城市鋼筋混凝土拱橋方案設計分析

黃永忠

（廣西建工集團第五建筑工程有限責任公司設計研究院，廣西 柳州 545006）

0 引言

隨著我國橋梁建設技術的發展，不同型式、超大跨徑及復雜構造的橋梁建造技術都已經非常成熟。然而，現代經濟發展的要求使得橋梁設計師不僅僅需要考慮橋梁的安全，還需要更多地關注橋梁的美觀性能，特別是對于城市橋梁結構[1]。目前諸多城市橋梁的建設越來越注重景觀性能，在考慮橋梁結構的經濟性及建造適宜性的前提下，還得使建設的橋梁成為城市的關鍵構造物，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計。針對地址條件，提出了鋼筋混凝土懸鏈線拱橋的設計方案，并給出了鋼筋混凝土懸鏈線拱橋的結構設計要點和方法。

1 工程概況

桂林市平樂縣茶江二橋將茶江東岸的平樂中心組團與西岸的同樂新區連接起來，是兩片區的重要連接通道，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的主要連接通道，呈東西走向。為了滿足新舊城區的交通需求，帶動區域經濟發展并改善城區的交通環境，橋位選擇在穿越茶江的河道順直區域。

設計的茶江二橋于茶江大橋南側約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設計，考慮小型旅游船只通航。

桂林市平樂縣具有淵遠流長的歷史人文，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。設計橋型方案宜綜合橋址處的歷史人文景觀，融入整體的環境中。圖1為橋址背景圖及后續分析的推薦拱橋設計方案。

圖1 橋址背景圖

2 方案設計與比選

由于茶江兩岸自然景觀較好，設計的橋型方案應該與整體自然環境形成融合效應，不宜采用斜拉橋和懸索橋這類高度較大的橋型結構，以免對周圍環境造成較大的視線干擾。同時，橋梁的設計應該在構件元素或者構造物元素上融入相應的歷史人文特性。通過設計分析，采取鋼筋混凝土拱橋和預應力連續梁橋兩種設計方案，詳細分析如下。

2.1 鋼筋混凝土連續拱橋方案

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澆施工。

本方案的技術優點是：（1）拱橋曲線造型古典美觀，外觀大氣、和諧；（2）無需采用預應力，充分發揮混凝土材料抗壓能力特點，結構合理；（3）拱橋橋型很好地將茶江河兩岸的風景與金子嶺觀光閣、印山寺、印山亭等串聯成一幅美麗的畫卷。方案存在的缺點是拱橋的水平推力大，對基礎要求高，橋面控制高程較高，增加了橋梁引道（橋）長度。

2.2 預應力混凝土連續梁橋方案

本方案主橋孔布置為：3×70 m預應力混凝土變截面連續箱梁，橋長210 m。支點梁高為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。基礎采用承臺樁基礎，采用懸臂掛籃施工方法。

本方案的技術優點是：（1）結構合理、輕巧、線條流暢、造型簡潔；（2）施工工藝簡單、工期短。方案存在的缺點是連續梁橋的外形構造較為普通，美觀效果一般，與環境不統一。

2.3 方案比選分析

在滿足橋梁設計最基本的安全、環保、經濟、實用、美觀的前提下，對橋孔布設及橋型方案進行綜合比選（見表1）。由于鋼筋混凝土懸鏈線拱橋方案兼顧安全、實用、美觀，拱橋曲線造型古典，很好的將茶江河兩岸的風景與金子嶺觀光閣、印山寺、印山亭等串聯成一幅美麗的畫卷，同時也更能體現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 方案設計分析

主橋推薦方案選用3×70 m上承式鋼筋混凝土懸鏈線拱橋，橋面設計為25 m，雙側設置人行道和中央雙向四車道。為了與周邊環境融合并提高橋梁設計美觀性，在橋跨中間設計了梁亭構造。鋼筋混凝土上承式懸鏈線拱橋結構整體設計見圖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，中孔及邊孔計算矢高分別為9 m、8.845 m，計算跨徑分別為70.90 m、70.74 m，計算矢跨比f/L分別為1/7.878、1/7.998，中孔拱軸系數M=1.756，邊孔拱軸系數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，單幅主拱圈橫向寬21 m，標準段箱拱頂底板厚度0.22 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，拱上立柱縱向標準跨徑4.86 m，至拱腳處根據布置需要略微調整。立柱標準截面0.8 m×0.6 m，橫橋向設置8個，兩側邊緣立柱間距2.875m，中間立柱間距2.85 m；立柱下端設置橫向通長的墊塊與拱圈固結，并作為裝飾拱和立墻的基座；每跨約1/4處立柱及兩側橋起終點處設置聚乙烯滑板支座，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，頂端設置板式橡膠支座。

3.3 橋面板

圖2 鋼筋混凝土上承式懸鏈線拱橋設計構造立面圖（單位：mm）

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

3.4 橋墩

橋墩均采用承臺帶群樁式結構，承臺采用兩側迎水面帶橢圓弧的長方形截面，尺寸為25.1m×7 m×3 m，承臺樁基礎采用順橋向三排梅花狀布置，樁徑1.5 m，樁中心距3.2 m，單幅橋共設置23根樁，樁長要求進入中風化花崗巖不小于2倍樁徑，按嵌巖樁設計。承臺采用C35混凝土，承臺下設15 cm厚度C15素混凝土墊層，墊層每側寬出承臺20 cm。

3.5 橋跨涼亭構造設計

采用漢唐風格亭榭樓閣為設計主題，濃墨重彩般塑造了地標性的景觀、觀景建筑，三層三檐的建筑布局，以平緩深遠的出檐，厚重有力的斗拱，精雕細琢的細部裝飾，展現出雄渾、舒展的漢唐風格特點。同時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，觀景平臺高度為3.10 m，行人可通過室外樓梯到達觀景平臺；大塔總高度為22.30 m，無觀景平臺，為三重檐形式，如圖3所示。

圖3 橋跨涼亭構造設計立面圖（單位：mm）

4 結論

本文依托桂林市平樂縣茶江二橋的設計，在提出預應力混凝土連續梁橋和鋼筋混凝土上承式連續拱橋的方案基礎上，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、橋墩等進行了詳細的設計構造。同時，為了進一步加強美觀構造性，在橋跨中間設計了涼亭方案，使整個橋梁與周邊環境協調統一。