一座葵花形疊拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

孫全利

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060）

1 工程概況

廣西省桂林市陽朔縣是國家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)，覽勝橋是陽朔縣新城區(qū)覽勝路跨越遇龍河的控制性工程。經(jīng)過多輪橋梁方案的綜合比選，葵花形疊拱橋在眾多方案中脫穎而出，得到業(yè)主單位認(rèn)可，成為最終實(shí)施方案。本文重點(diǎn)介紹橋型方案構(gòu)思、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工方案和要點(diǎn)。

2 自然條件

陽朔縣屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候四季分明。據(jù)氣象資料，多年平均氣溫19.0℃，極端最低氣溫-3℃，極端最高氣溫39.5℃，7月最熱。受季風(fēng)影響，境內(nèi)雨量充沛，多年平均降雨量1 934.8 mm，最大年降雨量為2 443.9 mm。雨季一般在4～8月，占全年降雨量的80%。

橋位地勢(shì)較為平坦，為河谷階地-侵蝕堆積地貌，區(qū)域上屬巖溶（喀斯特）地貌單元。鉆探期間實(shí)測(cè)陸地鉆孔孔口標(biāo)高：109.25～117.16 m(1985國家高程基準(zhǔn))。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察資料，場(chǎng)地揭露基巖為泥盆系（D）灰?guī)r，但基巖上覆厚度不等的第四系粉質(zhì)黏土、中砂、卵石、礫砂，且?guī)r溶較發(fā)育。

3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計(jì)車速：60 km/h。

（2）設(shè)計(jì)荷載：城-A級(jí)，人群荷載按《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11—2011）規(guī)定取值。

（3）橋梁縱坡：1.65%人字坡；橫坡：車行道雙向2.0%，人行道單向1.5%。

（4）設(shè)計(jì)洪水頻率：100 a一遇。

（5）通航條件：橋位處河段不通航。

（6）地震基本烈度：不大于Ⅵ度。

4 橋型方案構(gòu)思

考慮到覽勝橋橋位處自然條件及大橋位于著名風(fēng)景區(qū)地理位置的需要，橋型方案選擇在注重安全性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性的基礎(chǔ)上，同時(shí)也應(yīng)該注重建筑藝術(shù)設(shè)計(jì)，使原本生硬的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有人文景觀方面的內(nèi)涵。因此，需要選擇最合適的橋梁結(jié)構(gòu)體系使橋梁與周邊環(huán)境相融合。通過對(duì)橋型方案設(shè)計(jì)前期資料的研究和橋位處實(shí)地踏勘，發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)目有如下一些特點(diǎn)。

（1）橋梁背景是桂林市陽朔縣富有地方特色的漓江山水，從景觀設(shè)計(jì)角度考慮，橋梁不宜再設(shè)計(jì)高聳的主塔或者主拱肋，以免與當(dāng)?shù)氐纳剿厣鄾_突，因此，基本排除了斜拉橋、懸索橋和下承式拱橋等橋型方案的可能性。

（2）陽朔縣內(nèi)已有幾座不同類型的拱橋，如跨越漓江的陽朔大橋?yàn)閮煽椎纳铣惺交炷凉皹颍吧辖ㄖ捎昧⒅叫褪剑碛锌缭接鳊埡拥陌酱髽颍瑸閱慰椎纳铣惺交炷凉皹颍吧辖ㄖ捎酶构叭π褪健Ｒ虼耍陆蛄罕仨毧紤]與現(xiàn)有的橋梁型式不雷同，使漓江流域上的橋梁成為形式別樣，且和諧相融的橋梁系列，以增添城市景觀。

（3）橋位處在區(qū)域上屬喀斯特地貌單元，根據(jù)勘察資料知場(chǎng)地內(nèi)基巖為泥盆系（D）灰?guī)r，但基巖上有覆厚度不等的第四系粉質(zhì)黏土、中砂、卵石、礫砂，且?guī)r溶較發(fā)育。常規(guī)拱橋在拱腳處產(chǎn)生較大水平推力，因此橋位處不宜選擇常規(guī)拱橋方案。

經(jīng)多次方案比較后，最終覽勝橋選用（37+60+37）m上承式系桿葵花形疊拱橋結(jié)構(gòu)，該方案結(jié)構(gòu)新穎，橋型舒展輕盈，以青色雋秀的群山和碧綠色的遇龍河河面為背景，白色為主色調(diào)，橋體造型猶如張開翅膀的海鷗歡迎遠(yuǎn)方來客。該方案能較好地與當(dāng)?shù)氐纳剿厣鄥f(xié)調(diào)[1]，其總體效果見圖1。

圖1 覽勝橋總體效果圖

5 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 總體布置

該方案橋梁全長(zhǎng)138.14 m，上部結(jié)構(gòu)選用（37+60+37）m的上承式系桿葵花形疊拱橋結(jié)構(gòu)，橋梁與河道正交，主跨跨越河道，邊跨跨越景觀休閑帶[2]，立面布置見圖2。橋梁橫斷面全寬58 m，中間設(shè)4.0 m露空帶以增加橋下亮度。單側(cè)路幅橋面寬：6.5 m（人行道）+6.5 m（輔道）+1 m（綠化帶）+13 m（車行道）=27 m。為使結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)單明確，施工方便，每單側(cè)路幅采用兩幅橋設(shè)計(jì)，即橋梁橫向四幅設(shè)計(jì)，每幅橋?qū)挒?3 m，橫斷面布置見圖3。

5.2 主拱圈

中跨主拱圈兩端固結(jié)，計(jì)算跨徑60 m，采用等截面懸鏈線箱型拱，矢跨比1/7.5，拱軸線系數(shù)m=1.167。主拱圈截面高度1.3 m，采用單箱四室箱形截面，頂?shù)装搴穸?8 cm，至拱腳加厚至50 cm；中腹板和邊腹板厚度均為50 cm，腹拱和次腹拱以下段加厚至75 cm。

5.3 邊跨梁

橋梁兩側(cè)的邊跨采用一端簡(jiǎn)支一端固結(jié)的鋼筋混凝土曲桿箱型截面梁，其中直線段長(zhǎng)10 m。邊跨曲線標(biāo)準(zhǔn)段軸線線形為二次拋物線形，梁高1.3 m，梁寬13.0 m，采用單箱四室截面；頂?shù)装搴?0 cm，至拱腳部位加厚至50 cm；中腹板和邊腹板厚度均為50 cm，腹拱和次腹拱以下段加厚至75 cm。

邊跨直線標(biāo)準(zhǔn)段梁高2.0 m，梁寬1.3 m，采用單箱四室截面；頂?shù)装搴?0 cm；中腹板和邊腹板厚度均為50 cm，至支點(diǎn)處加厚至75 cm。

邊跨直線段與曲線段結(jié)合處采用厚3.5 m的強(qiáng)大橫梁過渡。

圖2 覽勝橋立面圖（單位：cm）

圖3 覽勝橋橫斷面圖（單位：cm）

5.4 腹拱圈

在墩頂設(shè)置腹拱，由于其跨徑相對(duì)較小，故拱軸線采用圓弧曲線。腹拱在施工過程中拱腳設(shè)置臨時(shí)不完全鉸，在運(yùn)營(yíng)階段封鉸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o鉸拱。腹拱采用單箱四室等高度箱形截面，高度0.8 m，腹拱頂?shù)装搴穸染鶠?8 cm，至拱腳加厚至30 cm，腹拱腹板厚度為60 cm。

5.5 次腹拱圈

在邊跨梁與腹拱以及腹拱與主拱上設(shè)置次腹拱，次腹拱的設(shè)置替代了常規(guī)的拱上立柱設(shè)置，由于其跨徑較小，拱軸線亦采用圓弧曲線。次腹拱在施工過程中拱腳亦設(shè)置臨時(shí)不完全鉸，在運(yùn)營(yíng)階段封鉸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o鉸拱。腹拱采用單箱四室等高度箱形截面，高度0.8 m，次腹拱頂?shù)装搴穸染鶠?8 cm，至拱腳加厚至30 cm，次腹拱腹板厚度為60 cm。

5.6 體外束系桿

為平衡拱腳的水平推力，在拱上建筑連續(xù)梁及邊跨梁內(nèi)設(shè)置體外束系桿，系桿貫穿整個(gè)主橋，兩端錨固在邊跨梁的端部，體外束的張拉力通過邊跨傳遞到拱腳來平衡主拱圈水平推力。系桿的立面線形為折線形，在拱上建筑連續(xù)梁和邊跨梁內(nèi)系桿轉(zhuǎn)向處設(shè)置轉(zhuǎn)向槽，轉(zhuǎn)向槽由鋼管制作，要求平順、光滑。另外，為使體外束系桿受力合理，方便牽引，在拱上建筑連續(xù)梁和邊跨梁內(nèi)每隔一定距離設(shè)置滾軸定位裝置支撐系桿，并采取一定措施避免系桿的振動(dòng)。

體外系桿索采用可換索式專用環(huán)氧噴涂鋼絞線成品索，配套錨具為OVMXG.T15-27可換索式系桿錨具，每幅橋共10束。鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk=1 860 MPa，張拉控制應(yīng)力為0.65 fpk。

5.7 拱上建筑

拱上建筑采用鋼筋混凝土連續(xù)實(shí)心板，連續(xù)板支點(diǎn)分別設(shè)在邊跨梁、次腹拱頂部、腹拱頂部和中跨主拱圈上。連續(xù)板采用等高度截面，板中心線處厚0.75 m，頂板寬13.0 m，底板寬8.8 m，外側(cè)懸臂長(zhǎng)2.1 m，橋面橫坡由調(diào)整連續(xù)板橫向板厚得到。

5.8 橋梁基礎(chǔ)

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，主拱橋墩處巖溶較發(fā)育，存在多處溶洞和溶隙，考慮到上部重型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主拱基礎(chǔ)鉆孔樁按柱樁設(shè)計(jì)，采用三排直徑1.5 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。要求樁基穿過巖溶發(fā)育區(qū)域并嵌入微風(fēng)化灰?guī)r層，以控制因基礎(chǔ)不均勻沉降而產(chǎn)生的位移量。

6 施工方案及要點(diǎn)

6.1 施工方案

覽勝橋?yàn)樯铣惺较禇U葵花形疊拱橋結(jié)構(gòu)，形式美觀、獨(dú)特，但同時(shí)結(jié)構(gòu)受力也相當(dāng)復(fù)雜。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和場(chǎng)地情況，該橋設(shè)計(jì)采用的主要施工過程如下：

（1）場(chǎng)地平整及施工墩臺(tái)；

（2）搭設(shè)支架并預(yù)壓，施工邊跨梁和主拱圈；

（3）搭設(shè)支架及施工腹拱圈；

（4）搭設(shè)支架及施工次腹拱圈；

（5）張拉第一批體外束，拆除主拱圈支架；

（6）分段澆筑拱上建筑連續(xù)板；

（7）張拉第二批體外束，拆除邊跨梁支架；

（8）橋面系施工；

（9）腹拱圈及次腹拱圈臨時(shí)鉸封鉸；

（10）成橋運(yùn)營(yíng)。

6.2 施工要點(diǎn)

考慮到施工過程對(duì)橋梁內(nèi)力分配的影響較大，為了保證橋梁施工安全和質(zhì)量，施工控制至關(guān)重要，施工過程中要合理選擇施工方法和落架順序，必要時(shí)并對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（1）對(duì)于跨度較大的葵花形疊拱橋，落架施工時(shí)盡量采用間隔拆除、分階段施工的方法，并在受力較大的關(guān)鍵階段采用循環(huán)卸落支架的方法，確保結(jié)構(gòu)安全[3]。

（2）在條件允許的前提下，盡量使用屈服強(qiáng)度較大的支架，可以加快施工進(jìn)度[3]。

（3）在拆除支架和循環(huán)卸落支架的過程中，應(yīng)對(duì)關(guān)鍵截面的應(yīng)力和位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)應(yīng)力及變形過大，則應(yīng)及時(shí)停止支架卸落或拆除，并恢復(fù)支撐系統(tǒng)[3]。

7 結(jié)語

城市橋梁的設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)者不僅要具有扎實(shí)的結(jié)構(gòu)知識(shí)，而且還要有對(duì)建橋環(huán)境的深刻理解，覽勝橋設(shè)計(jì)在這方面做了有益的實(shí)踐。同時(shí)，上承式系桿葵花形疊拱作為一種新穎的結(jié)構(gòu)形式，橋梁型式舒展輕盈，造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理，且橋型對(duì)環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

（1）葵花型疊拱橋突出的美觀效果及其造型酷似海鷗的外形特征，尤其是設(shè)計(jì)的次腹拱圈，像海鷗展開的雙翼，使得它與環(huán)境和諧相融，適合作為人文景觀橋修建在旅游城市和一些著名風(fēng)景區(qū)。

（2）在橋梁數(shù)量多、型式單一的地區(qū)，人們對(duì)常規(guī)橋型難免產(chǎn)生審美疲勞；作為一種新型的橋梁，葵花形疊拱橋能給人一種型式新穎、眼前一亮的感覺。

（3）作為預(yù)應(yīng)力拱式剛架體系，大大降低了拱圈對(duì)橋梁墩臺(tái)的推力作用，對(duì)地基承載力要求不高，因此對(duì)地質(zhì)情況適用性好。

通過覽勝橋的建設(shè)以及本文的介紹，希望能推動(dòng)葵花形疊拱橋在國內(nèi)的發(fā)展，同時(shí)，對(duì)于該橋型的設(shè)計(jì)和施工為同行提供一些借鑒。

[1]陳艾榮,盛勇,錢鋒.橋梁造型[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2]戴利民,羅喜恒,勵(lì)曉峰,等.桂林解放橋拱橋設(shè)計(jì)[J].上海公路,2001（2）：27-28.

[3]王劍.葵型拱橋落架施工控制與仿真分析[D].天津:天津大學(xué),2007.