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顶推设计
1顶推拼装平台
顶推拼装平台是钢箱梁节段拼焊和线形控制的场地,是顶推施工的起点。拼装平台纵向长40m,横向宽44m,采用钢管桩加钢管连接系作为支撑体系,管桩顶采用型钢作为纵、横梁。平台四周采用1.2m(δ=12mm)管桩,中间采用0.8m(δ=10mm)管桩。管桩每根长72m,入土深度约27m,单桩承载力1750~3200kN。
2临时墩及导梁
全桥共有6组临时墩,分布在北共用墩和南共用墩之间的河道和滩地上,标准间距为82m。每组标准临时墩通过分配梁和钢管组成变刚度结构,栈桥以下由24根1.0m管桩(δ=12mm)体系组成,按照3m×4m间距布置,栈桥以上由4根1.5m管桩(δ=16mm)组成。连接系采用桁式钢管,管桩顶采用型钢分配梁上布置滑道结构。单桩竖向承载力3000kN,入土深度35m,设计考虑调水调砂的冲刷12m影响。平台及临时墩桩均以入土深度和贯入度进行双控,以入土深度为主,以贯入度校核。打入时先采用DZ120锤打到稳定,再用APE400B或DZJ400打桩锤复打,80t履带式起重机在栈桥上配合施工。钢导梁为变截面工字形钢板梁,由2片主梁加桁式钢管连接系组成。底面线形与钢箱梁一致,长52m,重约153t,与钢箱梁用高强螺栓连接,导梁前端一节底面设置成斜坡口,以便钢导梁能顺利到达临时墩上。钢导梁在使用前必须进行探伤和等强度静载试验,以便检验竖向实际挠度与计算值的出入,测量出准确的挠度,确保架梁安全。钢导梁在工厂分单元制造并运输至工地,利用汽车式起重机分节拼装,为保证拼装过程中的抗倾覆稳定性,利用2×170t提升站吊到拼装平台后整体拼装。钢导梁前端设上墩结构,上墩后用千斤顶顶起,在滑块上滑移实现过墩。
3滑动装置
滑动装置由滑块(MGE高分子材料板)、滑道组成。MGE在工程实际应用中实测摩擦系数都在0.02~0.04(涂硅脂),动、静摩擦系数相差约0.01。考虑到工程的复杂性,采用静摩擦系数0.05,动摩擦系数0.03。滑板表面设置油槽,解决滑板不吸油问题,滑块表面涂硅脂油以减小顶推摩阻力,滑道表面完整无缝、光洁、清洁非常重要,可避免划伤、污物侵入滑道、滑板磨损变形、褶皱等使摩擦系数增大。滑道由钢板制作,主体钢板厚度应在40mm以上,上面铺2~3mm厚不锈钢板,不锈钢板表面粗糙度<5μm,滑道板横向宽度为滑块宽度的1.2~1.5倍,滑道前、后端50cm范围各有一段斜面,与滑道夹角约20°,以便滑块喂进和吐出。滑道板的有效长度为5m,滑块在顶推过程中承受的最大压力<10MPa,以免造成滑块变形过大和损伤。滑道梁与分配梁间采用橡胶缓冲层,以适应梁底曲线的变化,调节箱梁底板不平以及滑道顶标高的控制误差。橡胶层作为垂直方向承受压力的缓冲变形层,既满足受压强度的要求,又有一定的变形,以适应主桥竖曲线和设计成桥线形的要求。橡胶层内的加劲钢板可保证滑道的整体性,起骨架作用。
4动力及控制系统
本工程采用18台ZLD100-200顶推千斤顶,ZTB25泵站。每台千斤顶配置8根钢绞线。设备储备能力及安全系数计算满足要求,顶推速度6~8m/h。受临时墩影响,施工要求不平衡水平力前进方向最大不超过墩顶支反力的5%,反向不超过3%。总牵引力按总顶推重的5%计算,设备按10%水平力选配。顶推过程中所需最大牵引力T=161800×5%=8090kN,动力储备系数为18台×1000/8090=2.22,钢绞线的安全系数为8根/台×260kN/根×18台/8090kN=6。连续顶推千斤顶装置包括2台千斤顶以及连接撑套、2套自动工具锚及2套行程检测装置。通过2台千斤顶串联,其中1台千斤顶顶推,另一台回程复位,当前一台顶推行程快要到位时,另一台进入工作状态,交替接力往复循环来实现钢箱梁不停地连续顶推作业。钢绞线一端拉在箱梁上的拉锚器上,拉锚器共17对,布置间距约40m,在纵隔板内侧802mm处,过墩时不用拆除。
5导向及纠偏装置
顶推过程中会由于各种原因造成箱梁的横向偏位,本桥主要采取导向限位措施和加横向力主动纠偏(见图3)。导向的限位点分设在箱梁的首、尾两端和主塔墩处。尾端在拼装平台处设置横向限位导向。前端临时墩限位导向利用滑道作纠偏导轨,结合钢箱梁横隔板设计,采用1道横隔板上、下游各布置纠偏轮,钢箱梁前90m(大于两临时墩间距)共28对,对滑道梁的约束用螺栓连接。在主塔内侧则用限位导轮,与主塔采用预埋件连接,实现主动纠偏。导向失败,偏差过大,必要时采用强制施加横向力进行纠偏。而纠偏受力点应尽量设在结构纵向长度的首、尾两端,为了保证梁按设计轴线滑动,具体措施如下:①可用10t手拉葫芦在前进墩拉导梁、在拼装平台拉箱梁拉锚器进行纠偏;②导轮上可按需贴楔铁纠偏;③利用千斤顶进行主动纠偏。所以导向及纠偏工作必不可少,在顶推行进状态中,以导向为主,必要时强制纠偏,限制钢梁的横向偏移始终在误差允许范围内。
6顶推同步控制技术
桃花峪黄河大桥箱梁顶推控制系统拟采用分布式计算机网络控制系统,由1个主控台(工控机+组态软件)、9个现场控制器、若干传感器、若干数据线及控制线组成。每个主桥墩、临时墩上各配置1个现场控制器,每个控制器可控制2套顶推连续千斤顶,现场控制器要求既能就地控制又能远程控制。主控台及现场控制器之间通过通信电缆连接。各现场控制器之间采用通信单元通信,所有检测及控制信号经过通信单元传送到主控计算机。主控计算机根据各种传感器采集到的位移信号、压力信号,按照一定的控制程序和算法,决定油缸的动作顺序,完成集群千斤顶的协调工作;同时,控制变频器频率的大小,驱动油缸以规定的速度伸缸或缩缸,从而实现千斤顶的同步控制。每个墩位配置1个现场控制器,每个现场控制器均带有触摸屏显示,可控制1个泵站和2套顶推设备,同时将所有的数据传送到主控台。操作面板上安装有急停开关、远程/就地选择开关、报警指示灯等。在远程控制状态下,现场控制箱只能进行停止操作;在就地控制状态下,现场控制箱可对本泵站上的任何1台或多台千斤顶进行自动、手动操作。
方案优化与创新
该桥方案中临时墩高54m,黄河粉砂河床冲刷大(达6~12m),施工期间风大,顶推距离长、梁重等施工要求,顶推设计采取了在常规钢箱梁顶推方法基础上进行创新,实现大吨位钢箱梁高柔性支墩长距离单向多点同步顶推技术,有效控制顶推过程中的不平衡水平力。
1临时墩顶不平衡水平力控制方案和措施
针对工程特点采取“顶推力控制为主、速度同步控制为辅、荷载追踪、均衡受控”的控制策略。以各墩墩顶总反力为控制依据,顶推千斤顶的顶推力和速度作为受控量,实现力与速度的双控。墩顶顶推方向不平衡水平力控制在5%以下,顶推反方向控制在3%以下,以此荷载控制临时墩结构的设计,比常规的5%~10%有很大提高。临时墩结构设计时采取上滑道后偏离临时墩中心20~25cm措施。
2顶推平台采用长、短结合滑道
顶推拼装平台前端采用临时墩方式,其上设置短滑道,其余部分在箱梁与平台间设置通长滑道,便于钢箱梁节段拼焊时节段的调整及滑动与起顶,顶推施工时仅在拼好的箱梁后端设置起顶滑块,其他拼装用滑块撤除,拼好的箱梁节段组靠前端临时墩短滑道与后端设置起顶滑块共同滑出,后端设置起顶滑块在滑出一定距离后自动与箱梁脱开分离。如图4所示。
3临时墩顶设置预张拉水平索
为避免顶推时各墩受力不均造成墩身水平位移过大,可用墩顶水平钢绞线束进行抵抗。临时墩墩顶位移设计允许值纵桥向为:顶推前进方向120mm,反向为60mm。水平钢绞线束施工时分级加载,确保墩顶水平位移不超标。每墩设置4束,每束6根15.24mm钢绞线,共取24根钢绞线,在特殊情况下均可单独张拉收放调整。预张拉水平索布置情况如图2所示。
4设置拉线式位移变送器和限位急停装置
为确保使同一台连续千斤顶的前、后2个串联油缸协同一致,在连续千斤顶后设拉线式位移变送器,可有效测量左、右顶推的不同步位移,一旦位移接近限值,就利用微动开关进行检测及限位,对顶推系统进行预警。在预张拉水平索设限位急停装置,此限位急停装置采用变位器,可有效观测临时墩受力后的变位情况。变位器将顶推过程中的位移量转换成电信号直接传送至主控计算机上,超限后停车。
5移动提升站采用液压连续千斤顶自动控制提升技术
全桥钢箱梁(不含锚固段)共分53个节段,节段类型共A,B,C,D,E,F6种,C类和F类最重约319t,共44节。2×170t移动提升站跨度44m,高16m,由刚性支腿、柔性支腿和主梁3部分组成。支腿为钢管全焊结构,主梁由2片1542mm×2786mm箱梁组成。门式提升站走行在拼装平台和北锚梁支架上的轨道梁上。主梁上设2个吊点,总起重量为2×170t。每吊点上连续提升千斤顶安装16根17.8mm钢绞线及圈线器,控制系统由主控计算机、现场控制器、传感器、通信单元以及数据线等一整套设备及连接组成,采用集中管理、分散控制模式,能完成集群千斤顶的协调工作,实现千斤顶的同步控制。
6临时墩和南、北锚固段支架基础
北锚固段支架及北面覆盖层厚的河段,临时墩基础采用打入钢管桩方案;南面丁坝及覆盖层薄的河段,采用打入桩下接钻孔灌注桩方案,打入桩兼作钻孔桩的护筒,接头选在河床下一定深度,便于清除,满足河道行洪、航运及环保要求。南锚固段支架岸上基础在堤上山边采用挖孔扩大基础,路上采用摆放扩大基础加钢管柱方案,具有便于清除倒用、对河堤影响小、环保等特点。
关键词:公铁两用桥、市政、江北引桥、方案、比选
中图分类号:TU99 文献标识码: A
一.概况
1.工程概况
本项目为既有滨北线松花江公铁两用桥改建工程,位于哈尔滨市东部,连接哈市松北区与主城区。滨北线松花江公铁两用桥改建工程的建设,增加过江联系通道,加强区域之间的交通联系,对缓解市区过江交通压力,重新分配城市过江交通流量,彻底解除滨北线松花江铁路过江通道、城市道路交通瓶颈和安全隐患以及改善哈尔滨市铁路、城市道路路网的布局,提高综合运输能力,发展地方经济均具有十分重要的战略意义。本项目“滨北线松花江公铁两用桥改建工程可行性研究报告”,获2013年度北京市优秀工程咨询成果奖”一等奖”。
2.工程场地自然条件
2.1.地形、地貌
哈尔滨市区地貌特征受松花江水系控制,按成因形态分为剥蚀堆积、洪积平原和侵蚀堆积冲积河谷平原。前者分布在哈尔滨南部,地势较高,具缓坡漫岗状起伏;后者为松花江水系冲积而成,地貌低平,微地貌发育。进一步按形态单元划分为岗阜状平原、松花江阶地、松花江高漫滩和松花江低漫滩,哈尔滨市地势南高北低,地形坡向松花江及阿什河谷。
2.2.岩土工程地质条件
根据据钻孔揭示,推荐桥位及比较桥位处从上至下的地层如下:
填筑土:层厚0.5~5.0m;冲填土:勘探揭示厚度3.3~12.3m;杂填土:勘探揭示厚度1~3m;粉质黏土:厚2~6m;淤泥质粉质黏土:厚0~9m;粉、细、中、粗、砾砂:厚9~20m,潮湿~饱和,稍密~中密;粉质黏土:厚2~10m;粉、细、中、粗砂:厚20~30m,饱和,中密;砂质泥岩,灰绿或灰黑色,厚-巨厚层状,夹粉砂岩、砂岩。全风化带厚度4.9~8.0m,Ⅲ级硬土;强风化带厚度6.2~11.3m,Ⅳ级软石;弱风化以上为Ⅳ级软石
2.3.气象及水文地质条件
哈尔滨地处中纬度大陆东岸,属于寒温带季风气候区,具有明显的大陆季风气候特征。年内温差较大,多年平均气温变化在4~-4℃,年最高气温38.2℃,一般出现在6、7月份,最低气温-41.1℃,一般出现在1月份。
本流域的风向多为西南风,出现频率为16%,多年平均风速4.2m/s,年最大风速可达26m/s。全年大于五级风日数一般为80天左右,大于八级风日数为10-20天左右。
2.4.地下水埋藏条件
孔隙潜水赋存于上部砂层中,初见水位埋深0.0~5.0m,静止水位埋深0.0~4.5m,水位与松花江水位基本一致,含水层厚度稳定,约20~30m,透水性好,富水性强,补给主要为大气降水及松花江。地下水类型为SO42-·HCO3-~Na++K+·Ca2+型水和HCO3- ~ Na++K+· Ca2+型水,地表水类型为HCO3-·SO42-~Ca2+·Na++K+ 型水。据区域地质经验,桥址区地基土对砼无腐蚀性。
2.5.地震
根据《中国地震动峰值加速度区划图》(GB18306-2001),地震动峰值加速度为
设计原则
1.结构设计遵循适用、安全、经济、美观、施工快捷的原则。
2.充分采用新技术、新工艺、新材料,使适用性和经济性结合最佳,结构的设计做到技术合理、先进、有利于模数化、标准化施工,施工便利,经济指标低。
3.处理好桥面伸缩缝及桥面排水系统等,满足运营阶段行车的平顺、舒适、快速、安全的要求。
4.结构造型简洁,受力明确,造价节省,体现“节约全寿命周期成本”的理念。确保施工安全、工程进度和质量。
三.主要技术标准
1.道路等级:城市快速路,计算行车速度60km/h;
2.桥梁结构荷载标准:公路Ⅰ级,行人荷载3.5kN/m2。
3.桥面宽度
(1)公铁合建桥段桥梁总宽度30.0m,按照双向6车道布置,0.5m(防撞护栏)+2.0m(人行道)+25.0m(机动车道)+2.0m(人行道)+0.5m(防撞护栏)=30.0m。
(2)引桥段总宽度26.0m,按照双向6车道布置,0.5m(防撞护栏)+25.0m(机动车道)+0.5m(防撞护栏)=26.0m。
4.净空要求
铁路:≥6.55m;机动车道:≥4.5m;堤岸:≥4.5m
5.特征水位(黄海高程)
设计洪水频率P=1/100,流量Q1%=17900m3/s,水位H1%=120.19 m;
校核洪水频率P=1/300,流量Q1/300=22030m3/s,水位H1/300=120.98m;
最高通航水位:洪水频率P=1/20,水位H=119.30m。
6.地震
地震峰值加速度0.05g,基本地震烈度六度,按照七度抗震设防措施设防。
7.设防要求:按7度抗震设防措施设防。
8.防洪标准:设计洪水频率1/100年。
9.桥梁设计基准期:100年。
10.桥梁设计安全等级:一级,重要性系数1.1。
11.环境类别:Ⅱ类。
四.方案设计
本项目市政桥梁由三部分组成,即江北市政引桥、公铁合建段及江南市政引桥三部分,江北市政引桥往南顺接公铁合建段。
1.布跨原则
桥梁跨径主要受所跨地物限制、结构形式、受力特征、施工的便利性、经济指标及总体景观等因素影响。
2.地物限制
桥位跨越地物较多,主要控制桥梁跨径布置的地物情况如下:
(1)规划江堤:规划堤顶高程122.64m,堤顶宽8m,堤底宽73.4m,堤高6m,堤顶预留通道净空4.5m;
(2)规划江畔路:城市支路,规划红线宽15~30m,净空4.5m;
(3)规划165路:城市次干路,规划红线宽40m,净空4.5m;
(4)既有铁路上下行线及渡线:Ⅰ级,铁路限界高6.55m;
(5)新建铁路上下行线:Ⅰ级,铁路限界高6.55m,铁路上下行线桥宽10.5m;
3.方案构思
3.1上部结构
(1).鉴于主线桥铁路代建段为32.7m预制梁,考虑到全桥统一性及经济性,主线引桥上部梁型推荐为:直线段采用施工快捷、整体性较好、外形美观的30m跨左右预制装配式箱梁。
(2).对跨越既有铁路、大堤等特殊孔跨采用施工快捷、梁高较低、质量有保障的钢混结合梁。
图表1—上部结构形式综合比较表
3.2基础
根据铁路主线桥钻孔揭示,由于岩层埋藏较深,砂土层覆盖较厚(约40m以上),同时结合墩高、冲刷、受力等因素综合考虑选用摩擦桩基础,经试算匝道桥基础采用Φ1.25m钻孔灌注摩擦桩,桩长约40m(个别孔跨50m);主线桥采用Φ1.25m钻孔灌注桩,桩长约50m。
3.3桥墩
根据上部梁型比选,综合考受力特性、施工、美观等因素, 主线引桥墩高2.7m~27.5m,上部梁型主要采用预制装配式箱梁,必须设置盖梁,因此下部结构采用双柱式预应力盖梁,考虑到桥墩较矮时张拉预应力困难以及桥面较宽等原因,当墩高小于10m时,采用图表—2所示的预应力框架墩;当墩高大于10m时采用图表—3所示的预应力框架墩。
图表2—矮墩典型预制箱梁横断面效果图
4.设计方案
(1)推荐方案
起点桩号ZXAK0+190.186,终点桩号ZXAK1+025.186,孔跨布置为:3X30+4X30+4X30+5X30+3X30+1X55+4X30+3X30m,共计8联,桥长835m。其中除1x55m为钢混结合梁桥外,其余均为预制装配式箱梁。
图表3—典型预制箱梁效果图 图表4—钢箱梁效果图
(2)比选方案
起桥点桩号为ZXAK0+190.186,终点桩号ZXAK1+025.186,桥长835m。孔跨布置为3X30m+4X30m+4X30m+5X32.7m+(49+80+49)m+5X32.7m,共计6联,均为整体现浇连续箱梁。其中除(49+80+49)m为悬灌现浇变截面连续箱梁外,其余均为等截面现浇连续箱梁。
图表5—典型现浇箱梁效果图 图表6—现浇变截面箱梁效果图
(3)方案比选
图表7— 整体方案比选表
推荐方案 比选方案
优点 1、标准梁段以预制吊装架设为主,施工方法简单,尤其适应寒冷地区有效施工期短及对既有铁路干扰小等特点,同时规避了高支架施工风险及北侧引桥局部在水中搭设支架等问题;
2、可实现标准化、装配化乃至工厂化生产,避免增加施工难度而导致的施工费用的增加,以缩短工期、进一步降低工程造价,确保工程质量;
3、总体投资略省。 1. 整体性好,外形美观;
2. 可充分利用桥下空间作为钢筋加工场地,尤其适用城市内土地紧张、施工期间桥下无通车要求的地段。
缺点 1、需要设置预制场地,同时要解决预制场地与梁位之间的运输问题,需要大型吊装设备;
2、整体性稍差。 1. 现浇施工工期集中,受气候条件影响较大;
2. 现场施工量大,工期较长,施工质量不易控制,尤其高支架施工风险较大,支架工程量导致投资偏大。
造价 较少 较多
经上述比较,整体方案采用推荐方案
5.局部比选方案
现状江北大堤两个堤底之间距离65m,可考虑一孔跨越和栽墩防护方案,本局部方案比选针对推荐方案进行局部比选,主要跨越地物为规划江堤和现状铁路,比选里程为ZXAK0+520.186~ZXAK1+025.186,比选长度为505m。两个方案主跨效果图分别见图表4和图表6
图表8—跨大堤处局部方案比选表
8X30m+55m+7X30m结合梁方案 5X32.7m+(49+80+49)m+5X32.7m现浇连续梁方案
优点 工期短、不是整个工程的工期控制节点、施工质量有保障、建筑高度低、视野通透性好、施工难度低。 外形整体性好、一孔跨越大堤,对大堤影响小。
缺点 在大堤上设置桥墩,需对桥墩和大堤土体之间设置防渗墙和隔离墙,同时额外增加了大堤处理费用。 是整个工程的工期控制节点、现场施工量大、施工质量不易保障,工期长、施工难度大,建筑高度高,视野通透性差,边孔上跨既有铁路现浇,对既有铁路运营干扰大,影响时间长。
造价 ¥8538.88万元(其中含851.38万元大堤加固费) ¥8316.00万元
经上述分析,在做好大堤防护,保证大堤安全的前提下,推荐采用8X30m+1X55m+7X30m方案。
小结
通过本次方案设计,主要有以下几点体会,供同类设计参考:
(1)市政桥梁作为城市现代化的设施之一,是城市形象的代表,因此景观的要求是本次设计的重要因素之一。
(2)以道路总体方案、技术规范及标准为依据,进行结构多方案比选。
(3)分析桥梁经济跨径取值范围,确定基本跨径,尽可能做到标准化,工厂化生产,以满足工程进度,同时进一步降低工程造价、确保工程质量。
(4)推出的方案应充分考虑到工程所处的地理环境、现状及区域内可持续发展的需求。
(5)方案的选择需考虑工程所在地有效工期短,需满足建设进度要求,并需考虑施工期间对现状地面交通、既有铁路正常运营、防洪等影响最小。
(6)考虑到桥梁的景观效果,过高的桥头填土会对桥梁两侧的通透性造成阻隔,故桥头最大填土高度(起桥高度)确定为3.0~3.5m左右。
参考文献:
[1].《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)
[2].《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63—2007)
[3].《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB 10002.5—2005)
[4].《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01—2008)
[5].《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)
[6].《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025—86)
在桥梁工程造价控制中,设计阶段是造价控制的关键阶段,设计阶段对工程造价的影响巨大,所以必须重视桥梁工程设计阶段的造价控制。本文主要结合笔者多年工作经验,首先论述了桥梁工程设计阶段造价控制的意义,接着分析了目前桥梁工程在设计阶段造价控制存在的问题,最后提出了设计阶段桥梁工程造价控制的措施。
关键词:
桥梁;设计;造价;限额
引言
在桥梁工程造价控制中,造价控制贯穿于项目全寿命周期中,其中设计环节是造价控制的关键和核心环境,做好设计阶段的造价控制,能够起到事半功倍的效果。因而在桥梁工程造价控制中,必须充分的认识到设计阶段造价控制的意义,并且采取有效的措施做好设计阶段的造价控制。
1桥梁工程设计阶段造价控制的意义
1.1在设计阶段控制工程造价效果最显著
设计是桥梁项目由计划变为现实的关键阶段,桥梁工程在建设过程中能否保证质量、进度及节约投资,在很大程度上取决于设计质量的优劣。项目在做出决策后,控制工程造价的关键就在于设计环节。有资料表明,在工程建设造价控制中,进入施工阶段,通过各种手段,加强管理,提高工效,也最多只能影响工程造价的20%,而在决策和设计阶段,通过优化设计方案、引入价值工程及建设项目全寿命周期成本分析,排除不利因素,其影响造价的可能性高达60~80%。长期以来我们普遍忽视工程建设前期设计阶段的造价控制,而往往把主要精力放在施工阶段———审核施工图预算、工程结算上。错误的认为只要控制了施工图预算、工程结算也就控制了工程造价,这样做尽管也有效果,但毕竟作用有限。因此,要有效地控制工程造价,就应把重点转移到建设前期阶段上来,从设计这一源头抓起,有效地控制好工程造价。
1.2在设计阶段更便于进行造价控制
设计阶段是项目即将实施而未实施的阶段,还停留在图纸设计上,建设项目还没有开始施工,调整和改动都比较容易。但是如果进入施工阶段并形成实体之后,如果在进行设计更变就会产生较大的影响,甚至会出现拆除重建等情况,需要消耗大量的物力和财力,造成十分严重的浪费,不仅导致工程进度受到影响,还会导致工程造价提高。所以在设计阶段做好造价控制,对设计文件进行优化控制和完善,减少设计变更,具有重要的意义。
1.3在设计阶段控制工程造价有利于技术与经济相结合
桥梁工程设计都是由桥梁专业工程师完成的,他们在设计过程中更加关注的是桥梁的使用和性能。如果在设计过程中加重对经济因素的考虑,使得设计人员从最初就确保设计是在经济基础之上,在进行重大决定时能够充分的认识到经济后果。此外,在确定投资额之后,设计就只能够在限定的额度进行进行设计,有利于设计人员能够充分的发挥创造力,选择更加经济的方式实现目标,能够确保设计方案能够更加的体现出技术和经济的结合。
2桥梁工程设计阶段造价控制存在的问题
2.1没有很好地贯彻工程设计的基本原则
一个工程项目是否能达到经济合理,技术、工艺、流程是否科学,在很大程度上取决于设计的水平和质量。桥梁设计应贯彻“适用、经济,在可能条件下注意美观”的方针。我们所遇到的一些工程的施工图设计中就存在图集选用不合理等情况,设计人员没有根据本地区的地理气候条件选用合理的图集,使工程造价升高、造成不必要的浪费。有的设计人员按照个人习惯,选用手头上现有的图集,而且常年不换(有时根据选用的图集就可以判断是哪位设计人员设计的施工图),缺乏对不同图集做法的技术经济对比分析。还有的设计人员选用的图集严重老化,个别工程甚至选用70年代出版的图集,这样做给施工带来不便,更谈不上标准化设计。
2.2缺少技术设计,技术设计与施工图设计脱节
一些设计人员对市场上出现的新设备、新工艺、新材料缺乏了解,设备选型落后,所选用的设备有的早已淘汰、不生产。在设备、材料进行招标时,经常会有一些设备供应商针对这一情况向设计单位提出异议。
2.3设计思想保守、超标设计现象普遍
长期以来设计人员更注重设计产品的安全实用性、技术先进性,强调设计的产值,对设计产品的经济性及设计中的经济指标和成本控制工作不够重视。另外,现行的设计收费标准一般是以工程投资(没明确下达投资额的以建筑安装工程费)为取费基数,对设计中造成的浪费缺乏明确的标准和控制措施,不连带任何经济责任。一些设计人员为了多计取设计费,提高了设计标准,抬高了工程造价。尤其当设计费与个人收入挂钩后,这种情况就更严重了。致使一些工程设计保守浪费现象较为普遍,难以从根本上有效控制工程造价。
3桥梁工程设计阶段造价控制的措施
3.1推行设计招标
一个成功的设计方案应该是功能满足,技术先进,经济合理的统一体,只有当三者得以充分平衡时,工程的价值才能充分体现,这就要求技术与经济有机结合。为了促进设计质量的提高,应把工程设计推向市场,引入竞争机制,对一定规模的工程进行设计招标,通过设计招标进行多种设计方案的技术经济比较,优选设计方案。由工程建设主管部门组织一些技术和经济方面的专业人士组成一个项目方案评定小组,由评定小组采用科学的方法,按照经济、适用、美观的原则,以及技术先进、功能全面、结构合理、安全适用、满足节能及环境等要求,综合评定各设计方案的优劣,从中选择最优的设计方案。
3.2运用价值工程优化设计方案
价值工程中所述的“价值”,是指作为某种产品所具有的功能与获得该功能所需全部费用的比值。价值工程基本原理的表达式为:价值=功能/寿命周期成本(寿命周期成本包括项目的建设成本及项目建成以后的运行成本)。由此可见,价值工程涉及到价值、功能和寿命周期成本三个要素。价值工程的目的是研究工程项目的最低寿命周期成本可靠地实现使用者所需的功能,使工程造价、运行成本及工程产品功能合理匹配。设计人员参与价值工程,就可以避免在设计过程中只重视功能而忽视成本费用的现象,充分发挥设计人员的创造精神,提出各种实现功能的方案,从中选取最合理的施工方案。这样既保证了建设方所需功能的实现,又能有效地控制工程造价,降低运行成本。
3.3推广标准化设计
采用标准化设计,可以节约工程材料,降低工程造价。由于生产工艺定型,生产均衡,统一供料,工厂化生产,发挥了规模效益作用,劳动效率提高,质量得到保证,因而使标准件的生产成本大幅度降低。标准设计是经过多次反复实践加以检验和补充完善的,能密切结合自然条件和技术发展水平,合理利用资源,充分考虑施工生产、使用维修的要求,既经济又优质。
3.4推行限额设计
设计阶段的投资控制,就是编制出满足设计任务书要求、造价受控于投资决策的设计文件,限额设计就是根据这一要求提出来的。限额设计就是按照设计任务书批准的投资估算额进行初步设计,按照初步设计概算造价限额进行施工图设计,按施工图预算造价对施工图设计的各个专业文件作出决策。限额设计实际上是建设项目投资控制系统中的一个重要环节。在整个设计过程中,设计人员与造价人员密切配合,做到技术与经济的统一。设计人员在设计时考虑经济支出,作出方案比较,有利于强化设计人员的经济意识;造价人员及时进行造价计算,为设计人员提供经济信息,克服技术与经济脱节现象,达到动态控制工程造价的目的。
4结语
综上所述,设计阶段是桥梁造价控制的关键环节和核心阶段,必须充分的认识到桥梁工程中设计阶段造价控制的重要意义和作用。上文提出了目前桥梁工程设计阶段造价控制仍然存在着一些问题,因此必须结合实际情况,采取合理的有效措施,做好设计阶段桥梁工程造价控制。
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在我国很多的桥梁项目的设计时,虽然在设计阶段已经满足了理论要求,然而在投入使用之后,出现很多质量安全问题,诸如跳车、路基沉降、结构裂缝超限裂缝等。所以,就需要我国的设计者大量地结合国内外先进案例,在进行桥梁工程设计时,一定要着重考虑到诸多因素,例如桥梁的实际交通流量、环境条件、结构、材料等,而且,需要借助各种技术手段对桥梁项目设计的施工方案进行优化。这些手段的最终目的是,保证桥梁的安全性、耐久性。虽然,政府相关部门也颁布了桥梁设计规范与标准,然而,我国目前桥梁的建设也不断地向着多样性、多功能性方向发展,再加上不断涌现出了很多桥梁设计所需要的新材料、新工艺、新技术,所以那些传统的设计方法不再适合现代桥梁建设。
2桥梁设计隐患问题
2.1在桥梁设计中存在的问题
很多设计人员在进行桥梁设计时,对投入实际使用的很多方面都缺乏考虑,例如交通流量因素、温度因素、环境因素等。而且,很多桥梁设计人员认为在进行桥梁设计时,首先需要考虑到结构强度和布局是否可以满足相关的设计标准规范,但是对于所设计的桥梁在实际使用中的抗腐蚀性、结构体系、耐久性都缺乏考虑。与此同时,在设计、施工等多方面上,缺乏很全面的考虑。这些方面都导致了设计时的项目计算偏差、实际路线不准确,以至于,出现桥梁使用钢筋规格不符、混凝土强度不足、路桥实体结构的受力不均等问题,这些都会对桥梁的结构的安全性、耐久性造成不利影响。
2.2设计方案滞后于桥梁的发展
在对桥梁工程项目的进行实际设计时,由于很多地方依旧采用那些过时的、传统的设计方案,这些设计方案不仅不能满足现代桥梁工程建设的需要,而且会在实际使用时过程中留下安全隐患。因此,设计方案对于一个桥梁工程项目具有很大的意义,一个好的设计方案一定会使桥梁的施工项目不但得到好的安全质量,而且会缩短建造工期、降低施工难度以及建造成本。现在,虽然说有很多新工艺、新技术以及新材料的不断涌现,但是很多桥梁施工项目根本不予采用,造成这种情况的主要是由于桥梁的建设周期太短。这样就迫使工程项目的建设方必须压缩成本,以追求经济效益为目的,因此,建设方只会留给设计部门很少的设计时间。
3保证桥梁质量安全的相关措施
3.1桥梁工程的耐久性设计
一个桥梁工程项目在实际建设施工以及投入使用中,都会受到来自人为因素、环境因素等多方面的影响。例如,如果一个桥梁长期受到雨水的冲刷、地质灾害、道路交通流量超载等多方面的作用,这就一定会造成桥梁结构会出现不同程度的质量问题,例如断面、裂缝、老化等,以至于出现不同程度的道路损坏,更有甚者会引发安全事故。因此,就需要设计人员一定要对所施工项目的最大道路交通流量、周边环境、施工场地条件等多方面进行检测、预算、分而且结合桥梁本身的特点和要求,在保证设计的强度符合标准的条件下,一定要提注重桥梁的耐久性和安全性。
3.2项目设计阶段的质量控制
对桥梁工程设计质量的优劣和水平的高低,这将对使用安全与使用功能有着直接影响作用。因此,就需要项目的建设单位一定要给设计部门富余的时间去对桥梁项目,进行勘察、分析和设计。而且项目的设计人员务必做到以下几点:(1)必须要保证项目设计强度符合相关规范与标准,与此同时,也要试着去研究整个设计所采用的创新工艺、新材料以及新技术,使整个项目具备先进性;(2)设计人员不但要进行项目的创新设计,而且要对传统成熟的技术与创新技术之间进行有机的结合,确保未经使用过的新技术、新工艺以及新材料的使用,不会埋下任何质量安全隐患;(3)项目的设计人员还需要为质量检查的时提供便捷性,这样就可以方便随时对整个施工过程的风险进行把控,以设计出安全、先进的设计方案为目标。特别是对桥梁项目的关键部位进行设计时,设计人员务必要进行全面、精确的计算,对项目的质量控制进行严格把关,以确保施工安全和项目投入实际使用的安全。
3.3合理选择设计方案
针对桥梁项目中的结构主体设计,设计人员应合理的选择设计方案,确保项目在投入使用后具备安全性与耐久性。大多数的桥梁工程项目所处的环境条件不同,而且需要铺设范围大,所以,在设计过程中,低一定要充分的考虑、分析整个桥梁的主体结构,并且要对不同的因素去满足项目需求的设计方案。在我国,目前的有大跨度和标准跨径两种桥梁结构形式。事实上,在实际的桥梁设计施工中,标准跨径桥梁的施工相对于大跨度的桥梁来说,难度小、造价合理,而且可以进行预制装配,所以,这种标准跨径桥梁设计被广泛的应用。
4结语
1)桥梁工程是复杂的,其工程合理性和结构合理性的判断较为困难,真正掌握桥梁工程核心技术的人才资源极度稀缺,因此一般工程设计很容易出错,设计的反复次数多,且是串行模式的反复。2)桥梁工程是高度危险的,其结构体系复杂,荷载大,结构容易损伤,极易出现病害,影响结构安全。同时,结构上面是高速行驶的车辆,结构病害极易引发交通事故,不仅会对人民的生命财产带来危害,而且还会对国民经济造成不良影响。因此,上述因素导致国家高度重视桥梁工程的审查,级级审核次数多;而因为审查资源稀缺,最终导致级级审查为串行模式,设计者必须完成每次的审查修改才能向下次审查提交设计图纸。3)桥梁工程图纸制作工作量巨大,导致校核工作量急剧增加。4)桥梁工程设计周期紧,资料不全,反复次数多,这也属于串行模式的反复。总体来说,桥梁工程设计图纸制作工作量大,图纸制作反复的次数多,且属于串行模式的反复。因此,目前桥梁工程设计的主要问题不在于信息共享和团队协作,而在于信息的正确加工能力,即资料齐备后制作的设计方案,不管多少次、多少级别的审查,方案都没有问题或者只有少量问题,从而从根本上消除或者明显减少因设计反复引发的工作量。这需要高端技术人员加入设计团队,但高端设计人员资源都很稀缺。因此,对于桥梁工程设计而言,目前协作平台的重点应放在高端技术的共享和贯彻上。协作角色的重点是表1中的设计院专业副总,其是设计院的技术灵魂,具体工程一定要他们深度切入协作。
2问题与对策
上述分析表明,由于桥梁工程的复杂性和危险性等,致使桥梁设计必定是反复的;由于高端人员的稀缺性,导致这种反复必然是串行的。由于高端人员的稀缺性目前难以解决,导致串行性难以解决,因此,协同机制改进的重点是设计的反复性。设计反复性包含2个主要方面,一是反复的次数;二是每次反复的制作工作量。要想使反复次数降到最低,则质量必须绝对可靠,而这需要设计院专业副总深度切入协作才可能达到。1次反复的制作工作量包括2个方面,一是设计思想的变更工作量,其牵涉到更改一系列设计关键值;二是设计思想表达制作的工作量,即工程图纸绘制工作量。通常,设计思想变更工作量较少,制图工作量变更较多,其可以通过参数化制图工具来解决。目前如何能让设计院专业副总深度切入具体工程项目的设计协作是一个亟待解决的问题。也就是说,专业副总究竟最后控制了什么?如果能把专业副总控制的内容提前告知设计团队,那么设计图纸制作质量将得到大大提高。目前专业副总控制的内容是以设计指导书的形式来表达的,但是不够精细,且还是靠人工执行的,执行质量还不一定能达到专业副总要求的水平,因此专业副总控制的内容还需要更精确的方式表达,并采用更精确的方式来实施。笔者基于设计经验,认为数字化控制技术的应用应该是一个最好的解决方案。下面对该解决方案进行简单介绍。
2.1数字化设计指导书建立
首先要将最终工程结构参数化,即根据桥梁结构的固定规则去掉大部分不受外界参数影响的参数,剩下的就是依工程情况而变的少部分参数,也就是桥梁结构的关键参数;然后再将工程条件(如技术标准、地质、自然条件等)参数化,各参数根据其自身特点建立分级标准;最后建立一个关系数据库,即各种工程条件参数值对应的各种桥梁结构关键参数值,该数据库就是桥梁设计经验库,也是数字化设计指导书的具体形式。实际工程设计时,只需明确工程条件参数值即可自动搜索桥梁设计经验库,高质、高效地形成桥梁方案。该库是设计院专业副总毕生心血的结晶,是他们多年理论与实践经验以数字化方式保存的成果,项目组可以在设计开始时就直接应用专业副总的经验,且应用过程是数字化控制的,完全能达到高精度的标准;专业副总也可随时修改指导书的内容,项目组直接应用修改后的设计指导书,达到设计人员与专业副总的高端思想随时保持一致。
2.2计算控制平台建立
建立结构计算工具、造价估算工具及三维效果图工具,对实际工程结构的安全系数、材料指标、美观指标进行计算,并将其与专业副总的控制指标进行对比,既可校验指导书的正确性,又可确保具体工程的质量。
2.3高效协作操作平台建立
协作操作平台必须能完成桥梁的方案设计,智能应用数字化设计指导书,自动调用参数化制图平台并生成工程图纸,自动建立计算模型以控制工程项目的工程合理性。设计团队中各角色必须有自己独立的操作界面,可以进行独立的数据迁入/迁出操作,以提高项目设计中的并行能力。同时要严格权限管理,更新数据的权限主要是确保数据安全,查询数据的权限主要是确保数据保密。
3结语