"在美国,悬索桥、斜拉桥近年来使用的数量并不多,除非有特殊需求。主要还是从经济上考虑。"

"最直接的收益是功能价值,这是桥梁建设的初衷所在。若实际并不需要如此大的跨径,就不应该以不菲的代价来建造破世界纪录的大跨径桥梁。"

"超越今天的纪录,意味着行业的整体进步。为了增加悬索桥的主缆长度,中国已经开发出超高强度缆索及超高性能混凝土,提高了悬索桥的安全、经济和耐久性,提升了国际竞争力。"

"优秀的设计能够帮助业主作出正确的判断。反之,有些地方明明不适合建悬索桥,却出现了一些小跨径的悬索桥,既花了钱,又丑陋,后期养护费用也比较高。"

"航道管理部门有严格的要求;建桥时岸线资源、港口设施等都需保护,还要考虑到作业安全。所以,往往采用大跨径的桥型。而跨径大,则成本大,争议矛盾由此凸显。由于缺乏相应的争议解决机制等,业主往往以增大跨径来化解争议。"

近日,《经济日报》推出了6张了不起的“中国名片”,中国桥梁岿然在列。最高、最长、最早、最大跨径……尽管这些世界纪录令人振奋,但实际上,每一座桥梁在设计之初,都需要经过严谨而繁复的专题研究,其中通航论证尤为复杂。长期以来,航道管理部门和桥梁结构设计部门就桥址和桥型的选择,一直存在争议。而最终的桥型方案,往往是航道管理部门、设计部门和业主单位多方协商、妥协的结果。在此过程中,桥梁工程师应如何坚守职业原则,作出科学判断和合理设计?国外发达国家又有哪些做法值得借鉴?为此,《桥梁》杂志记者书面采访了国内外多位桥梁专家,并将观点进行了整理和汇总,尝试从不同角度进行探究。

据美国新泽西州交通局工程师程小华介绍,美国各州公路及交通官员学会的桥梁设计规范(AASHTO LRFD)规定,桥梁选址应从下面几个方面考虑:首先,是桥梁所要跨越障碍的条件(海洋、河流、山谷、道路等等);其次, 是高性价比且实用的设计、施工、服务功能,检测和养护;另外,需提供并满足一定等级的交通服务和公共安全的需求;还有很重要的一点,就是尽力降低对公路/道路造成的负面影响 (比如因桥梁问题引起的公路运输中断等问题)。不论大跨度桥梁还是普通桥梁,从初步概念设计开始贯穿整个桥梁设计过程,力求达到安全性、功能性及耐久性,其终极目标是全寿命周期成本的最优化。对于上述设计及施工规范没有包含的复杂桥性型(如悬索桥、斜拉桥、拱桥等),需根据具体情况逐案分析,提出特别的设计及施工要求。

桥型之外需要突破

具体到桥梁的通航问题,需要考虑以下几个问题: 其一,航道所需通过轮船的等级和数量、桥址平均及最高最低水位等,确定桥下的竖向及横向净空的设计要求;其二,桥址的地质地貌、水文、土壤、潮汐、洪水冲刷、冰块漂移、海水腐蚀等条件选择桥梁基础位置、深度及基础类型;其三,自然灾害的风险,如抵抗地震,台风,洪水冲刷及灾后检测评估,快速修复、快速通车的要求;其四,如果是“生命线”道路,道路系统和结构系统的冗余度也是非常重要的考虑因素;其五,美观,桥下航道宽高比例与桥型和周围环境协调;其六,环境因素。在美国, 桥梁建设及使用对自然、文化、历史环境、居民生活的影响,在桥梁选址和选型中是一个非常重要的考虑因素,有时或许会是决定性因素,往往会花费很长时间进行评估。比如,桥梁施工和使用期间对环境如鱼、鸟、生物/动物活动和季节迁徙的影响,应不干扰或尽量少干扰。对于这些问题需要业主、设计单位、施工单位、环保部门、海岸警卫部门、美国地质调查局、地方政府以及其他相关部门通力合作,商讨解决。如果桥梁下航道宽度被某种原因所限制,根据海岸警卫部门的规定,可以依据船舶交通量,有效地设计及设置防撞设施、通航信号灯、净空监控测量和警报等设备加以控制。同时,可以考虑在不需要大幅改变建桥造价的情况下,有效地利用高强先进材料,改善桥梁跨度。

桥型之外需要突破

在美国,悬索桥、斜拉桥这些大跨度桥型近年来使用的数量并不多,除非有特殊需求。如周边环境、社会美观等要求或没有其他选择的情况下。主要还是从经济上考虑。一方面是建设初始造价,另一方面是使用寿命中的维持养护造价,以期达到最低的全寿命周期成本。

美国工程院院士、中国工程院外籍院士邓文中在《桥梁跨径的世界纪录之争》一文中提出:我们为什么要造桥?并且通过成本与收益的角度来探讨这个问题。他表示:任何项目都有它的收益和成本。如果收益超过成本, 那么项目是可行的。若收益少于成本,至少从理性上讲, 是不可行的。桥梁的成本是很直接的,它由建设费、管理费、维修费和其他诸如设计、监控等软成本费用组成。桥梁的收益来自功能价值、美学价值和品牌价值几个方面。功能价值是在桥梁的运营过程中节约时间和能源等方面的总和,美学价值是桥梁为城市增加美感而体现的。品牌价值可以包含很多方面——历史事件的纪念,政治理念的表达,或者某位重要人物的追忆。但是显然,最直接的收益是功能价值,这也是桥梁建设的初衷所在。若实际并不需要如此大的跨径,就不应该以不菲的代价来建造破世界纪录的大跨径桥梁。额外的费用必须有对应的额外价值,如果达不到,那么就是在浪费纳税人的钱。

美国公路署桥梁技术前总监、中美公路技术交流中心美方主席许南本(Myint Lwin)认为,桥梁科技的进步和桥梁工程的创新,无疑会延长桥梁的主跨。超越今天的纪录,意味着行业的整体进步。为了增加悬索桥的主缆长度,中国已经开发出超高强度缆索及超高性能混凝土,提高了悬索桥的安全、经济和耐久性,提升了国际竞争力。韩国超长跨径桥梁研究与开发中心,正在开发主跨达到2800米悬索桥的设计和规范。

桥型之外需要突破

对于涉及大跨径结构的特大型桥梁工程来说,影响到技术可行性和成本效率的因素很多。主要包括:土壤条件、选址地势、可用材料、施工可行性、养护需求、耐久性、项目规范等,最后是业主的意愿,但不仅仅如此。对于重点工程,有专家建议前期应确定所有的技术可行性方案,然后为未来的设计、分析和评估挑选出3~5个最具吸引力的解决方案。再由高级别的审核人员和富有经验的专业人才开展多学科研究,从而选择出最优桥型方案。这是一种确保桥梁安全性、功能性和经济性方法,既提高了工程施工质量,也减小了出现错误和疏漏的风险。同时,该专家认为:在我国,“追求跨度”这种现象在业界确实存在,但也不能一概而论。因为任何一座大跨度的桥型选择,都有各方面复杂的原因。作为设计人员,应该从设计的角度,以“安全、适用、经济、美观”为前提,综合考虑。优秀的设计能够帮助业主作出正确的判断。反之,有些地方明明不适合建悬索桥,却出现了一些小跨径的、400 米左右的悬索桥,既花了钱,又丑陋,后期养护费用也比较高。桥梁是百年工程,一座好的大桥会成为标志性建筑。可现实情况往往是,花了很多钱,却没能作出与造价相匹配的品质。我们的设计师应该摈弃故步自封的习气, 提升整体素质,包括专业素质和美学修养。

桥型之外需要突破

浙江省交通规划设计研究院副院长王昌将表示,影响设计的因素很多,一方面,航道管理部门对桥梁的高度、跨度提出了严格的要求;另一方面,水运业发展迅猛,岸线资源宝贵,沿岸港口或临港工业布置密集,产业兴旺导致两岸交通需求增大。但由于港口岸线规划的限制,修建桥梁时需要保护岸线资源、港口设施,还要考虑到作业安全,因此,往往得采用更大跨径的桥型方案。而跨径的加大,就意味着成本的增加,争议和矛盾由此凸显。在我国,由于许多项目的建设周期比较紧张,解决争议需要花费大量时间,且当下也缺乏相应的争议解决机制,耗时未必能取得好结果。因此,业主往往选择增加投资、增大跨径来化解争议。王昌将说:“对于上述难题,设计单位往往很被动,造桥成本的浪费与职业操守相违背,但你若坚持不做,自然有其他单位勇挑重担。”

王昌将认为,中国的桥梁人基本能坚持职业操守,脚踏实地,并具备较强的技术能力。但是中国桥梁事业发展到今天,缺乏解决问题的良好机制,尤其是涉及各方利益的管理、协调机制,这是我们要虚心向国外学习的地方。

“汝果欲学诗,功夫在诗外”,中国桥梁事业的科学发展,急需在桥梁之外取得突破。

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