原點西路涇河大橋橋型方案設計

徐百成，楊根源，宮玉明

（中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710068）

1 概述

原點西路是涇河新城南北走向的城市一級主干道，是新城主干路網(wǎng)中的重要組成部分。原點西路涇河特大橋工程是原點西路的重要節(jié)點，本橋的建設對改善涇河新城出入口形象、構(gòu)建涇河新城慢行交通體系有著非常重要而積極的意義。

1.1 技術(shù)標準

1.1.1 道路等級為城市一級主干路。

1.1.2 設計速度為50km/h。

1.1.3 主要荷載標準包括：

a）汽車荷載：城—A級；

b）人群荷載：人群荷載按照《城市橋梁設計規(guī)范》（CJJ 11—2011）取值；

c）風荷載：按照《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60—2004）取值；

d）體系溫度：結(jié)構(gòu)整體升溫25℃、降溫20℃；

e）地震動峰值加速度系數(shù)：0.15g，抗震設防措施等級采用Ⅷ度。

1.1.4 設計洪水頻率為1/100。

1.1.5 通航方面為無通航要求。

1.1.6 環(huán)境類別為Ⅰ類。

1.2 氣象、水文

本區(qū)氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L氣候，四季冷暖干濕分明，多年平均降水量547.4mm，多年平均氣溫13.2℃，一月最冷，平均-1.5℃，七月最高，平均25.9℃。多年平均蒸發(fā)量906.5mm。區(qū)內(nèi)東北風較多，其次為西南風；冬季西北風較強，最大風力4～6級， 一般2～3級。

涇河發(fā)源于寧夏回族自治區(qū)涇源縣，全長455km，自涇陽縣城西北25km張家山出谷，呈蛇曲狀蜿蜒匯入渭河。涇河流量、含沙量受上游降水影響較大。多年平均流量45.7m3/s，極端最大流量6 370m3/s，涇惠渠引流后極端最小流量0.001m3/s，流量多集中在七、八、九三個月；多年平均輸沙率0.27kg/s，多年平均含沙量164kg/m3。

涇河河道平均比降2.47‰，涇河新城內(nèi)涇河長度約為23.50km，不通航，無航道規(guī)劃。依據(jù)2008年涇河干流防洪工程規(guī)劃，涇河堤防按100年一遇洪水設防，橋位處規(guī)劃堤距約850m，現(xiàn)狀無堤壩設防。

1.3 工程地質(zhì)

根據(jù)野外工程地質(zhì)測繪及鉆探揭露，橋址區(qū)地層巖性主要為全新統(tǒng)人工填筑素填土（Q42me）、沖洪積粉質(zhì)粘土、砂礫石、卵石（Q42al+pl）、沖積粉質(zhì)粘土、黃土狀土、砂礫石、卵石（Q41al）、中更新統(tǒng)風積黃土（Q2eol）、殘積層古土壤（Q2el）和下更新統(tǒng)沖湖積粉質(zhì)粘土、中細砂（Q1al+l）。

2 總體設計思路

原點西路涇河大橋所選橋型除滿足行洪及交通運輸功能外，還要求結(jié)構(gòu)新穎、外形美觀，同時也應該與當?shù)丨h(huán)境相協(xié)調(diào)，因此，需對各種因素綜合考慮，以確定最適合的橋型方案。

本橋是涇河新城主干路網(wǎng)中的重要基礎設施，首先應具備完善的交通功能。按市政橋梁工程進行設計，滿足國家、地方相關(guān)法律、法規(guī)及規(guī)范標準，按照“技術(shù)先進、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟合理、外形美觀”的原則，對橋型方案進行詳細研究。

原點西路涇河大橋橋址兩橋頭位置處，在規(guī)劃中布置了大量綠地，作為橋頭公園用地，打造與大橋相協(xié)調(diào)的景觀和建筑，使公園與大橋共同樹立特色景觀空間。

本橋方案總體構(gòu)思，應突出大橋的景觀效果，充分利用該地區(qū)的自然特色，處理好大橋與周邊環(huán)境的相互協(xié)調(diào)、和諧關(guān)系。整座大橋要以新穎美觀的造型，令人心曠神怡、耳目一新。應盡量減少對環(huán)境的影響，設計、施工加強環(huán)境保護措施。

3 橋型方案比選

為了使原點西路涇河大橋選擇一個最合適的橋型，達到安全、美觀、經(jīng)濟、適用的綜合最優(yōu)的目的，初步設計階段提出了三種橋型方案，即拱式廊橋方案、自錨式懸索橋+現(xiàn)澆箱梁方案、變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁橋+現(xiàn)澆箱梁方案。

圖1 拱式廊橋

3.1 方案一——拱式廊橋

本方案跨徑組合為：23+2×40+（52+65+80+65+52）+7×52+8×40+23m連拱結(jié)構(gòu)，第4～7孔跨越?jīng)芎蝇F(xiàn)河槽，橋梁全長1 130m。主拱圈結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形板拱，單箱六室截面，在錯落有致的多孔連拱之間布設輕巧的小拱，小拱結(jié)構(gòu)型式與主拱相同。行車道板采用后張法預應力混凝土空心板，橋中間為車行道，兩邊人行道處為古典的廊結(jié)構(gòu)和四方重檐亭組成的風景長廊，橋墩為矩形實體墩，橋臺為扶壁式橋臺，樁基礎。

3.1.1 橫斷面布置

橋梁采用整幅設計，橋梁全寬48.5m=3.25m（人行道）+6m（輔道）+1m（路燈帶）+2×14m（行車道）+1m（路燈帶）+6m（輔道）+3.25m（人行道）。

圖2 第4～7孔立面圖

圖3 標準橫斷面圖

3.1.2 風景長廊、亭

在橋梁兩側(cè)人行道處設置古典優(yōu)雅的風景長廊和四方重檐亭，與周圍濕地公園、優(yōu)美小鎮(zhèn)、崇文塔以及大地原點等相互呼應，形成一幅和諧優(yōu)雅的畫卷（見圖4）。考慮結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性以及工程造價等因素，風景長廊和亭均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

圖4 廊、亭大樣圖

3.1.3 主拱圈

拱圈采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形板拱，單箱六室截面，拱頂設置實腹段。拱軸線采用圓弧拱，80m跨徑拱圈厚度為1.8m，65m跨徑拱圈厚度為1.6m，52m跨徑拱圈厚度為1.3m，40m跨徑拱圈厚度為1.0m。80m跨徑主拱圈立面圖及斷面圖分別見圖5、圖6。

圖5 80m跨徑主拱圈立面圖

圖6 80m跨徑主拱圈斷面圖

3.1.4 腹拱圈

腹拱圈采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心板拱，挖空截面為圓形，拱軸線采用圓弧拱，拱圈厚度分別為1.2m、1.0m、0.8m，腹拱與主拱固結(jié)。

3.1.5 基礎

基礎采用承臺加鉆孔灌注樁基。樁基直徑1.5m，樁頂設實體承臺，承臺高度為2m、2.5m、3.5m。

3.2 方案二——自錨式懸索橋+現(xiàn)澆箱梁

本方案跨徑組合為： 4×40+（60+150+60）+5×40+16×30m，橋梁全長1 116m，其中主橋長270m，采用60+150+60m雙塔懸索橋布跨，主跨跨越現(xiàn)河槽。主橋全寬56m，采用整幅設計，56m=3m（人行道）+6m（輔道）+5m（主塔位置）+2×14m（行車道）+5m（主塔位置）+6m（輔道）+3m（人行道），上部結(jié)構(gòu)采用扁平鋼箱梁作為加勁梁，橋塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎采用鉆孔灌注群樁，每個橋塔設12根直徑1.8m的樁基，樁頂承臺厚4m。橋梁邊中跨比為0.4，主纜為平面線形，布置在鋼箱兩側(cè)，中跨矢跨比為1∶6.5，吊索基本間距10m，橋塔兩側(cè)吊索距橋塔中心線18.25m。兩個邊跨分別設置3對吊索，中跨設置14對吊索。在每個吊點處，設置兩根平行吊索作為一組吊索。

引橋采用現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑為40m和30m。上部結(jié)構(gòu)采用單箱大懸臂魚腹式外形，邊腹板以1:1斜率內(nèi)傾，與頂?shù)装暹B接處用圓弧倒角。下部采用雙柱式弧形墩、樁基礎。

圖7 自錨式懸索橋

3.3 方案三——變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁橋+現(xiàn)澆箱梁

本方案跨徑組合為： 4×40+（75+120+75）+5×40+16×30m，橋梁全長1 116m。主橋長270m，采用75+120+75m變截面連續(xù)梁布跨，主跨跨越現(xiàn)河槽，橋梁全寬48m，采用整幅設計，48m=3.0m（人行道）+6m（輔道）+1m（路燈帶）+2×14m（行車道）+1m（路燈帶）+6m（輔道）+3.0m（人行道）。

圖8 變截面連續(xù)梁橋

橋上部結(jié)構(gòu)采用變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁，單箱單室平行四箱截面，頂板寬度48m，單箱寬度6.5m，邊箱懸臂長度3.5m，頂板厚0.32m，支點根部高7.0m、底板厚0.8m，跨中梁高2.9m、底板厚0.3m，梁高及底板厚按1.8次拋物線漸變。主墩采用實體墩、群樁基礎，16根直徑2.0m基樁，承臺厚3.5m。

引橋采用現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)箱梁，單箱單室平行四箱截面，跨徑為40m和30m。下部采用“寶瓶形”實體橋墩,樁基礎。

表1 橋型方案綜合比較表

經(jīng)過上述綜合分析比較，綜合考慮涇河新城的功能定位，初步設計階段推薦拱式廊橋方案（方案一）。

4 施工圖設計注意事項

施工圖設計需注意以下事項：

a）本橋為24孔連拱結(jié)構(gòu)，由于溫度、混凝土收縮、徐變引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力較大，設計中應充分注意，合理確定主拱圈、腹拱圈截面尺寸（剛度），合理分配結(jié)構(gòu)內(nèi)力；

b）加強結(jié)構(gòu)細部分析，特別注意拱腳、主拱與腹拱連接處等位置的局部應力分析；

c）橋址處地震烈度較高，拱橋抗震設計是重點；

d）進一步對結(jié)構(gòu)計算分析，對主拱與腹拱固結(jié)和主拱與腹拱鉸接兩種受力模型進行分析、對比，確定主拱、腹拱的連接方式；

e）初設階段，行車道板采用了空心板，下階段可改用無梁連續(xù)板結(jié)構(gòu)，降低結(jié)構(gòu)重量并提高行車舒適性。

5 結(jié)語

拱式廊橋結(jié)構(gòu)新穎、造型優(yōu)美，拱橋與古代建筑的風景長廊和四方重檐亭相結(jié)合，藝術(shù)感強，能夠體現(xiàn)地域文化特色，是一種特別適合市政景觀要求的橋型。

[1]顧安邦.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]樊凡.橋梁美學[M].北京：人民交通出版社，1987.

[3]王國鼎，鐘圣斌.橋梁計算事例集—拱橋[M].北京：人民交通出版社，1997.