梁寬度，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）設計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。主橋設計方案是綜合各個分項設計之后才得以形成。這其中，除包含了橋型、結構、基礎形式的選擇，還包括照明、防震、拉索、預應力索布置、支座、伸縮縫、電訊電力穿管、構件防潮和橋面防護措施等內容。

特大橋方案設計還有一個特點，就是初步方案形成以后，為了驗證方案是否可行以及結構的可靠性是否滿足規范要求，需要建立數學模型，對橋梁結構進行一系列的計算和試驗，如：抗震試驗、風洞試驗、潮汐試驗、承載試驗、疲勞試驗。同時還要進行結構計算（包括內力、應力、繞度、剛度、扭轉、抗震、風載和撞擊等），并對結構計算結果進行分析。只有通過一系列復雜的結構分析和強度驗算，確認結構安全度和各種技術指標都能滿足橋梁設計規范和規程的要求，方案可行與否才能確定。

另外，在考慮橋型方案的同時，還必須考慮施工方案。如：采用什么樣的施工方法，用什么樣的機械設備完成構件制作、運輸、吊裝，如何配合施工，解決施工過程中橋梁主要部件的應力變化檢測、檢算及荷載變化時的內力分析、索力調整等。所有這些工作，都必須在方案設計時予以考慮。

總之，特大橋的方案制定，不只是選擇橋型，最主要的還是結構選擇，結構的可行與否決定著方案的取舍。

2 方案比選

按照常規，新擬定的橋梁設計方案一般不應少于3個。這樣做的主要目的，就是給業主以較多的選擇余地，使業主能夠根據建設資金投入情況和對橋型以及交通方面的要求從中選擇適合當地建設條件的方案。

方案比較可按技術和經濟兩部分進行。技術比較就是要求設計人員將每個方案的優勢、特點充分表達，如：橋型、結構、優缺點的比較等，使業主能夠很清楚了解各方案的特點和存在的不足；經濟比較則是根據每個方案的工程量，按照綜合單價估算工程造價，并將估算結果與技術比較一并列表。

通過技術和經濟相互比較，然后提出合理可行的推薦方案。對推薦方案的表述，其理由一定要詳細充分，尤其是橋型和造價，一般是方案評審時大家關注的焦點。對于其它方案的表述，只要將各自的優點和不足講清楚就可以了。

另外，在方案比較中，施工方法和近遠期結合等理由也要有所表達，并充分應用多媒體技術，制作橋型平面效果圖或透視效果圖。對于大橋和特大橋方案，為了幫助大家對方案的理解，尤其是主要部件的內部構造和施工方法，盡可能制作三維動畫演示，充分展示設計意圖，所有這些手段，都是方案比選時不可缺少的內容。

3 方案評審

方案設計文件形成以后，可以單獨作為專項方案進行上報，也可以作為工程可行性研究報告或初步設計的主要內容上報審批。

方案評審一般分綜合項目評審和專項方案評審。綜合項目主要包括道路、橋梁、給排水等專業，對中小型橋梁，通常情況下都是與其它專業放在一起綜合評審；對大橋和特大橋，要進行專項方案評審。

對設計人員來說，在方案評審階段，除必須準備好方案評審所需的各種材料，還必須考慮如何用精煉、簡短、生動、準確的語言在限定的時間里完成方案匯報，如何應對和解答評審過程中專家評審小組可能提出的各種問題。根據方案評審慣例，目前方案匯報已不再是簡單的圖紙加說明書形式，而是圖文并茂，用PPT的文件形式進行匯報，有些專項方案，可能還要附以三維動畫對方案進行詳細說明。

4 結語

橋梁設計方案如何確定，其實對每一位從事工程設計的技術人員來講并不陌生，但要真正拿出一個既符合建設要求又經濟適用的方案并非易事，其中包含著各種各樣的因素在里面。就拿工程經驗來說，一個經驗豐富的設計人員，在擬定方案時，他可能考慮到一些常規設計以外的情況，如：構造是否簡捷，受力是否明確，施工是否方便等；經驗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計圖紙，不管適用與否，結果使方案討論時間過長，工程造價偏高，造成不必要的浪費。鑒于方案設計出現的種種問題，本文結合工程經驗，將多年的設計體會和對方案設計的認識簡而談之，以期與各位同行進行交流，互相學習，共同提高。