工程總承包模式下的設計方案優化

張永、王亮

（中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176）

1 工程概況

G354 碧江至江口縣城公路改擴建工程鷺鷥巖大橋位于貴州省銅仁市碧江區，橋梁跨錦江，竣工時間為1998年。現狀橋梁全寬13m，橋面布置為2.5m（人行道）+9m（行車道）+2.5m（人行道）。橋梁結構形式采用（25m+13m）（簡支空心板）+110m（鋼筋混凝土箱型拱）+16m（簡支空心板），橋梁全長165m。橋梁主體結構采用鋼筋混凝土箱型拱，主拱圈高1.85m，矢跨比1/8，拱圈寬度10.6m。

圖1 橋梁現狀立面

圖2 橋梁現狀橫斷面

根據《G354 碧江至江口縣城公路改擴建工程橋梁檢測報告》，現狀橋梁主要存在以下病害：

其一，主拱圈下側及拱背多條縱向裂縫，部分裂縫縫寬超限，最大縫寬達0.50mm。其二，拱上橫系梁多條U 型裂縫，部分縫寬超限，最大縫寬達0.50mm。其三，部分橋面板板底出現縱向裂縫、斜向裂縫，最大縫寬0.3mm，部分裂縫伴有滲水、析白。其四，橋面鋪裝存在大面積坑槽、橫向裂縫等病害。

圖3 主拱圈縱向裂縫

圖4 拱上立柱墊梁U 型裂縫

該項目道路設計標準為一級公路兼城市主干道，雙向4 車道，現狀橋梁不能滿足總體使用要求，需要拆除重建或者加寬設計。該項目發包合同模式采用工程總承包模式。

2 施工圖設計方案優化

2.1 初步設計方案

該項目EPC 合同范圍為不包括初步設計階段，鷺鷥巖大橋初步設計方案為拆除現狀上承式拱橋，新建一座斜拉橋，斜拉橋采用（32+43+125）m 獨塔雙索面混凝土斜拉橋方案，長度204m，寬度45.5m，如圖5 所示。施工階段利用擬建的新莊路疏導交通。

圖5 初步設計橋型圖

2.2 施工圖設計方案

EPC 總承包單位進場后，對工程現場進行了詳細踏勘，發現擬建新莊路沒有實施，現狀新莊路不具備通行條件，并且附近沒有其他道路滿足交通導改需求。因此，聯合設計團隊進一步研究橋梁設計方案，提出了新的設計方案。通過調研銅仁市橋梁體系，發現銅仁市跨越錦江橋梁為拱橋體系，因此提出了該橋維持體系風貌，采用上承式拱橋的方案。現狀橋梁雖然出現部分病害，但是非結構性嚴重病害，可通過限載作為保通橋梁使用，同時運營期可降低其使用功能，僅作為中分帶綠化使用。基于以上兩點，該橋橋梁設計方案采用兩側新建兩幅上承式拱橋的設計方案，線形與現狀橋梁一致，橋梁立面如圖6 所示，橫斷面如圖7 所示。現狀橋梁施工期作為保通通道，運營期作為中分帶。針對該方案與初設斜拉橋方案進行了比選分析，見表1。

圖6 鷺鷥巖大橋橋梁立面（單位：cm）

圖7 鷺鷥巖大橋橋梁橫斷面（單位：cm）

表1 主要技術經濟指標比較

3 勘察設計施工一體化管理

與傳統項目管理模式相比，工程總承包單位可以組織勘察與設計、設計與施工的相互配合，避免勘察資料不準確、設計方案可施工性差等弊病，大大減少施工階段的變更和索賠，從而縮短工期、降低費用。在確定施工圖設計方案后，總承包項目部組織勘察、設計、施工團隊對方案進行了進一步的研究論證[1]。

3.1 拱腳基礎方案優化

3.1.1 舊橋設計方案調查

設計人員首先查閱了舊橋的竣工資料檔案，了解了舊橋拱腳基礎設計方案和施工工藝。舊橋拱腳基礎施工時間為1997年冬季，當時錦江流經銅仁城區段尚未筑壩蓄水，每逢冬季，河道幾近干枯，故采用明挖施工、坑內排水的施工方案。

該工程施工期間，錦江常水位245.00m，約低于基礎頂面1.00m，明挖施工難度大、危險性高，需要重點研究設計方案。

3.1.2 逐樁鉆孔

該橋處于巖溶地質環境，為準確判斷巖溶發育情況，對拱腳基礎進行了逐樁鉆孔。通過鉆孔發現，左幅拱腳處存在大量串珠狀溶洞，且溶洞高度較大，如圖8 所示；右幅拱腳處地質條件較好，僅僅出現巖溶裂隙，厚度小于0.5m，如圖9 所示。

圖8 左幅拱腳地質縱斷面圖

圖9 右幅拱腳地質縱斷面圖

3.1.3 補充勘察

考慮到原橋是穩定的，且沒有溶洞，勘察結果與原橋地質存在一定的差異，為進一步摸清拱腳處地質情況，通過物探方法進行補充勘察驗證[2]。

將物探成果與地質鉆孔進行疊拼對比，如圖10 所示，可以發現，物探與地質鉆孔結果基本一致，驗證了地質鉆孔的準確性。

圖10 物探成果與地質鉆孔對比圖

3.1.4 拱腳水平推力計算

舊橋兩側新建拱橋與原拱橋跨徑和矢高保持一致，拱橋矢跨比為1/8，為坦拱。該項目采用有限元軟件對該橋進行了計算。坦拱拱橋存在較大的水平推力，經計算，該橋拱腳水平力為67935kN。地下連續墻或重力式基礎入巖面積為不小于12.4m×8m=99.2m2，后背基礎應力67935/99.2=685kPa，小于基巖承載力容許值2600kPa，滿足要求[3]。

3.1.5 拱腳方案比選

針對拱橋拱腳基礎的地質情況、結構受力、施工可行性、對老橋的保護等角度對方案進行了分析、比選，分析結果見表2。

表2 拱腳基礎方案比選表

3.2 橋面寬度優化

在距離大橋江口側橋臺100m 道路右側，存在現狀9 層（地下2 層，地上7 層）鋼筋混凝土框架樓房一棟，建筑面積3000m2，拆遷費約1000 萬元。因此考慮優化道路寬度，盡量減少拆遷。

道路斷面優化后，同時對橋面寬度進行了優化，優化后橋面寬度為：41.9m=4.5m 人行道+11.75m 行車道+0.5m 防撞護欄+8.4m 中分帶+0.5m 防撞護欄+11.75m 行車道+4.5m 人行道，優化后橋梁斷面如圖11 所示。經優化后，避讓該房屋建筑的拆遷，節約征地拆遷投資約1000 萬元。

圖11 優化后橋梁橫斷面（單位：cm）

3.3 0 號橋臺設計方案優化

針對該橋碧江側0 號橋臺方案由總承包組織設計與施工管理人員進行了研究討論（見表3），擬定重力式U 臺方案和輕型橋臺方案進行比選[4]。

表3 0 號臺方案比選表

4 結語

EPC 總承包模式區別于傳統的發包模式，有效地將勘察、設計和施工進行一體化管理。設計施工總承包項目部從項目設計階段就進入該項目，對項目開展進行可預見性的設計工作，避免出現勘察設計和施工相互矛盾的情況。該項目通過勘察、設計、施工一體化管理，與初步設計方案相比，施工圖設計方案節約建安投資約2800 萬元，節約征地拆遷投資約1000 萬元，工期縮短8 個月，避免了舊橋拆除造成的環境污染，取得了良好的技術經濟效益，為推進工程總承包管理積累了寶貴的實踐經驗。