1、桥梁设计理念及相关工作流程要点浅析桥梁设计理念及相关工作流程要点浅析吴潇潇,黄淼,李勇(安徽省公路勘测设计院,安徽合肥)摘要:在进行公路桥梁设计过程中,设计理念的更新以及对设计流程的把握程度对设计人员来说尤为重要.如何成就更理想,更人性化的设计作品需要设计工作者不断探索.关键词:桥梁设计理念;工作流程;桥型方案中圈分类号:U442.5 文献标识码:A 文章编号:1873 5781(2007)030287030 引言在进行高速公路桥梁的设计过程中,理念的更新对设计人员来说尤为重要.当然,理念的更新并不等同与原则,标准的变化.在尊重原则和标准的基础上,通过技术进步,灵活设计,创作设计成就更理想,更
2、人性化的设计作品是设计工作者的不断追求.交通部提出的“以人为本,树立全面协调 ,可持续的科学发展观“的公路设计新理念便是一个很好的典范.从某种程度上来说,这一理念正深刻地影响着广大的设计工作者并指引着公路勘察设计工作的前进方向.1 桥梁设计理念的几个重要因素1.1 理念是桥梁设计的灵魂只有不断挑战常规设计理念,更换思路,设计工作才能不断进步.例如在安徽省六安至武汉高速公路设计过程中,四标南厢屋左右线高架桥的布跨方案和桥台基础的设计方案正是在不断的探讨中得以改进和完善以最大程度地达到优化设计.作为该标段仅有的两座分离式单幅高架桥,其大部分桥跨位于陡坡上,地形相当复杂,尤其是南厢屋左线高架桥的方案
3、一直沿着陡坡延续,无限制地增加桥长显然不经济,为节约造价,确保安全,在对不远处姚湾隧道出渣量和该标段弃方进行充分估计后,考虑采用大桩号桥台与姚湾隧道弃土场结合设计的方案(见图 l 所示),即将大桩号桥台伸人弃土场.大桩号桥台设计方案既可充分利用隧道的弃渣,有效地缩短桥长,又为确保大桩号桥台的安全实施,提供了有利的平台.圈 1 桥台平面示慝图顾及纵,横向山坡影响,大桩号桥台设计方案经过充分的比选,也逐步浮出水面.进行了多个方案的比较,最终主要在重力式桥台和轻型桥台中做出抉择(见图 2 所示).前者视地质情况对山体表层土进行阶梯式开挖后,逐层浇筑基础,在弃土上砌筑 U 型桥台.该方案左右侧高差约
4、14m,工程量浩大,施工质量难以保证,同时施工过程中的很多不确定因素很可能造成方案的反复或设计变更.后者通过设不等长桩,在弃土场平台上浇筑桥台.一字式台接桩基的桥台型式既适应地形横向变化,又减小了开挖量,节约圬工方量,在施工中往往弃土场压实度难以保证的情况下安全性更高.收稿日期:20070314;修改日期:20070518作者简介:吴潇潇(1979 一),女,安徽芜湖人,安徽省公路勘测设计院助理工程师.图 2 桥台基础型式的比较整个桥梁的设计过程正是在不断认识,完善和提工程与建设2007 年第 21 卷第 3 期 287升工程结构的设计理论和方法.因此,设计人员必须拓展思路,丰富认知,经常性地
5、逾越惯性思维方式方法,在传统的设计方式上争取突破.1.2 美是桥梁设计的要点和落脚点众所周知,桥梁不仅是交通系统的重要组成部分,而且常常是一种标志性建筑物.人们希望在通过桥梁时获得惊喜,甚至得到人文和地理的享受.因此,其体现的服务水平和与自然界的协调程度往往决定了其表象价值.作为桥梁最为表现的事物便是其协调性,更进一步要求便是美观性,这种美涵盖了安全美,经济美,功能美与视觉美.在加快公路基础建设的过程中,作为一名工程设计人员,必须在工作中注重自修桥梁的美学.并作为责任在设计中重视桥梁的美学价值和景观功能,满足人们的观赏愿望.在桥梁设计工作中,想要做到以上的境界可谓难.这其中最重要的要把握好一个
6、“度 “.就拿最简单的构造物来说 ,当满足通行或通航或过水要求的前提下,在经济效益相当的背景下,什么跨径的桥梁能因地而就,自然美规则成为决定性因素.而刻意追求美观,强拉硬拽却往往会画蛇添足,适得其反.就拿最通常的车行天桥来说,在山区或平原区或城市附近都很有讲究,在地形地势复杂的山区道路上,构造简单轻盈的上跨桥就便足够了;而平坦广阔又有景观需求的地方往往需要通过上跨桥的造型予以弥补;在城市附近,人车流量多的地方,上跨结构无论在上部结构造型和下部的构造形式都应充分重视,甚至桥上的细节装饰物都应无微不至.从根本意义上来说.桥的美观性应该是在平和,自然中又赋予灵动2.1.3 合理的桥梁设计方案是设计的
7、关键1.3.1 相关资料收集由于目前的外业调查工作日趋完善,因此桥梁相关资料的收集工作十分必要,通过外业调查资料,相关的文件和相关部门的信息获取设计水位,流量,流速,通航水位,施工水位,河道堤防现状及规划,桥址区域内现有的或不可见的构筑物情况,这其中包括地下管线(如给排水管道,通讯光缆,电缆,燃气管道等),信号设施,水电站,文物古迹,矿产资源等方方面面.并通过资料比选论证或报相关部门审批以确定对桥位和布跨方案起到控制性作用的因素,并依此确定桥墩基础是否避让,原有构筑物的拆迁,改造和防护措施等.288工程与建设2007 年第 21 卷第 3 期1.3.2 桥型方案的选择桥梁方案的选择应从地质,水
8、文,接线方案等多方面综合论证,通过方案比选以寻求较优的桥型方案.桥跨范围是否有不良地质现象存在,桥跨结构针对设计洪水水位的富裕程度,接线方案的合理性和可行性都是在桥型方案选择中必须综合考虑的重要因素.对于同一项目中 40m 跨径以内的梁桥,适宜采用标准化结构设计方案以达到方便设计与施工,可取得良好的经济效益.在同一标段内的桥梁孔径,形式以及下部结构形式应力求统一.同一座桥梁,除通航或其它要求外,应尽量采用相同的结构并且等跨设置.在平原区多为宽浅的河流,桥梁跨越时宜多采用等跨梁桥跨越主河槽以与环境协调.当线路跨越存在泥石流的河流时,桥孔应尽量采用单孔或考虑采用多孔较大的跨度,以保证桥梁下部结构的
9、安全性.当跨越河道的水深较大,河面较宽时,则在技术经济条件许可的情况下增大水中桥跨跨度,尽可能将桥墩设在岸上或河滩上,最大限度地避免深水桥墩基础,以降低洪水对桥墩及基础施工的影响,有利于泄洪及水上交通,减少了船舶撞击桥墩的几率.山区桥梁当跨越峡谷时,可优先考虑造型美观的拱桥或吊桥方案.1.3.3 桥梁布跨这是桥梁设计的主要项目之一.对于跨越河流的桥梁,桥梁中线宜与天然河道洪水流向正交,避免水流汇聚涡旋,影响桥梁安全,同时桥跨结构应充分考虑设计洪水水位要求,以及壅水高,河床淤积或漂流物等影响.当桥梁上跨在建的高等级道路时,为了避免采用较大的跨度,降低建筑高度,节省投资,往往考虑是否可于道路的中央
10、分隔带处设墩;当桥梁上跨已建的道路时,为便于施工组织,通常采用预制吊装结构以两跨或多跨跨越道路.而同时应避免桥梁与被交道路的交角过大.桥梁孔跨的布置,除满足桥梁功能及其它条件的要求外,应充分考虑到结构的经济性.一般来说,地质越差或下部结构投资越大,就越宜采用较大的跨度,以减少支承结构的工程量,从而节省投资,反之亦然.因此,对于大型桥梁孔跨布置通常通过桥跨变化以显出桥梁结构的平顺,流畅.值得一提的是,在同一个项目中应特别注重跨径的标准化分级,合适的跨径分级可以在整个项目中形成一整套合理的桥型方案,若缺跨级则必然导致方案的不合理和日后的变更.1.4 经济合理方案依赖于必要的安全储备目前设计标准定义
11、的均是设计建成时期结构具有的使用性能,而对处于使用状态的性能随时间的变化却缺乏充分的认识和储备,简单讲,似乎只考虑了建造期造价成本,却忽视了运营期的维护成本和与使用寿命相对应的成本效益,这与可持续发展的观点是相背的.在接踵而来的改扩建工程设计中可以深刻地体会到这一点.在进行结构设计的过程中,首先是选择经济合理的结构方案,其次是结构分析设计,当然,规范制定了的安全系数和指标以确保结构的安全性.按照程序或公式进行计算即可.因此就在这个环节上忽视了对现阶段的施工和管理水平,材料耐久性,结构的后期改造,加宽,维护以及施工过程中可能造成的人为失误等问题的充分考虑.即没有采用适当的安全度,缺乏细部节构设计
12、等主动型的设计方法来确保桥梁使用性能的充分体现.有的连续结构因为截面渐变过快,造成局部应力过大;有的构件截面过于局促而预应力钢束过于繁杂;有的结构混凝土强度等级过低但钢筋却过于饱和,有的结构保护层厚度过小等等这些都削弱了结构耐久性,严重影响结构的安全性的重要因素.因此,不少桥梁,虽然满足了现有设计规范的强度要求,但不出几年就因为耐久性出了大大小小的问题,严重下去必然会影响到结构安全.2 桥梁设计工作流程的合理化建议2.1 相关专业的认知对桥梁设计工作至关重要在实际设计过程中,桥梁方案的确定除了与桥梁结构本身的受力性能等本专业知识密不可分外,其与相关专业的知识有着千丝万缕的联系,甚至在很多时候,
13、相关专业的知识成为决定性因素并起着更为关键的作用.在目前团队式设计工作方式下,要把握好两个方面:一是集成化管理,二是互动式设计.作为设计团队的一员,每一个设计人员必须清晰地了解整个项目的特点,内容,程序和运作方式,必须清醒地认识到个人工作的思想内容和团队关联性,即做到对项目的深刻理解.因此,充分理解相关专业知识,理解项目要点,是把部件设计化整体设计的重要途径,是确定桥梁设计成功与否的先天因素.2.2 标准化设计的完善和改进从桥梁设计工作各项阶段的比重来看,其实留给设计人员的真正设计周期在整个项目的操作过程中所占的比重并不大.在施工图的末期,即设计人员安排最为饱和的阶段,个别难度较大或更为复杂的
14、桥梁设计周期往往更短.因此从某种程度上来说,设计图纸的质量存在的风险也就更大.那是什么原因导致设计时间和绘图时间的不协调?怎样才能把更多的绘图时间转化为设计时间呢?不难发现,在设计初期,需要花去很多的时间去进行标准化设计和标准的制定.这无疑影响了前一个项目的设计完善并滞缓了下一个项目的设计方案准备.在标准化施工和标准化设计的时代,应该建立一个不断更新完善的标准化图库体系,把桥梁设计人员从绘图中解脱初来,把更多的精力和时间放在真正的设计过程中,以最大效率提高图纸的质量,最大可能地减少设计流程中的反复工作,尽快地形成一个最佳的,良性循环的设计流程和体系.2.3 互动式设计体制的建立和维护桥梁设计决
15、不是一项独立的设计工作,其与路线,防护,地质,区域规划等多方面紧密相关.因此作为总体设计的一部分,其与相关方面设计的互动尤为重要.在项目操作过程中,某一项工作的滞后必然会影响到其它工作.再仔细分析一下设计产品,不乏一些节点上的失控和自相矛盾的现象存在.当然,在设计流程中有很多制度和方式进行信息传递,但这种传递缺少互动式的设计体系去修复设计失误,去强化设计部门之间的沟通.而这些恰恰是设计体系中最能推动设计质量的有效方法.3 结束语理念和工作方法是成就优秀设计作品的两个极其重要的组成部分,只有二者有效地结合和互动,才能让设计作品更加臻美.参考文献1交通部公路司.新理念公路设计指南M.北京:人民交通出版社,2005.2和丕壮.桥梁美学 M.北京 ;人民交通出版社,1999.3盛洪飞.桥梁建筑美学 M.北京:人民交通出版社,1999.4王亚斌.景观桥梁结构造型设计与评价D. 合肥:合肥工业大学土木建筑工程学院,2006.5陈艾荣,吴海军 .关注桥梁设计中的安全性和耐久性 EJ.中国公路,2002,(23):6769.t-r 程与建设 2007 年第 21 卷第 3 期 289
