張家界荷花大橋橋型方案設(shè)計

張曉松 上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海 200125

1 項目概況

張家界是湖南省轄地級市，原名大庸，因旅游建市，是中國最重要的旅游城市之一，擁有武陵源景區(qū)和天門山等世界級旅游目的地。荷花大橋位于張家界荷花國際機場第二通道上，是荷花機場通往市區(qū)及武陵源景區(qū)的門戶型工程。該項目由南向北于月亮島島尾橫跨澧水，到達且住崗，橋位處水面被月亮島一分為二，每側(cè)水面寬約200m，常年水深約10m。地形地貌與地質(zhì)：橋位南側(cè)為丘陵地貌，巖石裸露，橋位北側(cè)平原地貌且有較厚覆蓋層；道路等級：城市主干路；橋梁荷載等級：城-A級；橋梁布置雙向六車道及人非道；工程位于木龍灘水電站庫區(qū)，庫區(qū)現(xiàn)狀航道等級為Ⅶ級航道，規(guī)劃為Ⅴ級航道，橋下設(shè)計通航凈空高8.0m，最高通航水位165m；設(shè)計洪水頻率為百年一遇，設(shè)計洪水位168.42m。

圖1 荷花大橋橋位平面圖

2 橋型方案初選

荷花大橋橋位處的江面寬度約400m，河中央有天然的月亮島沙洲，可考慮多種布跨方案。由于澧水河在橋位處水深較深，多跨越江橋梁水中墩較多，施工較為困難，同時荷花大橋作為門戶型通道，有橋梁景觀需求，因此不考慮多跨小跨徑橋梁方案；一跨越江跨徑將超過500m，可以采用斜拉橋或者懸索橋方案，斜拉橋橋塔將超過130m，超過機場限高，而一跨越江懸索橋造價高、施工難度大，也不宜考慮；三跨越江可以布置懸索橋、斜拉橋、拱橋，但由于未結(jié)合地形布跨，施工難度大同時不利通航，也不宜推薦；兩跨越江可以采用獨塔斜拉橋或三塔懸索橋方案，獨塔斜拉橋方案從工程方案角度非常適合本項目，經(jīng)濟合理，但造型易與類似項目重復，不能擔負荷花大橋門戶地標的功能要求；兩跨越江三塔懸索橋，施工難度與造價均處于居中位置，類似布置形式相對較少，易于形成標志性建筑，因此選擇此方案進一步進行建筑方案與結(jié)構(gòu)方案比選。

相關(guān)內(nèi)容參考了有關(guān)文獻。

3 兩跨越江三塔懸索橋建筑風格研究

3.1 現(xiàn)代風格

從荷花大橋“荷花”入手，進行元素提煉、線性組合與造型模擬，形成如荷花瓣形狀現(xiàn)代風格橋塔，展示了荷花的天然之美；而大橋造型采用荷花的立意也充分體現(xiàn)了張家界這座有著天然景色之美的旅游城市的獨特魅力。

圖2 荷花大橋兩跨越江三塔懸索橋現(xiàn)代風格橋塔造型研究

荷花大橋是連接荷花機場的重要交通，應(yīng)重視功能和空間組織，結(jié)構(gòu)和造型美。發(fā)揮結(jié)構(gòu)構(gòu)成本身的形式美，除去多余的裝飾，用自身的質(zhì)地和色彩體現(xiàn)橋梁造型的景觀美。所以現(xiàn)代簡約風格為首選提出的橋塔方案，重視功能和空間組織、結(jié)構(gòu)和造型美，以其挺拔雄壯的形態(tài)在寧靜的水面上盡顯風采。

圖3 荷花大橋兩跨越江三塔懸索橋現(xiàn)代風格整體造型研究

3.2 古典風格

張家界是少數(shù)民族聚集區(qū)，以土家族、苗族、白族為主，全境土家族人口較多，是土家族世居地區(qū)?？紤]到其特有的民族文化，我們將土家族建筑的精神內(nèi)涵體現(xiàn)到本方案的設(shè)計中。

圖4 荷花大橋兩跨越江三塔懸索橋古典風格橋塔造型研究

三塔方案，邊塔矮于中塔，整體看起來更加雄偉壯觀，三塔的側(cè)平面正好猶如山的造型，坐落在這座山水之城，與周圍環(huán)境相呼應(yīng)。而單獨的主塔本身采用飛檐翹角的屋檐形式，在主塔及細節(jié)處體現(xiàn)傳統(tǒng)民族特色，在整個大輪廓下，與山水相呼應(yīng)，既民族又寓情于山水之間。主體突出，輪廓鮮明。

圖5 荷花大橋兩跨越江三塔懸索橋古典風格整體造型研究

3.3 建筑風格方案比選

現(xiàn)代方案與古典方案體現(xiàn)出迥然不同的建筑風格與精神氣質(zhì)，均為可實施方案，要在兩個方案之間做出抉擇，應(yīng)當從橋梁所處物理環(huán)境與人文環(huán)境出發(fā)，分析哪一種方案更能夠與周邊環(huán)境相契合，哪一種方案更能夠適應(yīng)當?shù)鼐用竦膶徝佬枨蟆?/p>

張家界古稱大庸，建于2230年前，是古庸國所在地，荷花大橋橋址附近就有土家族風情園、大庸古城等諸多成片古建筑群。追溯土家符號的淵源和產(chǎn)生，不難看出符號背后的民族性格、民族歷史、民族審美情趣等本質(zhì)性的內(nèi)蘊，通過這許許多多的符號，張家界土家人將精神元素揉合于物象之中，隱喻某種概念或思想感情，讓先民們的精神得以傳播延續(xù)。因此，從與橋梁周邊環(huán)境相契合及當?shù)孛癖妼徝佬枨蟪霭l(fā)，揉合了土家族古建元素的古典方案無疑才是更為契合的方案。

4 兩跨越江三塔懸索橋結(jié)構(gòu)方案研究

4.1 自錨式懸索橋方案

主橋三塔自錨式懸索橋，跨徑布置為30m+92m+228m+228m+92m+30m=700m，主跨的主纜矢跨比為1/6，采用預制平行鋼絲索股體系，主纜外直徑為391mm，主纜末端錨固于加勁梁上，吊索間距8.0m；加勁梁采用全漂浮體系，采用鋼-混凝土組合梁，梁高2.7m，支座設(shè)置于梁端及塔柱橫梁，塔柱內(nèi)側(cè)、錨墩及過渡墩上，均設(shè)置水平限位裝置；塔柱采用薄壁式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，通過進一步細化方案設(shè)計，中塔柱總高最終確定為74.6m，橋面以上塔高53.0m，邊塔柱總高最終確定為43.3m，橋面以上塔高33.0m，塔柱在主梁梁底以下采用橫梁連接；樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，設(shè)計類型為嵌巖樁，塔柱基樁直徑3.0m，樁長約20～25m，持力層為中風化頁巖。

圖6 荷花大橋兩跨越江三塔自錨式懸索橋方案

4.2 地錨式懸索橋方案

主橋三塔地錨式懸索橋，跨徑布置為228m+228m=556m，主跨的主纜矢跨比為1/9.5，采用預制平行鋼絲索股體系，主纜外直徑為391mm，主纜末端錨固于錨碇，吊索間距8.0m，加勁梁采用全漂浮體系，采用鋼梁結(jié)構(gòu)，梁高2.7m，支座設(shè)置于梁端及塔柱橫梁，塔柱、錨墩及過渡墩內(nèi)側(cè)設(shè)置水平限位裝置；塔柱采用薄壁式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主塔高度與自錨式懸索橋方案保持一致，中塔柱總高74.6m，橋面以上塔高53.0m，邊塔柱總高43.3m，橋面以上塔高33.0m，塔柱在主梁梁底以下采用橫梁連接；根據(jù)橋址處地質(zhì)條件，錨碇采用重力式錨碇；樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，設(shè)計類型為嵌巖樁，塔柱基樁直徑3.0m，樁長約20～25m，持力層為中風化頁巖。

圖7 荷花大橋兩跨越江三塔地錨式懸索橋方案

4.3 計算分析及結(jié)論

自錨式及地錨式懸索橋方案均采用MIDAS CIVIL2013有限元計算軟件分析了結(jié)構(gòu)靜力安全性，主纜設(shè)計安全系數(shù)不低于2.5，吊索設(shè)計安全系數(shù)不低于3.0；地錨式懸索橋錨碇抗滑移及抗傾覆系數(shù)不低于2.0；主橋的抗震及抗風穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

圖8 荷花大橋兩跨越江三塔自錨式及地錨式懸索橋方案總體計算有限元模型

4.4 結(jié)構(gòu)方案比選

荷花大橋兩跨三塔懸索橋結(jié)構(gòu)方案比選表

從上表可以看出，自錨式懸索橋施工方式為先梁后纜，相對比較復雜，而且主梁受壓，主梁造價相對較高，但可以通過采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)梁形式增加截面抗壓能力，同時不存在錨碇結(jié)構(gòu)，景觀相對較好，更加適合應(yīng)用于城市橋梁；地錨式懸索橋主跨結(jié)構(gòu)施工方式為先纜后梁，相對簡單，但存在巨大錨碇構(gòu)造，尤其是在北岸平原地帶，覆蓋層較厚，造成錨碇體量巨大，造價較高，巨大錨碇也會對城市景觀造成較大影響。因此，綜合考慮，推薦采用自錨式結(jié)構(gòu)作為最終選擇。

5 結(jié)語

本文從張家界荷花大橋的使用及景觀功能出發(fā)，考慮了各種可能的布跨和橋型方案，首先遴選出兩種布跨形式、三種橋型方案，再結(jié)合施工難度、造價、景觀進行進一步方案深入比較，得出兩跨越江三塔懸索橋橋型方案的結(jié)論。然后結(jié)合此橋型具體進行了建筑景觀及橋梁結(jié)構(gòu)形式研究，最終推薦該橋采用古典造型三塔自錨式懸索橋作為本項目推薦方案。