城市鋼筋混凝土拱橋方案設(shè)計(jì)分析

黃永忠

（廣西建工集團(tuán)第五建筑工程有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)研究院，廣西 柳州 545006）

0 引言

隨著我國橋梁建設(shè)技術(shù)的發(fā)展，不同型式、超大跨徑及復(fù)雜構(gòu)造的橋梁建造技術(shù)都已經(jīng)非常成熟。然而，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求使得橋梁設(shè)計(jì)師不僅僅需要考慮橋梁的安全，還需要更多地關(guān)注橋梁的美觀性能，特別是對于城市橋梁結(jié)構(gòu)[1]。目前諸多城市橋梁的建設(shè)越來越注重景觀性能，在考慮橋梁結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性及建造適宜性的前提下，還得使建設(shè)的橋梁成為城市的關(guān)鍵構(gòu)造物，能夠融入城市的文化與歷史背景[2-3]。

本文以桂林市平樂縣茶江二橋的建設(shè)為工程背景，研究了如何融合景觀需求的城市橋梁方案選擇與設(shè)計(jì)。針對地址條件，提出了鋼筋混凝土懸鏈線拱橋的設(shè)計(jì)方案，并給出了鋼筋混凝土懸鏈線拱橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和方法。

1 工程概況

桂林市平樂縣茶江二橋?qū)⒉杞瓥|岸的平樂中心組團(tuán)與西岸的同樂新區(qū)連接起來，是兩片區(qū)的重要連接通道，也是桂林市平樂縣金子嶺城市森林公園和茶江東岸老城區(qū)的主要連接通道，呈東西走向。為了滿足新舊城區(qū)的交通需求，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展并改善城區(qū)的交通環(huán)境，橋位選擇在穿越茶江的河道順直區(qū)域。

設(shè)計(jì)的茶江二橋于茶江大橋南側(cè)約900 m處跨越茶江，跨越處河床寬度約為200~300 m。主橋橫斷面布置為：5 m（人行道）+15 m（雙向4車道）+5 m（人行道），按城-A設(shè)計(jì)，考慮小型旅游船只通航。

桂林市平樂縣具有淵遠(yuǎn)流長的歷史人文，旅游文化盛行。茶江周圍有著名的金子嶺觀光閣、印山寺、印山亭等旅游景點(diǎn)。設(shè)計(jì)橋型方案宜綜合橋址處的歷史人文景觀，融入整體的環(huán)境中。圖1為橋址背景圖及后續(xù)分析的推薦拱橋設(shè)計(jì)方案。

圖1 橋址背景圖

2 方案設(shè)計(jì)與比選

由于茶江兩岸自然景觀較好，設(shè)計(jì)的橋型方案應(yīng)該與整體自然環(huán)境形成融合效應(yīng)，不宜采用斜拉橋和懸索橋這類高度較大的橋型結(jié)構(gòu)，以免對周圍環(huán)境造成較大的視線干擾。同時(shí)，橋梁的設(shè)計(jì)應(yīng)該在構(gòu)件元素或者構(gòu)造物元素上融入相應(yīng)的歷史人文特性。通過設(shè)計(jì)分析，采取鋼筋混凝土拱橋和預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋兩種設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)分析如下。

2.1 鋼筋混凝土連續(xù)拱橋方案

本方案主橋擬采用3×73 m鋼筋混凝土拱橋，橋長219 m。主橋采用三孔上承式鋼筋混凝土懸鏈線拱橋，橋面寬25 m。上承式鋼筋混凝土懸鏈線拱橋主拱圈及橋面系均采用滿堂支架現(xiàn)澆施工。

本方案的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：（1）拱橋曲線造型古典美觀，外觀大氣、和諧；（2）無需采用預(yù)應(yīng)力，充分發(fā)揮混凝土材料抗壓能力特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)合理；（3）拱橋橋型很好地將茶江河兩岸的風(fēng)景與金子嶺觀光閣、印山寺、印山亭等串聯(lián)成一幅美麗的畫卷。方案存在的缺點(diǎn)是拱橋的水平推力大，對基礎(chǔ)要求高，橋面控制高程較高，增加了橋梁引道（橋）長度。

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋方案

本方案主橋孔布置為：3×70 m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，橋長210 m。支點(diǎn)梁高為3.5 m，跨中梁高2 m，梁底采用二次拋物線。截面形式采用雙箱雙室?；A(chǔ)采用承臺(tái)樁基礎(chǔ)，采用懸臂掛籃施工方法。

本方案的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：（1）結(jié)構(gòu)合理、輕巧、線條流暢、造型簡潔；（2）施工工藝簡單、工期短。方案存在的缺點(diǎn)是連續(xù)梁橋的外形構(gòu)造較為普通，美觀效果一般，與環(huán)境不統(tǒng)一。

2.3 方案比選分析

在滿足橋梁設(shè)計(jì)最基本的安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀的前提下，對橋孔布設(shè)及橋型方案進(jìn)行綜合比選（見表1）。由于鋼筋混凝土懸鏈線拱橋方案兼顧安全、實(shí)用、美觀，拱橋曲線造型古典，很好的將茶江河兩岸的風(fēng)景與金子嶺觀光閣、印山寺、印山亭等串聯(lián)成一幅美麗的畫卷，同時(shí)也更能體現(xiàn)平樂歷史悠久的人文情懷。因此選用鋼筋混凝土懸鏈線拱橋方案作為推薦方案。

3 方案設(shè)計(jì)分析

主橋推薦方案選用3×70 m上承式鋼筋混凝土懸鏈線拱橋，橋面設(shè)計(jì)為25 m，雙側(cè)設(shè)置人行道和中央雙向四車道。為了與周邊環(huán)境融合并提高橋梁設(shè)計(jì)美觀性，在橋跨中間設(shè)計(jì)了梁亭構(gòu)造。鋼筋混凝土上承式懸鏈線拱橋結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)見圖2。

表1 方案比選分析

3.1 主拱圈

主拱圈采用C50防水混凝土，各孔拱軸線均采用懸鏈線，中孔及邊孔計(jì)算矢高分別為9 m、8.845 m，計(jì)算跨徑分別為70.90 m、70.74 m，計(jì)算矢跨比f/L分別為1/7.878、1/7.998，中孔拱軸系數(shù)M=1.756，邊孔拱軸系數(shù)M=1.988。主拱截面采用等高度箱拱，中孔拱圈厚度為1.7 m，邊孔拱圈厚度為1.5 m，單幅主拱圈橫向?qū)?1 m，標(biāo)準(zhǔn)段箱拱頂?shù)装搴穸?.22 m，腹板厚度0.6 m，單箱多室。

3.2 拱上建筑

拱上建筑采用空腹式布置，拱上立柱縱向標(biāo)準(zhǔn)跨徑4.86 m，至拱腳處根據(jù)布置需要略微調(diào)整。立柱標(biāo)準(zhǔn)截面0.8 m×0.6 m，橫橋向設(shè)置8個(gè)，兩側(cè)邊緣立柱間距2.875m，中間立柱間距2.85 m；立柱下端設(shè)置橫向通長的墊塊與拱圈固結(jié)，并作為裝飾拱和立墻的基座；每跨約1/4處立柱及兩側(cè)橋起終點(diǎn)處設(shè)置聚乙烯滑板支座，其余立柱接橋面板之間采用填塞1 cm厚油毛氈的方式搭接。伸縮縫位置處立柱下端與拱圈固結(jié)，頂端設(shè)置板式橡膠支座。

3.3 橋面板

圖2 鋼筋混凝土上承式懸鏈線拱橋設(shè)計(jì)構(gòu)造立面圖（單位：mm）

橋面板厚度30 cm，各跨之間一定長度均預(yù)留變形縫，橋臺(tái)處設(shè)置80型伸縮縫，其他變形縫處設(shè)置橋面連接。橋面板原則上每4.86 m在立柱頂設(shè)置橫隔梁一道，橫梁寬度0.6m，高度0.6m，橫向長度25m。橋面板施工完成后，現(xiàn)澆厚10 cmC40混凝土調(diào)平層。

3.4 橋墩

橋墩均采用承臺(tái)帶群樁式結(jié)構(gòu)，承臺(tái)采用兩側(cè)迎水面帶橢圓弧的長方形截面，尺寸為25.1m×7 m×3 m，承臺(tái)樁基礎(chǔ)采用順橋向三排梅花狀布置，樁徑1.5 m，樁中心距3.2 m，單幅橋共設(shè)置23根樁，樁長要求進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖不小于2倍樁徑，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。承臺(tái)采用C35混凝土，承臺(tái)下設(shè)15 cm厚度C15素混凝土墊層，墊層每側(cè)寬出承臺(tái)20 cm。

3.5 橋跨涼亭構(gòu)造設(shè)計(jì)

采用漢唐風(fēng)格亭榭樓閣為設(shè)計(jì)主題，濃墨重彩般塑造了地標(biāo)性的景觀、觀景建筑，三層三檐的建筑布局，以平緩深遠(yuǎn)的出檐，厚重有力的斗拱，精雕細(xì)琢的細(xì)部裝飾，展現(xiàn)出雄渾、舒展的漢唐風(fēng)格特點(diǎn)。同時(shí)空間尺度方面考慮了周邊印山寺、印山亭、金子嶺觀光閣等重要景觀。

涼亭由4座小塔和1座大塔組成，其中小塔為單層檐形式，大塔為多重檐形式，屋面形式均為歇山頂。小塔總高度為7.64 m，觀景平臺(tái)高度為3.10 m，行人可通過室外樓梯到達(dá)觀景平臺(tái)；大塔總高度為22.30 m，無觀景平臺(tái)，為三重檐形式，如圖3所示。

圖3 橋跨涼亭構(gòu)造設(shè)計(jì)立面圖（單位：mm）

4 結(jié)論

本文依托桂林市平樂縣茶江二橋的設(shè)計(jì)，在提出預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋和鋼筋混凝土上承式連續(xù)拱橋的方案基礎(chǔ)上，通過比選確定了美觀性能更好的拱橋方案，并針對拱肋、拱上建筑、橋面板、橋墩等進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)構(gòu)造。同時(shí)，為了進(jìn)一步加強(qiáng)美觀構(gòu)造性，在橋跨中間設(shè)計(jì)了涼亭方案，使整個(gè)橋梁與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一。