在桥梁可行性研究报告的基础上,经建设主管部门审查通过,就可确定一座桥梁工程的建设项目并编制设计任务书。建设单位可采用招标或委托设计的方式进行桥梁的初步设计(preliminary design)。设计任务书是进行初步设计的依据。在初步设计阶段,设计单位应根据设计任务书中所确定的桥位、荷载等级、各项技术要求(如桥宽、桥梁建筑高度、通航净空等),按照桥梁设计原则,进行桥梁的方案设计,包括拟定结构型式(桥式、体系、跨度等)及其主要构造尺寸,提出施工方案,估算经济指标(如工程概算、主要建筑材料数量)等。对委托设计情况,被委托方应提交2~3个桥式方案以供比选,并提出推荐方案。对各投标单位的方案设计,需通过由建设单位组织的评审委员会进行评比,中标方案的设计单位可承担后续技术设计和施工设计工作。
初步设计的目的是在设计任务书的技术范围内提交一份建桥项目设计比选文件。通过初步设计,完成以下工作:
(1)说明本桥梁工程的特点和要求。
(2)提出若干可行的比较方案。
(3)分析各方案所需的费用、工期、技术措施等。
(4)推荐准备采用的较好方案。
初步设计的内容包括:
(1)设计任务的来源和要求。
(2)桥址处自然条件的基本资料。
(3)技术条件的选定。
(4)桥位方案的比选,上下部结构方案的分析、比较和确定。
(5)推荐方案及其理由。
(6)推荐方案的指导性施工组织,包括施工方法、进度安排、场地布置、主要机具、材料和劳力配置等。
(7)工程概算。
现就桥式方案、水文和勘测工作、工程概算说明如下。
初步设计的重点是在桥式方案和结构总体构思方面。各方案均要求提供桥式布置图(bridge layout),标明桥跨布置,高程布置,上下部结构型式及工程数量。对推荐方案,还要提供上、下部结构的结构布置图,以及一些主要的及特殊部位的细节处理图。各类结构都需经过验算并提出可行的施工方案。
在确定桥式方案时,需对桥梁平面、立面和断面的具体布置以及它们之间的关系进行反复、交互地研究和调整。(www.xing528.com)
1.平面布置
根据桥址地形平面图,可试定正桥的桥轴线位置。然后在轴线上,研究河岸及堤防情况,拟订两岸边墩(台)位置并布置其他桥墩。进一步,结合通航情况和河床情况,判断各墩位是否满足通航要求;结合地质剖面图,研究各墩位的岩面情况和附近岩层构造;结合水文资料和计算,研究各墩位处的水深、流速、流向等。综合以上情况,就可大致确定上下部结构类型、桥墩处的阻水和冲淤情况、基础类型及其大致的埋置深度等。
结合线路方向、两岸地形和立面布置,可以试选引桥轴线的走向、弯道和坡度。从岸边墩(台)的路面高程,用适当的引桥长和分界点与桥台连接,然后用填土路堤引道,降落到地面附近,与线路连接。
2.立面布置
从平面轴线布置,结合地形图、地质剖面图、水位高程、计算冲刷线和已确定的上、下部结构,可以绘成沿轴线的桥梁立面图(elevation view)。在立面图上,能够进行上、下部结构和基础的轮廓设计,初步验算桥墩及基础的强度和稳定性;对构造、地质层次、河床、水深、两岸地形和坡道长度、桥面高程、桥下净空等,均可定出较为准确的尺寸和数字;并显示出全桥的结构概貌和轮廓造型。
3.断面布置
沿桥轴线各关键处,结合选定的结构类型、地形、地质横断面、水位高程和冲淤计算等,可以做出桥梁的断面布置图,显示出上部结构的横断面构造、桥面及桥面净空尺寸、墩台顺流向的轮廓设计(经验算后可确定墩台、基础的全部尺寸)。断面布置表达了桥梁的完整构造,是桥梁立面图的重要补充。
当三个面的布置都能互相配合,满足技术要求时,桥式方案就能成立。
推荐方案必须是经过比选后得出的,要经得起反复推敲。所采用的桥式和跨度必须建立在调查研究和科学合理的基础上,切忌先入为主,或屈从某种主观意志的支配。
在桥式方案中首先要慎重确定桥梁跨度,特别是主跨的跨度。采用大跨度对通航有利,也可减少费力费时的基础工程量。但在桥长相同时,大跨度较小跨度造价高、工期长(因较小的跨度可以采用多点施工、平行作业的措施)。通航桥跨应与航道相适应,要能覆盖各种水位时航道可能出现的变化。例如,西陵长江大桥位于三峡大坝下游前沿,在大坝施工期间,要历经三次河道改道。因此,所采用的桥式方案(图2.6)均采用一跨过江的方案。经比选,方案2和方案3的桥墩布置对河道通航均有所干扰,最后决定采用跨度更大的方案1。
图2.6 西陵长江大桥桥式方案比选
在初步设计阶段还要进一步开展水文和勘测工作。通过水文工作,提供基础设计、施工所需要的水文资料,如施工期间各月可能的高、低水位和相应的流速,河床可能的最大冲刷和施工时可能的冲刷等。
在初步设计阶段进行的勘测工作称为“初勘”。在初勘中要求建立以桥位中心线为轴线的控制三角网,提供桥址范围内1/2000地形图。勘探工作一般在桥轴线上的陆地及水上布置必要的钻孔。必要时还要在桥轴线的上下游也适当布置一些钻孔,以便能控制住岩层构造情况及其变化。根据钻探取得的资料,确定岩性、强度及基岩风化程度,覆盖层的物理、力学指标,以及地下水位情况等。
根据工程量、施工组织设计以及标准定额编列工程概算。各个桥式方案都要编列相应的概算,以便进行不同方案工程费用的比较。一般,初步设计概算不宜大于前期工作已批准的“估算”的10%。
另外,在主管部门审批初步设计文件时,如对推荐方案提出修改意见,则需根据审批意见,再行编制“修改初步设计”报送上级审批。
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