第四节 桥梁设计方案比选
第四节 桥梁设计方案比选
[A1-2.58] 桥梁设计方案比选主要包括桥位方案比选和桥型方案比选。桥位方案比选宜在工程可行性研究阶段完成，桥型方案比选应在初步设计阶段完成。
[A1-2.59] 桥位选择应满足水文、地形地貌、工程地质、气象、通航、防洪、区域规划等方面的要求。参考“桥涵水文”课程的有关原理和方法初步确定几个桥位方案（一般至少两个），每个桥位方案均应满足现行《公路工程水文勘测设计》（JTG C30）的要求。根据每个桥位的特点进行综合分析比较，选定一个较优桥位作为推荐桥位，如[例1-2-2]所示
[A1-2.60][例1-2-2] 钱塘江二桥桥位方案比选：钱塘江二桥（公路与铁路两用桥）位于钱塘江强涌潮河段上，是连接沪杭、浙赣、宣杭、萧甬铁路的重点工程，为华东路网的重要桥梁。在桥位比选时提出了4个桥位方案，如图1-2-10所示，从上游依次往下为：潭头桥位方案、珊瑚沙桥位方案、钱塘江桥（既有桥）旁方案和四堡桥位方案。
[A1-2.61] 潭头桥位位于既有桥上游约9.5 km处，上游为富春江与浦阳江的汇合口，两江汇合后水流约呈90°转弯，集中冲淘萧山岸，使得桥位上游水文条件复杂。该方案的优点在于桥位位于杭州市最南边，对城市的干扰小，但两岸铁路接线最长，过境公路需穿过市区，绕行路线最长，接线工程费用最高。
[A1-2.62] 珊瑚沙桥位位于既有桥上游，距富春江与浦阳江的汇合口较远，水文条件较好，河床比较稳定，两岸接线较潭头桥位方案短，但该桥位处江面最宽。
[A1-2.63] 既有桥旁桥位位于既有桥下游约500 m，两岸接线工程最省，且桥位处江面较其他方案都窄，投资最小。但由于江面较窄，水深，流速大。该桥位距市区较近，存在对城市的发展、环境污染及交通干扰等问题。
[A1-2.64] 四堡桥位位于既有桥下游约13.5 km，两岸铁路、公路的接线较潭头桥位方案和珊瑚沙桥位方案均小，且接线工程无需穿过市区，对城市的发展、环境污染及交通干扰等影响不大。但桥位处于涌潮河段，对桥高和桥梁结构等有一定的要求，对桥位上游河段的航运开发有一定的影响。
[A1-2.65] 经综合比较，最后推荐四堡桥位方案。
图1-2-10 钱塘江二桥桥位方案比较
[A1-2.616] 对于大型（或独立）桥梁，为了设计“安全、耐久、适用、经济、环保和美观”的桥梁，必须根据自然条件和技术条件，因地制宜，在综合应用专业知识及了解掌握国内外新技术、新材料、新工艺的基础上，进行深入细致的研究和分析对比，科学地得出最优的设计方案。桥型方案比选和确定可按下列步骤进行。
- 明确各种高程
在桥位立面图上，先按比例绘出设计洪水位、通航水位、堤顶高程、桥面高程、通航净空、堤顶行车净空位置图等。 - 桥梁分孔和初拟桥型方案
在确定了各种高程的立面图上，根据泄洪总跨径的要求，以及桥下通航、立交等要求，作出桥梁分孔和桥型方案草案。作草案时思路要宽广，只要基本可行，尽可能多绘几种，以免遗漏可能的桥型方案。 - 方案初筛
对草案进行技术和经济上的初步分析和研判，筛去弱势方案，从中选出2～4个构思好、各具特点的方案，进一步进行详细研究和比较。 - 绘制桥型方案图
根据不同桥型、不同跨径、宽度和施工方法，拟定主要尺寸并尽可能细致地绘制各个桥型方案的尺寸详图。对于新结构，应进行初步的力学分析，以准确拟定各方案的主要尺寸。 - 编制估算或概算
依据编制方案的设计图，可以计算出上、下部结构的主要工程数量，然后依据各省、市或行业的“估算定额”（预可、工可阶段）或“概算定额”（初步设计阶段），编制出各方案的主要材料（钢、木、混凝土等）用量、劳动力数量、全桥总造价。 - 方案选定和文件汇总
全面考虑建设造价、养护费用、建设工期、营运适用性、美观等因素，综合分析确定每一个方案的优缺点，最后选定一个最佳的推荐方案。在深入比较过程中，应当及时发现并调整方案中不尽合理之处，确保最后选定的方案是优中选更优的方案。
[A1-2.67] 上述工作全部完成之后，编制方案说明。说明中应明确方案编制的依据和标准、各方案的主要特色、施工方法、工程总投资（估算或概算计算的工程造价）以及方案比较的综合性评述。对于推荐方案应作较详细的说明。各种测量资料、地质勘察和地震烈度复核资料、水文调查与计算资料等应作为附件列入。
[A1-2.68] 湖南岳阳洞庭湖大桥桥型方案比选
2001年建成的湖南岳阳洞庭湖大桥位于洞庭湖与长江交汇处，东接岳阳市区洞庭大道和107国道、京珠高速公路，西连省道306线，桥宽20m，双向四车道。在设计中选择了三塔斜拉桥、系杆拱配斜拉桥、连续刚构桥三个桥型方案（图1-2-11）进行比选，比选结果见表1-2-3。经综合比选最后选定方案Ⅰ——三塔斜拉桥方案作为推荐方案。
| 三塔斜拉桥方案 (第Ⅰ方案) |
系杆拱配斜拉桥方案 (第Ⅱ方案) |
连续刚构方案 (第Ⅲ方案) |
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| 安全性 | 1.主桥跨度适中，板梁式结构施工方便，工期较短 2.两岸引桥采用预制T梁，可工厂化预制施工，质量可靠，工期有保障，但需要预制场和吊装设备； 3.行车较平顺。 |
1.主体采用箱梁断面，刚度大，施工安全； 2.两岸引桥采用移动支架现浇，施工条件差，工期制约因素多并需要多套设备方案保证工期； 3.行车平顺舒适。 |
1.主桥跨度适中，板梁式结构施工方便，工期较短 2.两岸引桥采用预制空板，可工厂化预制施工，质量可靠，工期有保障，但需要预制场与吊装设备； 3.行车平顺舒适。 |
| 耐久性 | 主桥后期营运养护费用较高 | 主桥后期营运养护费用较高 | 主桥后期营运养护费用少 |
| 实用性 | 1.两孔310 m主跨跨越主航道，与航道适应性好，通航净空大，防撞要求低 2.河床压缩少，有利汛期泄洪； 3.两岸副孔30 m简支梁伸缩缝多，桥面连续易开裂。 |
1.主桥打垮少，对通航较不利，桥墩防撞要求较高； 2.河床压缩较多，对汛期泄洪较不利； 3.两岸副孔30 m，伸缩缝较少 |
1.两孔280 m跨径连续刚构跨越主航道，与航道适应性好。通航净空大，但主墩应设置防撞设施； 2.河床压缩多，汛期泄洪能力较差 3.两岸副孔30 m空心板，伸缩缝多，桥面连续易开裂； 4.后期跨中下挠严重，易开裂。 |
| 经济性 | 54295.7万元 | 53653.4万元 | 55412.8万元 |
| 美观性 | 桥型美观，气势宏伟，与周围环境协调好。 | 高松的桥塔与低矮的拱圈，大跨斜拉桥与小跨拱桥反差明显，配合不够协调，桥型欠美观 | 主桥线条简洁明快，但因其高跨比例不很协调，影响桥型美观。 |
注：表中各方案工程造价为2001年以前的计算结果。
图1-2-11 岳阳洞庭湖大桥桥型方案比较（尺寸单位：m）
a)三塔斜拉桥方案；b)系杆拱配斜拉桥方案；c)连续刚构方案
[A1-2.69] 对于中、小跨径桥梁，一般不需要进行桥型方案比选，但桥梁结构形式的确定应根据桥位所处建设条件，从跨径、主体结构、横断面及建筑高度、支承条件、地基地质条件及施工方法诸方面综合考虑，确定一个各方面较为合理的结构形式，选用原则如下:
- 对于中、小跨径的混凝土桥梁，为降低造价、方便施工、缩短工期，可采用装配式简支结构、板结构和先简支后连续结构。
- 对跨径在20～40 m的桥梁宜采用预应力T梁或组合箱梁形式，T梁施工质量易于控制，宜优先采用。
- 对无特殊景观要求的桥梁包括跨线桥，宜优先采用预制拼装结构，尽量少用现浇结构。
- 同一座桥梁中的截面形式、梁高及悬臂板长度要尽可能一致，有变化时应流畅过渡，尽量避免较大突变。
- 下部结构形式应与上部结构在桥宽、梁高、跨径、外观尺寸、受力条件等方面相适应。桥墩截面可考虑圆形、矩形或其他截面，但同一座桥梁宜采用同一种截面形式。
- 变宽桥梁应考虑与等宽桥梁结构形式相协调。
[A1-2.70][拓展小知识1-3] 桥梁设计纵坡
公路桥梁的设计纵坡用“%”符号表示，铁路桥梁的设计纵坡用“‰”符号表示。例如，公路桥梁桥上纵坡不宜大于4%；高速铁路、城际铁路的区间正线最大坡度不宜大于20‰，困难条件下应不大于30‰；客货共线铁路电力机车牵引时，平原地区不大于6‰ 。
[A1-2.71][学习提示]
一座桥梁从项目立项到建成运营需要经历研究阶段（含勘测）、设计阶段（含勘测）、施工阶段和运营养护管理阶段。工程规模不同的桥梁（特大桥、大桥、中桥、小桥、涵洞）工作内容是有区别的。
- 对于独立建造的大桥或特大桥，桥梁可行性研究、设计、建造范围是桥梁全长加两岸接线工程。预可行性研究需完成项目立项，确定工程规模和工程总投资；工程可行性研究是确定桥位及各项设计技术标准（桥高、桥长、桥宽、公路等级、荷载等级、航道等级、抗震要求等）。初步设计是进行桥型方案比选（含两岸接线工程），确定推荐方案；对于技术复杂大桥，通过技术设计解决关键技术问题并优化（深化）初步设计；施工图设计是对推荐方案进行详细设计，以满足施工要求。
- 对于一条新建的道路，其中包含有桥梁工程，桥梁可行性研究、设计、建造范围为桥梁全长。对于大桥或特大桥工程，工作阶段及内容同上述（1），但不包含大桥两岸接线工程。对于中桥、小桥及涵洞工程，桥位顺应道路走向；桥宽一般与路基同宽；桥高应考虑洪水位或立交净空要求，桥面纵坡与道路一致；跨径布置尽量采用标准跨径，桥型应结合各方面因素确定一个合理的结构形式，可采用装配式板梁、T梁、小箱梁等，设计阶段与道路总体设计同步。
- 桥梁设计基本原则是什么？
- 简述桥梁设计应满足哪些基本要求？
- 桥梁设计分为几个阶段？分别适用于什么情况？各设计阶段的主要任务与设计内容是什么？
- 桥梁的平面设计、立面设计和横断面设计分别包括哪些主要内容？
- 桥位平面设计图上应反映哪些内容？桥梁总体布置图上应反映哪些内容？
- 简述桥梁设计方案比选过程以及应包含的主要内容。