简述桥型设计方案的选择

魏 伟，白玉萍

（1.上海市凯达公路工程公司，上海市 200601；2.上海浦东建筑设计研究院有限公司,上海市201204）

0 前言

在桥梁方案设计过程中，设计人员可以根据不同的建设要求、地质条件、环境条件等因素构思出各种桥型方案，而要真正拟定一个既符合业主要求，又满足建设条件的方案，则需要经过反反复复的讨论、修改才能确定。在实际工作中，由于每个设计人员的设计经验、资料积累、对工程的认知度等方面均有不同，所以，在考虑方案时，难免出现这样和那样的问题。有些方案紧密结合实际，简洁适用，而有些方案则严重脱离实际，外表花哨，结构复杂。正是因为这些因素，才使得我们经常会把简单的问题复杂化，把大量的时间花费在方案争论上面，造成设计周期无形拉长。根据以往设计经验，设计方案的确定，其实只要把握“桥型是否美观新颖、结构是否合理可靠、造价是否在预算可控范围”这样几个大的原则，通常情况下总体方案还是比较容易确定的。下面，结合多年的工作经验，对桥梁设计方案如何确定谈点自己的认识和体会。

1 方案设计

接到设计任务，首先要做的第一步就是收集资料、踏勘现场。通过了解水文地质、建设条件、周边环境、业主要求、交通要求、航运要求等，拿出初步设想方案。方案可以多种多样，一般不少于3

个。设计时，可以根据不同的建设条件考虑不同的设计方案，如：根据河道宽度及分跨情况确定该工程是采用小桥、中桥、大桥或特大桥。选用不同的桥梁形式，就有不同的设计方法，其中包括内力计算、结构分析、施工方法等因素在里面。下面就各种不同跨径的桥梁在制定方案时需要着重考虑的问题简单谈点自己的看法。

1.1 小跨径桥梁设计方案

小跨径桥梁也就是我们平常所说的单孔跨径在8～30 m的桥梁。这类桥梁多数情况下都是采用简支梁形式。其上部结构采用较多的是单跨或多跨钢筋混凝土和预应力空心板梁、小箱梁、T形梁、钢梁等。对有些在桥梁外形以及与周边环境有协调要求的地区和城市，也可考虑选用单孔或多孔拱桥、斜腿刚构桥、变截面实心板桥、钢桁架桥等形式。

在具体设计过程中，简支梁桥为了达到外形美观的要求，采用较多的方法一般有以下几点：

（1）在栏杆上作文章，选择式样新颖、有创意的栏杆装饰桥面，增加桥梁美感；

（2）在梁板两侧外挂装饰板，饰板可以呈抛物线形、孔洞板或微弯板形式；

（3）用各种不同色彩的防水涂料对梁板外侧进行涂刷，用色彩体现桥型美；

（4）在梁板外下缘，布设变化多端的电光线带，使桥梁成为夜间一景；

（5）在桥墩两侧增设钢管柱，由柱头向桥中和桥头分别布设装饰斜拉索，通过丰富桥面以上空间提高桥梁美感，拉索可以是单根也可以多根。如果桥面较窄，亦可将钢管柱设计成拱门形式；

（6）将梁体设计成异形梁，外侧梁体可以是微弯形式，也可是斜复板形式。

小跨径桥梁由于大都采用简支梁形式，因此在分跨时，梁板长度应尽可能选用标准跨径（8 m、10 m、12 m、13 m、16 m、20 m、22 m、25 m、30 m），直接套用通用图集，这样既可缩短设计周期，又可节省人力，对施工来说也比较方便。

1.2 中等跨径桥梁设计方案

所谓中等跨径，一般指桥梁主孔最大跨径30～50 m的桥梁。在制定这类桥梁的设计方案时，多数情况下都是以所跨河道的宽度以及通航标准来确定分跨。有时也会出现一座桥梁连续跨越河道、道路、构筑物的情况，此时最大分跨应该以跨越最大目标物距离和净空高度为基准，依次确定其它桥孔跨径。

在具体方案设计时，满足通航条件和规划道路通行条件是决定采用何种桥型的关键因素，因此在桥型选择时，多数情况下都会首选连续梁和拱桥形式（包括上承式、中承式、下承式，结构形式有：桁架拱、钢管拱、拱梁组合），当然对单跨桥梁也可选择斜腿刚构形式，而对多孔桥梁其主航道主桥部分则可选择独塔单索面斜拉桥和钢桁架拉索桥等形式。梁的结构形式一般多见于钢筋混凝土预应力箱梁和钢箱梁。桥梁的外装饰对于混凝土梁可参照小跨径桥梁的一些做法，对于拱桥则可通过拱圈和拱顶与桥面之间的吊索变化来体现桥型美。譬如：钢管拱桥桥面以上钢管，可以垂直于桥面双侧布置，也可呈一定角度向内或向外倾斜布置，并将钢管用色彩艳丽的油漆进行涂刷。所有这些设计手法，都是意图通过桥梁结构的外形变化以及增设附加装置达到桥型美观和简洁适用的目的。

1.3 大跨径桥梁设计方案

当一座桥梁的设计主孔超过50 m，但又小于150 m时，我们称其为大跨径桥梁。这类桥梁一般对交通条件要求较高，因此，在方案设计时，首先考虑的是：

（1）桥宽取多少比较合理，是否能够满足近、远期车流量的通行要求；

（2）主孔桥跨布置是否满足航道通航净空要求；

（3）桥型选择要尽量与上、下游已建桥梁在外形上有所区别；

（4）所选桥型的结构受力体系应该简洁明了；

（5）方案估算的工程造价是否在建设资金的可控范围之内；

（6）当地施工条件和建设单位对设计的其它要求。

对这6点要求基本了解之后，就可以根据设计人员调查了解到的资料情况进行方案设计。通常情况下，大跨径桥梁可按主桥和引桥两部分进行。引桥相对简单，可按简支梁或先简支后连续的方案考虑即可，而主桥形式则可多方案进行比较。

根据我国已建桥梁情况，目前大跨径桥梁采用较多的结构形式主要有：连续梁桥、T型刚构桥、独塔单索面或双塔双索面斜拉桥、T构双悬臂挂孔、钢管拱桥、钢架叠合梁桥和钢筋混凝土拱梁组合桥。

桥型方案拟定以后，为了保证结构设计的合理性，还需应用现有的桥梁计算程序，对结构进行一系列计算和验算工作。也就是说外形美观仅仅是整个设计的一部分，关键还是要看结构是否可行，是否满足设计规范规定的强度要求。并且考虑一旦方案通过审查，下步施工如何进行，如何将设计图纸转变成现实，从而完成设计意图。所有这些都是在制定设计方案时必须考虑的问题。

1.4 特大跨径桥梁设计方案

特大跨径的桥梁一般是指主桥跨径超过150 m的桥梁。这类桥梁在桥型选择方面由于受气候、地质条件、建设资金、施工难度、设计的成熟程度等因素限制，相对其它桥型选择余地不是很多。目前设计最多的桥型主要有：斜拉桥、悬索桥、钢架拱桥，其它桥型虽然也有不少，但相对这3种桥型还是比较少的。

特大桥的方案设计与一般桥梁设计在设计程式以及问题考虑方面有所不同。首先，必须由总体设计负责人拟定总体设计大纲，然后分别按主桥和引桥两部分各自考虑设计方案。主桥和引桥分别由各个设计小组按下部结构、上部结构、索塔（柱）等分项内容分别进行方案设计。譬如下部结构可以考虑的形式有：沉井基础、大直径钻孔灌注桩、钢管桩（混凝土填芯）、PHC管桩；上部结构可根据桥梁宽度，选择单箱多室或双箱多室变截面箱梁以及钢箱梁、钢混凝土叠合梁等形式。索塔（柱）设计亦有多种形式可以选择，如：Π字形、H型、倒Y型、A字形、倒U字形等。主桥设计方案是综合各个分项设计之后才得以形成。这其中，除包含了桥型、结构、基础形式的选择，还包括照明、防震、拉索、预应力索布置、支座、伸缩缝、电讯电力穿管、构件防潮和桥面防护措施等内容。

特大桥方案设计还有一个特点，就是初步方案形成以后，为了验证方案是否可行以及结构的可靠性是否满足规范要求，需要建立数学模型，对桥梁结构进行一系列的计算和试验，如：抗震试验、风洞试验、潮汐试验、承载试验、疲劳试验。同时还要进行结构计算（包括内力、应力、绕度、刚度、扭转、抗震、风载和撞击等），并对结构计算结果进行分析。只有通过一系列复杂的结构分析和强度验算，确认结构安全度和各种技术指标都能满足桥梁设计规范和规程的要求，方案可行与否才能确定。

另外，在考虑桥型方案的同时，还必须考虑施工方案。如：采用什么样的施工方法，用什么样的机械设备完成构件制作、运输、吊装，如何配合施工，解决施工过程中桥梁主要部件的应力变化检测、检算及荷载变化时的内力分析、索力调整等。所有这些工作，都必须在方案设计时予以考虑。

总之，特大桥的方案制定，不只是选择桥型，最主要的还是结构选择，结构的可行与否决定着方案的取舍。

2 方案比选

按照常规，新拟定的桥梁设计方案一般不应少于3个。这样做的主要目的，就是给业主以较多的选择余地，使业主能够根据建设资金投入情况和对桥型以及交通方面的要求从中选择适合当地建设条件的方案。

方案比较可按技术和经济两部分进行。技术比较就是要求设计人员将每个方案的优势、特点充分表达，如：桥型、结构、优缺点的比较等，使业主能够很清楚了解各方案的特点和存在的不足；经济比较则是根据每个方案的工程量，按照综合单价估算工程造价，并将估算结果与技术比较一并列表。

通过技术和经济相互比较，然后提出合理可行的推荐方案。对推荐方案的表述，其理由一定要详细充分，尤其是桥型和造价，一般是方案评审时大家关注的焦点。对于其它方案的表述，只要将各自的优点和不足讲清楚就可以了。

另外，在方案比较中，施工方法和近远期结合等理由也要有所表达，并充分应用多媒体技术，制作桥型平面效果图或透视效果图。对于大桥和特大桥方案，为了帮助大家对方案的理解，尤其是主要部件的内部构造和施工方法，尽可能制作三维动画演示，充分展示设计意图，所有这些手段，都是方案比选时不可缺少的内容。

3 方案评审

方案设计文件形成以后，可以单独作为专项方案进行上报，也可以作为工程可行性研究报告或初步设计的主要内容上报审批。

方案评审一般分综合项目评审和专项方案评审。综合项目主要包括道路、桥梁、给排水等专业，对中小型桥梁，通常情况下都是与其它专业放在一起综合评审；对大桥和特大桥，要进行专项方案评审。

对设计人员来说，在方案评审阶段，除必须准备好方案评审所需的各种材料，还必须考虑如何用精炼、简短、生动、准确的语言在限定的时间里完成方案汇报，如何应对和解答评审过程中专家评审小组可能提出的各种问题。根据方案评审惯例，目前方案汇报已不再是简单的图纸加说明书形式，而是图文并茂，用PPT的文件形式进行汇报，有些专项方案，可能还要附以三维动画对方案进行详细说明。

4 结语

桥梁设计方案如何确定，其实对每一位从事工程设计的技术人员来讲并不陌生，但要真正拿出一个既符合建设要求又经济适用的方案并非易事，其中包含着各种各样的因素在里面。就拿工程经验来说，一个经验丰富的设计人员，在拟定方案时，他可能考虑到一些常规设计以外的情况，如：构造是否简捷，受力是否明确，施工是否方便等；经验欠佳者则很可能忽视这方面的问题，只注重桥梁外形是否美观，甚至在方案拟定过程中，简单地套用参考资料或是以往的设计图纸，不管适用与否，结果使方案讨论时间过长，工程造价偏高，造成不必要的浪费。鉴于方案设计出现的种种问题，本文结合工程经验，将多年的设计体会和对方案设计的认识简而谈之，以期与各位同行进行交流，互相学习，共同提高。