江灣大橋總體設計

彭志苗，曹旭華，陳 偉

（廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州 510010）

1 工程概況

廣東省韶關市曲江大道項目起點位于西河鎮大村張屋嶺，終點位于曲江區府前西路與環城公路交叉口。項目道路技術等級為城市主干路，路線全長約5.944 km，設置江灣特大橋1座，大橋1座，平行匝道1對，平面交叉12處。圖1為曲江大道項目道路總體布局。

圖1 曲江大道項目道路總體布局

2 主要技術標準

（1）道路等級：采用一級公路（兼顧城市道路功能）；

（2）設計速度：主線60 km/h；匝道40 km/h；

（3）車道數：雙向8車道，跨越北江橋梁部分兩側設置非機動車道及人行道；

（4）橋梁設計基準期：100 a；

（5）橋梁設計安全等級：一級；

（6）橋梁結構所處環境條件類別：Ⅰ類；

（7）汽車荷載：城-A級兼顧公路-I級；

（8）橋面凈高要求:行車道不小于5 m，人行道不小于2.5 m；

（9）橋梁標準寬度:主橋為44.5 m，引橋33 m/42 m；

（10）通航標準：內河Ⅲ級（3）通航；

（11）工程為甲類橋梁，抗震設防烈度按Ⅶ度考慮，地震動加速度峰值 0.05 g。

3 主橋設計

大橋起點位于曲江大道與規劃1路交叉口處，終點位于曲江大道與韶冶橫路交叉口處，推薦方案主橋長318 m，為整幅鋼混組合獨塔斜拉橋。

3.1 方案立意及設計思想

橋梁設計既要有合理的結構，又要有優美的感觀，同時采用較經濟的設計和成熟的施工。打造兼顧造型優美、質量上乘的橋梁。

擬建的江灣大橋位于芙蓉新城南側，其建成將成為武江區與曲江區南北通道上的標志性橋梁，是當地居民的驕傲。考慮城市的長遠發展，在修建跨越城市河流的橋梁時，力爭使新建橋梁成為城市標志性建筑。

橋梁設計中應選擇結構合理、橋型美觀的方案，參考已經在本區域河流上建成的橋梁，力爭不雷同、有新意，使其成為城市道路網上的一處景點，增加城市橋梁與周圍景觀的立體美學效果。

3.2 項目周邊現狀橋梁分析

（1）現狀橋梁

該項目周邊已經建成的跨江大橋有十余座：東河鐵路橋，5座預制梁橋，3座上承式混凝土拱橋，2座下乘式鋼管混凝土拱橋。

（2）現狀橋梁景觀分析

項目周邊橋梁中以拱橋和預制預應力混凝土梁為主，橋梁跨徑小且單一，只滿足功能性要求，景觀差且雷同。

該橋設計立足于豐富韶關橋梁的文化，采用異于周邊的橋型結構，以體現韶關的城市魅力。

3.3 總體設計思路

（1）橋梁標準橫斷面

人非道4.5 m+防護欄0.5 m+車行道15.5 m（4 m為預留的有軌電車）+防護欄1.0 m+車行道15.5 m+防護欄0.5 m+4.5 m人非道=42 m（33 m寬無人非道，主橋人非道壓縮為3 m）（見圖2）。

圖2 主橋標準斷面（單位：m）

（2）主橋跨徑的擬定

根據大橋兩岸的地形、地貌、通航和河流水文特點，對推薦橋位擬定了一種跨徑三種結構型式的橋型方案。

方案一：100 m+180 m+100 m三跨預應力混凝土雙矮塔斜拉橋（2種索塔形式）；

方案二：33 m+102 m+183 m三跨鋼混組合梁獨塔斜拉橋；

方案三：100 m+180 m+100 m三跨變截面波形剛腹板連續梁橋。

（3）主墩位置選擇

規劃的橋位位于河道轉彎處（與市規劃的線路基本一致），根據河床演變，北江河床呈北高南低，江灣大橋主塔設在北江靠近北岸一側。

3.4 橋梁工程方案設計

3.4.1 主橋方案選取

綜合橋址區河道、通航、地質等主要控制因素，江灣大橋主跨應大于180 m。該跨度可供選擇的主橋型式有大跨度梁式橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋等基本橋型。

從該項目周邊已經建成的橋梁型式看，拱橋占大多數，因此本次設計不考慮此類橋。大跨梁式橋是采用最多的一種結構型式，外觀簡潔，施工方便，造價低廉。該項目主跨達180 m，主墩墩高僅15 m，相對大跨連續剛構橋，橋墩高度偏小。采用連續梁橋結構可滿足要求，但其跨度一般要求不超過160 m，可以考慮采用波形鋼腹板梁方式來減輕結構重量。本次設計提出波形鋼腹板梁式橋作為一個方案來進行比選。

矮塔斜拉橋是介于連續梁（剛構）橋與斜拉橋之間的一種橋型，索塔較矮，構造簡單，施工難度小。其跨度處于梁式橋與普通斜拉橋經濟跨度之間。主跨跨度在100～300 m，矮塔斜拉橋也具有較大的競爭優勢。

斜拉橋可以選擇雙塔或獨塔斜拉橋。由于該河道寬度在450 m左右，通航凈寬要求不小于180 m，選擇雙塔400 m左右斜拉橋可以跨越河道，但造價較高。獨塔斜拉橋方案也是一個不錯的方案，同等跨度的獨塔斜拉橋索塔要比雙塔矮塔斜拉橋塔高宏偉壯觀。

3.4.2 主橋擬定方案介紹

（1）預應力混凝土雙塔矮塔斜拉橋方案

韶關，簡稱“韶”，得名于丹霞的名山韶石山。該方案從奇峻的丹霞地貌抽象出挺拔的橋塔造型，給人剛勁有力、氣吞萬里之氣象，寓意韶關人民不懼艱難險阻，奮勇直前的向上精神（見圖3）。

圖3 主橋方案立意過程

主橋跨徑擬定為：100 m+180 m+100 m三跨預應力混凝土矮塔斜拉橋。兩個主塔在河岸的內側對稱布置（一個塔柱可能布在深水中），滿足單向雙孔通航要求。

主梁采用預應力混凝土單箱多室結構。

橋塔采用鋼筋混凝土+鋼管混凝土組合或全鋼筋混凝土結構。人字形索塔是在塔頂處增加一塔冠，改變了矮塔呆板造型（見圖4）；山形索塔是在索塔構造中植入具有立體感強的山形造型，與該橋北江岸側山體融為一體（見圖5）。

（2）鋼混組合獨塔斜拉橋方案

獨塔斜拉橋方案，配獨特橢圓形造型索塔，顯得索塔高大挺拔，簡潔美觀，對于曲線的使用，別具匠心，產生出很好的美學效果。

圖4 矮塔斜拉橋橋型圖（人字形索塔）

圖5 矮塔斜拉橋橋型圖（山形索塔）

韶關市又被稱為廣東的北大門，索塔造型設計與韶關風采樓形態相似。風采樓立于市區，西望武水，東臨湞江，整座建筑雄偉獨特。該橋亦似丹霞山珠峰“長老峰”，仰望直插云宵的山體，丹崖千丈，氣勢不凡。該橋與長老峰遙相呼應，它的建成將成為韶關市的標志性建筑。圖6為主橋方案立意過程。

圖6 主橋方案立意過程

主橋為跨徑33 m+102 m+183 m三跨預應力鋼混獨塔斜拉橋，采用半漂浮體系。

斜拉橋采用獨塔雙索面結構，主塔造型為拱塔型（見圖7），主梁為鋼混合式箱形梁結構。

（3）波形鋼腹板連續梁橋方案

主橋為跨徑100 m+180 m+100 m三跨波形鋼腹板連續梁橋（見圖8）。

上部結構采用波形鋼腹板PC組合箱梁。主梁采用分幅式單箱單室變截面直腹板箱梁,單幅寬18.5 m。

圖8 波形鋼腹板橋橋型圖

3.4.3 主橋方案比選

對擬定的三種橋型方案進行了同等深度的綜合比較。所擬定的橋型方案在技術上均是可行的，但獨塔斜拉橋橋型美觀宏偉，索塔造型挺拔優美，其造型更符合韶關市風情，技術含量較高，主梁輕巧，造價合理，景觀獨特，故予以推薦。

3.4.4 主橋施工圖設計

3.4.4.1 結構體系

施工圖階段主橋采用的是33 m+102 m+183 m三跨獨塔鋼混連續斜拉橋方案，索塔處設豎向支座+縱向彈性約束體系。

橋寬：風嘴1.0 m+人非機動車道3.0 m+拉索區1.75 m+防撞墻0.5 m+車行道11.50 m+有軌電車9.0 m+車行道11.50 m+防撞墻0.5 m+拉索區1.75 m+人非機動車道3.0 m+風嘴1.0 m=44.5 m（見圖 9）。

圖9 主橋橋面組成

3.4.4.2 主梁

主梁采用鋼混結合梁，主跨及次邊跨采用鋼箱梁，節段吊裝施工；邊跨采用混凝土箱梁，支架現澆施工，鋼混結合段2 m，鋼箱梁加強段長度為3 m，合龍段長度為4 m。鋼主梁采用整體式扁平單箱五室流線形斷面，中心處梁高為4.055 m，兩邊的風嘴能降低風壓和提高臨界風速，箱內設除濕機防銹。鋼箱梁鋼材主要采用Q345qD和Q370qD，主橋箱梁橋面全寬44.5 m。圖10為鋼主梁標準橫斷面。

圖10 鋼主梁標準橫斷面（單位：cm）

為了協調美觀，混凝土梁外形同鋼箱梁外形保持一致。主梁采用C55混凝土，單箱五室截面（3個大室和2個小邊室）。由于鋼箱梁與混凝土箱梁鋪裝層高度不同，為保證結構整體外觀高度相同，混凝土箱梁梁高采用4.0 m（沿中心線處）。混凝土箱梁斷面全寬44.5 m，頂面寬42.5 m，底面寬23.1 m。考慮邊跨壓重需要，混凝土梁段頂板厚度采用32 cm，底板厚度為30 cm，腹板厚為50 cm。主梁縱向按全預應力構件設計，橫向按部分預應力A類構件設計。圖11為混凝土箱梁標準橫斷面。

圖11 混凝土箱梁標準橫斷面（單位：cm）

3.4.4.3 主塔

索塔采用橢圓形造型。塔高109.5 m，橋面以上高92 m，塔上索距2.0 m。塔柱采用矩形斷面，并采用空心斷面。順橋向寬度上塔柱為4.5～6.5 m，中塔柱為6.5 m，下塔柱為6.5～3.0 m。塔柱壁厚為1.2～2.0 m。上、中塔柱橫橋向寬度為5.0 m，下塔柱橫橋向寬度為5.0～12.0 m。橫橋向采用曲線變化線形，其中橋面以下外側、內側采用圓弧線形，橋面以上塔柱內外側均采用橢圓線形。上塔柱外側橢圓長、短軸半徑為a=86.0 m、b=57.2 m，內側橢圓長、短軸半徑為a=76.0 m、b=47.2 m，下塔柱外側圓弧半徑為9 637.12 m，內側圓弧半徑為R=3 286.12 m。主塔外側設置景觀凹槽，凹槽寬0.8 m，深0.2 m。

橋塔設置一道橫梁，橫梁高度為6.0 m，采用空心矩形斷面，頂、底板厚度均為0.8 m，橫梁中設置兩道橫隔板，橫隔板厚度0.5 m，橫梁下緣與主塔相交處采用曲線順接。橋塔、橫梁均采用C50混凝土。

索塔基礎采用啞鈴型圓端型承臺+大直徑灌注群樁基礎，減小水的阻力和增強自身防撞功能（見圖12）。

圖12 主塔基礎（單位：cm）

3.4.4.4 斜拉索

斜拉索在混凝土箱梁上錨固于對應的箱梁橫隔板處斜底板下緣，共7對，14根斜拉索。斜拉索在混凝土梁上的順橋向間距為6 m。斜拉索在鋼箱梁上錨固于鋼箱梁邊腹板的錨箱上，主塔北側共6對，12根斜拉索，南側共13對，26根拉索。斜拉索在鋼箱梁上的順橋向間距為12 m。斜拉索在塔上的豎向間距均為2.0 m。

斜拉索采用250型高強度環氧涂層鋼絞線斜拉索，標準強度fpk=1 860 M Pa。拉索型號工采用5種，分別為 43φs15.2、55φs15.2、61φs15.2、73φs15.2、109φs15.2。主梁端設置外置阻尼減振器。

3.5 溶洞勘察

由于橋位位于北江彎道上，主塔在深水中，橋梁樁基礎施工中，遇到溶洞的情況很多、很密。

根據施工圖詳勘成果，揭示本場地主要地層巖性為粗砂（飽水）、砂卵石（飽水）、中等風化石灰巖、中等風化角礫巖。作為地下隱蔽工程，給施工帶來很大困難，如處理方法不當，往往會造成掉鉆、卡錘、埋錘、梅花孔、漏漿、塌孔等事故發生。

該橋樁基施工前應進行超前鉆，主橋主塔基樁直徑較大，采用一樁三孔布置。在超前鉆基礎上開展物探（彈性波 CT），彈性波方法原理見圖13、圖14。

以實測和收集該區域本次物探勘查的鉆孔柱狀圖、彈性波 CT解譯成果等數據為主，輔以超前水平鉆勘查成果，建立數據倉庫，采用動態、分級建立模型的技術，選擇地層精細程度，在建模參數設置后，自動建立模型，加以人機交互修改完善，使之與實際地質情況相吻合。圖15為主塔巖溶發育分布3D成果圖。

圖13 跨孔彈性波CT工作示意圖

圖14 彈性波CT工作布置圖

圖15 主塔巖溶發育分布3D成果圖

圖16為主墩16#樁基的彈性波CT剖面。物探推測溶洞頂標高接近塌孔（實際施工中出現了部分塌孔）處標高，表明本次物探勘察成果能較好地反映異常地質體的埋深和規模。

通過彈性波CT剖面和 3D影像，基本圈定了巖溶強發育帶和巖溶裂隙發育帶的規模、埋深，可為設計和施工提供基礎資料和建議。圖17為基樁持力層灰巖3D圖。

圖16 16#樁基礎彈性波 CT綜合斷面圖

圖17 基樁持力層灰巖3D圖

綜上所述，彈性波CT推斷的地質結果基本可以滿足本次勘察的精度要求。

4 結論

橋梁方案的選定，其影響因素很多，選擇合適的型式和造型，不僅要考慮工程造價和施工難度，還有考慮城市的發展和人民對美好生活環境改善的愿望。初探是分析橋位處地質條件。該橋橋位處地質復雜，溶洞較多，建議超前鉆和CT物探相結合，分析地層，最大限度地調整橋位。橋型一旦實施，具有不可逆性，這就需要設計者和決策者從全局著手，避開不良地質段。同時，還應為后期發展留有空間，權衡利弊，避免后期為了改善交通而加寬或拼寬情況出現。