工程总承包模式下的设计方案优化

张永、王亮

（中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176）

1 工程概况

G354 碧江至江口县城公路改扩建工程鹭鸶岩大桥位于贵州省铜仁市碧江区，桥梁跨锦江，竣工时间为1998年。现状桥梁全宽13m，桥面布置为2.5m（人行道）+9m（行车道）+2.5m（人行道）。桥梁结构形式采用（25m+13m）（简支空心板）+110m（钢筋混凝土箱型拱）+16m（简支空心板），桥梁全长165m。桥梁主体结构采用钢筋混凝土箱型拱，主拱圈高1.85m，矢跨比1/8，拱圈宽度10.6m。

图1 桥梁现状立面

图2 桥梁现状横断面

根据《G354 碧江至江口县城公路改扩建工程桥梁检测报告》，现状桥梁主要存在以下病害：

其一，主拱圈下侧及拱背多条纵向裂缝，部分裂缝缝宽超限，最大缝宽达0.50mm。其二，拱上横系梁多条U 型裂缝，部分缝宽超限，最大缝宽达0.50mm。其三，部分桥面板板底出现纵向裂缝、斜向裂缝，最大缝宽0.3mm，部分裂缝伴有渗水、析白。其四，桥面铺装存在大面积坑槽、横向裂缝等病害。

图3 主拱圈纵向裂缝

图4 拱上立柱垫梁U 型裂缝

该项目道路设计标准为一级公路兼城市主干道，双向4 车道，现状桥梁不能满足总体使用要求，需要拆除重建或者加宽设计。该项目发包合同模式采用工程总承包模式。

2 施工图设计方案优化

2.1 初步设计方案

该项目EPC 合同范围为不包括初步设计阶段，鹭鸶岩大桥初步设计方案为拆除现状上承式拱桥，新建一座斜拉桥，斜拉桥采用（32+43+125）m 独塔双索面混凝土斜拉桥方案，长度204m，宽度45.5m，如图5 所示。施工阶段利用拟建的新庄路疏导交通。

图5 初步设计桥型图

2.2 施工图设计方案

EPC 总承包单位进场后，对工程现场进行了详细踏勘，发现拟建新庄路没有实施，现状新庄路不具备通行条件，并且附近没有其他道路满足交通导改需求。因此，联合设计团队进一步研究桥梁设计方案，提出了新的设计方案。通过调研铜仁市桥梁体系，发现铜仁市跨越锦江桥梁为拱桥体系，因此提出了该桥维持体系风貌，采用上承式拱桥的方案。现状桥梁虽然出现部分病害，但是非结构性严重病害，可通过限载作为保通桥梁使用，同时运营期可降低其使用功能，仅作为中分带绿化使用。基于以上两点，该桥桥梁设计方案采用两侧新建两幅上承式拱桥的设计方案，线形与现状桥梁一致，桥梁立面如图6 所示，横断面如图7 所示。现状桥梁施工期作为保通通道，运营期作为中分带。针对该方案与初设斜拉桥方案进行了比选分析，见表1。

图6 鹭鸶岩大桥桥梁立面（单位：cm）

图7 鹭鸶岩大桥桥梁横断面（单位：cm）

表1 主要技术经济指标比较

3 勘察设计施工一体化管理

与传统项目管理模式相比，工程总承包单位可以组织勘察与设计、设计与施工的相互配合，避免勘察资料不准确、设计方案可施工性差等弊病，大大减少施工阶段的变更和索赔，从而缩短工期、降低费用。在确定施工图设计方案后，总承包项目部组织勘察、设计、施工团队对方案进行了进一步的研究论证。

3.1 拱脚基础方案优化

3.1.1 旧桥设计方案调查

设计人员首先查阅了旧桥的竣工资料档案，了解了旧桥拱脚基础设计方案和施工工艺。旧桥拱脚基础施工时间为1997年冬季，当时锦江流经铜仁城区段尚未筑坝蓄水，每逢冬季，河道几近干枯，故采用明挖施工、坑内排水的施工方案。

该工程施工期间，锦江常水位245.00m，约低于基础顶面1.00m，明挖施工难度大、危险性高，需要重点研究设计方案。

3.1.2 逐桩钻孔

该桥处于岩溶地质环境，为准确判断岩溶发育情况，对拱脚基础进行了逐桩钻孔。通过钻孔发现，左幅拱脚处存在大量串珠状溶洞，且溶洞高度较大，如图8 所示；右幅拱脚处地质条件较好，仅仅出现岩溶裂隙，厚度小于0.5m，如图9 所示。

图8 左幅拱脚地质纵断面图

图9 右幅拱脚地质纵断面图

3.1.3 补充勘察

考虑到原桥是稳定的，且没有溶洞，勘察结果与原桥地质存在一定的差异，为进一步摸清拱脚处地质情况，通过物探方法进行补充勘察验证。

将物探成果与地质钻孔进行叠拼对比，如图10 所示，可以发现，物探与地质钻孔结果基本一致，验证了地质钻孔的准确性。

图10 物探成果与地质钻孔对比图

3.1.4 拱脚水平推力计算

旧桥两侧新建拱桥与原拱桥跨径和矢高保持一致，拱桥矢跨比为1/8，为坦拱。该项目采用有限元软件对该桥进行了计算。坦拱拱桥存在较大的水平推力，经计算，该桥拱脚水平力为67935kN。地下连续墙或重力式基础入岩面积为不小于12.4m×8m=99.2m，后背基础应力67935/99.2=685kPa，小于基岩承载力容许值2600kPa，满足要求。

3.1.5 拱脚方案比选

针对拱桥拱脚基础的地质情况、结构受力、施工可行性、对老桥的保护等角度对方案进行了分析、比选，分析结果见表2。

表2 拱脚基础方案比选表

3.2 桥面宽度优化

在距离大桥江口侧桥台100m 道路右侧，存在现状9 层（地下2 层，地上7 层）钢筋混凝土框架楼房一栋，建筑面积3000m，拆迁费约1000 万元。因此考虑优化道路宽度，尽量减少拆迁。

道路断面优化后，同时对桥面宽度进行了优化，优化后桥面宽度为：41.9m=4.5m 人行道+11.75m 行车道+0.5m 防撞护栏+8.4m 中分带+0.5m 防撞护栏+11.75m 行车道+4.5m 人行道，优化后桥梁断面如图11 所示。经优化后，避让该房屋建筑的拆迁，节约征地拆迁投资约1000 万元。

图11 优化后桥梁横断面（单位：cm）

3.3 0 号桥台设计方案优化

针对该桥碧江侧0 号桥台方案由总承包组织设计与施工管理人员进行了研究讨论（见表3），拟定重力式U 台方案和轻型桥台方案进行比选。

表3 0 号台方案比选表

4 结语

EPC 总承包模式区别于传统的发包模式，有效地将勘察、设计和施工进行一体化管理。设计施工总承包项目部从项目设计阶段就进入该项目，对项目开展进行可预见性的设计工作，避免出现勘察设计和施工相互矛盾的情况。该项目通过勘察、设计、施工一体化管理，与初步设计方案相比，施工图设计方案节约建安投资约2800 万元，节约征地拆迁投资约1000 万元，工期缩短8 个月，避免了旧桥拆除造成的环境污染，取得了良好的技术经济效益，为推进工程总承包管理积累了宝贵的实践经验。