柳州市文惠大橋改造方案設計

高敏英

(四川西南交大土木設計有限公司廣州分公司，廣東廣州 510095)

1 概述

柳州市文惠大橋拓寬改造工程位于柳州市區中部，柳江大橋下游約770 m處，南接屏山大道，北接文惠路，橋址位于柳江河曲的頂端，河曲平面呈U形。文惠大橋是柳州市城市路網的重要組成部分，是連接城中區和魚峰區的重要過江通道之一。原舊橋主橋采用鋼管混凝土拱橋，橋跨布置1×67.7 m鋼筋混凝土上承式拱肋+3×116 m中承式鋼管混凝土拱肋+1×67.7 m鋼筋混凝土上承式拱肋，南北兩岸引橋分別采用1×30 m及2×30 m裝配式預應力混凝土T梁。

2 主要設計技術指標

1)道路等級:城市Ⅰ級主干道;2)設計行車速度:60 km/h;3)基本車道數:近期按雙向四車道加非機動車道，遠期按雙向六車道設計，兩側設人行道;4)設計荷載:公路Ⅰ級，人群荷載:3.5 kN/m2;5)設計洪水頻率:1/100;6)抗震烈度:地震峰動值加速度0.05g，地震力反應譜特征周期0.35 s;7)通航標準:航道等級為Ⅲ級，通航凈空高度為10 m，凈寬為55 m;8)橋梁結構設計安全等級:一級。

3 主要設計思路

3.1 景觀設計

柳州市是歷史文化名城，自然山水格局極具特色，其中柳州新八景之一的“玉帶垂虹”指的就是文惠橋形如彩虹，懸掛在美麗的山水畫之間。該橋橋拱宛如彩虹，被市民譽為柳州最美的橋之一，其作為柳州市的標志性建筑，在每個柳州市民心中都有著深刻的記憶，故文惠橋的改造工程對景觀有著非常高的要求。

本次拓寬工程方案設計將結合柳江兩岸的風光、城市規劃和城市景觀的要求，充分考慮在舊橋景觀設計風格的基礎上，力求有所創新，與周邊自然景觀相協調，將橋型設計融入柳江兩岸風光及舊橋的風格中，舊貌換新顏。

3.2 加寬思路

本次方案設計本著“以人為本、以科技為先導、以質量為命脈、以環保為主”的思路，拓寬方案基本是在充分利用舊橋資源的基礎上提出的，根據文惠橋的設計特點，本次設計從多角度對改造方案進行了考慮。

1)簡單的加寬方案:主要對橋面系進行改造，橋面更換成較輕的鋼橋面，將橋面進行簡單拓寬。由于舊橋設計荷載標準低，橋面窄，經計算拱肋受力很難滿足雙向六車道設計要求。

2)兩邊加橋方案:維持舊橋不變，在兩側對稱增加兩幅新橋，形成三幅橋斷面布置。該方案受北岸古城樓的制約，北岸接線非常困難，三幅橋布置，交通組織難以處理，影響今后使用功能。

3)利用舊橋基礎，上部結構重建:拆除舊橋上部結構，利用原基礎，改建成連續梁、拱橋、部分斜拉等橋型。此類方案施工難度大，風險高，不可預見性多。

4)在東側增加與舊橋相同的新橋:方案可行，但存在拱肋片數多，新舊橋使用壽命、標準難以統一的缺點，本方案設計在該思路基礎上進行了優化，采用三片拱方案，即后述方案一。

在上述分析基礎上，本次方案設計從舊橋加寬、單邊加橋、拆除重建三個拓寬思路選擇了三個方案進行論證。

4 加寬方案

4.1 方案一(舊橋加寬方案)

本方案在舊橋東側拓寬基礎，在舊橋東側增加一片拱肋，形成三片拱肋結構，拆除舊橋混凝土橋面系，改造成三吊點的、重量較輕的、鋼橫梁加縱梁體系，從而形成一全新的三片拱肋拱橋，如圖1所示。

圖1 舊橋加寬圖

主橋橋型采用主跨三跨中承式無鉸拱+邊跨兩跨上承式空腹拱拱橋，主橋長483.4 m，其孔跨布置為67.7 m+3×116 m+67.7 m。主橋橋面寬度為31.5 m。

拱肋由兩片邊拱與一片中拱組成，其中兩片拱肋為原橋拱肋，新建邊拱肋一片。主拱材料采用Q345qC鋼材，拱圈內灌注C50微膨脹混凝土，形成鋼混凝土組合受力截面。

中拱采用舊橋拱肋，經過計算，不能滿足拓寬后新橋受力需要，需對中拱拱肋拱腳區域進行加固，加固范圍為兩側拱腳1/4跨度范圍。

舊橋主梁采用混凝土縱橫梁體系，自重較大，方案設計考慮拆除舊橋混凝土橋面系，改造成三吊點的、重量較輕的、鋼橫梁加縱梁體系，通過降低橋面主梁自重，大大改善了拱肋和基礎受力。

橋面采用縱橫梁體系，由鋼橫梁、加勁縱梁組成，橫梁上鋪設混凝土空心板。鋼橫梁通過吊桿與拱肋連接，每片橫梁設置3個吊點，橫梁采用等高工字形截面。每兩根鋼橫梁間設3片加勁縱梁，縱梁與橫梁焊接在一起，以保證橋面的整體性。

為了抵抗水平力，每片拱肋下設置水平系桿。系桿采用擠包雙層大節距低應力扭絞型拉索，系桿拉索由φ7 mm鍍鋅高強度低松弛預應力鋼絲組成，鋼絲的標準強度Rby=1 670 MPa，系桿拉索設置在拱肋下防撞護欄外側，在拱腳處穿過拱肋，錨固于拱腳外側。

全橋拱肋共27對吊桿，每點吊桿為雙吊桿，其中心間距為48 cm。吊桿拉索采用新型低應力防腐拉索，拉索采用雙層HDPE防護的全防腐索體，雙層HDPE之間設一隔離層，索體鋼絲內注防腐油脂。吊桿拉索錨具采用冷鑄鐓頭錨。

在舊橋東側新建主墩基礎，新建基礎利用植筋等工藝將承臺與翼板連接成整體。新建承臺高3.5 m，每個承臺下接8根樁徑2 m的樁基礎，墩身采用空心薄壁墩，墩頂設計3.5 m高拱座。

4.2 方案二(單邊加橋方案)

方案二基本上對舊橋不進行改造，僅對橋面車行道布置進行調整，將舊橋雙車道加非機動車道布置調整為單向三車道，保留一側人行道，東側人行道改造成綠化帶，在舊橋東側新建半幅獨立新橋，布置三車道加人行道。新橋方案主橋采用部分斜拉橋，跨度布置與舊橋保持一致，見圖2。

圖2 單邊加橋圖

新建主橋采用部分斜拉橋，跨度組成為(67.7+3×116+67.7)m，全長483.4 m。主橋橋面寬度為 16.5 m，主橋塔、梁、墩固結，邊墩設置豎向活動盆式橡膠支座和橫向抗震擋塊。

主梁采用預應力混凝土箱梁斷面，截面為單箱雙室斷面。箱梁頂寬16.5m，頂板厚0.26m，標準斷面梁高2.5m，底板厚0.3m。在靠近主塔無索區段，梁高由2.5 m漸變至墩頂截面3.3 m，底板厚由0.3 m漸變至0.6 m，腹板采用斜腹板，腹板寬0.3 m。在邊支點、塔梁墩固結處及斜索錨固處均設置橫隔墻。

主梁采用縱、橫、豎三向預應力體系，梁體采用C50混凝土。

主塔橫橋向采用“V”字造型，上塔柱向外側傾斜15°，像一雙合在一起張開的手掌牢牢的托住主梁，造型輕巧有力。塔柱采用實體截面，主梁與主塔固結橫梁內布置預應力鋼束，以平衡塔頂鞍座及主梁豎向力對斜塔柱產生的水平分力。下塔柱采用“n”形實體結構，牢牢的支撐住“V”字形上塔柱。塔柱采用鋼筋混凝土結構，C50級混凝土。

塔身上部設有鞍座，以便拉索通過，每根斜拉索對應一個鞍座，鞍座采用雙重管結構形式，雙重管采用雙層鋼管，外管埋設于混凝土塔內，內管置于外管內，斜拉索穿過內管。

斜拉索采用扇形布置，梁上索距7 m，塔上索距1.0 m，雙索面。斜拉索采用平行鋼絞線索，拉索群錨錨固。拉索采用雙重防腐措施，每股鋼絞線外包裹PE管，整根斜索外套PE管加以防護。

主塔墩基礎采用8根φ2.0 m鉆孔樁，樁基呈行列式布置;承臺為矩形承臺，寬13.2 m×12，承臺厚3 m。

4.3 方案三(拆橋新建方案)

文惠橋原設計荷載等級較低，設計荷載為汽—15級，為了適應快速增長的經濟發展需要，可以考慮拆除舊橋重建一座要求較高，功能較全的新橋。方案三為拆橋重建方案，主橋采用三跨連續下承式鋼管混凝土系桿拱橋，V形橋墩，橫橋向設置兩片拱肋，每片拱肋由主拱和穩定拱組成，兩片拱肋之間橋面以上不設橫向聯系，整體造型新穎，富有現代氣息，見圖3。

圖3 拆橋新建圖

方案三主橋全長399 m，為三跨連續鋼管混凝土系桿拱橋。跨徑組成為(114+142+114)m，橋寬31.5 m。本方案為拆舊橋重建方案，考慮舊橋拆除時水下基礎拆除難度較大，及拆除施工的不可預見性，新建橋梁基礎避開了原舊橋基礎位置，對跨度布置在舊橋的基礎上進行了適當的調整。

豎拱由兩根鋼管焊接成啞鈴形，斜拱采用單根圓鋼管，豎拱和穩定拱之間采用間距布置橫管進行連接。豎拱拱肋主要承受自重及吊桿傳來的荷載，斜拱和豎拱構成穩定的人字結構體系，用以維持豎拱的穩定。豎拱和斜拱在每跨的跨中處焊接在一起，在拱腳段通過拱座上的鋼板、鋼預埋件與現澆鋼筋混凝土箱梁固定在一起。此構件的設計使構件在抗壓、抗彎和抗剪的綜合作用下均具備足夠的強度和剛度。

為了抵抗水平力，每片拱肋下設置4根水平系桿。系桿采用擠包雙層大節距低應力扭絞型拉索，鋼絲的標準強度Rby=1 670 MPa，系桿拉索設置在拱肋下防撞護欄外側，在拱腳處穿過拱肋，錨固于拱腳外側。全橋拱肋共43對吊桿(邊跨13×2對、中跨17對)，吊點中心間距為8.0 m。吊桿拉索采用新型低應力防腐拉索，拉索采用雙層HDPE防護的全防腐索體，雙層HDPE之間設一隔離層，索體鋼絲內注防腐油脂。吊桿拉索錨具采用冷鑄鐓頭錨。

橋面系采取懸浮體系，每跨端部通過箱形鋼橫梁簡支在現澆混凝土箱梁牛腿上，橋面系由鋼橫梁、加勁鋼縱梁組成，鋼橫梁通過吊桿和拱肋連接。每兩根鋼橫梁間設2片加勁縱梁，縱梁與橫梁焊接在一起，以保證其整體性。V構采用預應力混凝土結構，V腿為混凝土矩形截面，單箱雙室，與主梁固結，主梁采用單箱多室截面。整個V構采用C50混凝土現澆施工。

4.4 結構計算

本次方案設計對三個方案均采用Midas/Civil軟件建立空間有限元模型進行了靜力、動力、穩定計算分析，計算結果表明三個方案強度、應力、剛度均滿足規范要求，設計方案合理可行。計算結果如表1所示。

4.5 方案綜合比選及推薦方案

方案比較表見表2。

三個方案都能很好的滿足文惠橋拓寬改造工程的要求，經綜合比選，我們將方案一(舊橋加寬方案)作為首推方案，其次為方案三(拆橋新建方案)，再次為方案二(單邊加橋方案)。

表1 設計方案計算結果表Pa

表2 方案比較表

5 結語

“安全、經濟、適用、美觀”是我國橋梁建筑設計的原則，隨著社會的不斷發展，科學技術的進步及人們審美觀的提高，結構物不再是簡單作為滿足使用要求的工程實體。在滿足其使用功能外，還要最大限度地滿足橋梁建筑與美學要求，使橋梁建筑風格與周圍環境協調，成為一道亮麗的風景。柳州文惠大橋作為新老城區交通聯絡的主干道，是柳州市形象工程之一。加寬工程方案設計采用舊橋加寬方案，完全服從舊橋景觀，保留了原橋的整體效果，造型別致新穎，將橋梁的結構與功能、造型與藝術、景觀與環境有機結合，其建設將成為柳州市經濟騰飛的象征。

［1］盛洪飛.橋梁建筑美學［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［2］范立礎.橋梁工程(上冊)［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］顧安邦.橋梁工程(下冊)［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［4］林元培.斜拉橋［M］.北京:人民交通出版社，1995.