復雜條件下城市橋梁方案綜合分析

劉瑞勛 （安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 引言

城市橋梁在設計上受到多種因素的影響，功能上要滿足基本的交通要求和道路規(guī)劃要求，景觀上要與環(huán)境和諧統(tǒng)一，并服從城市規(guī)劃總體意圖。在設計過程中，周圍建筑物、地下管線、用地布局、河道規(guī)劃等都會成為城市橋梁設計的制約條件。如何在錯綜復雜的條件下選擇一個最優(yōu)的設計方案則常常需要設計人員不拘一格，開闊思路，綜合分析，從不同的角度來打磨設計方案。

以下以黃山市桃花島大橋為例，重點介紹復雜條件下城市橋梁方案的綜合分析方法。

2 桃花島大橋概況

黃山市桃花島位于黃山市屯溪區(qū)，是由于橫江分汊成南、北兩條水道而形成的島嶼，總占地面積約30hm2，以開發(fā)旅游地產(chǎn)為主。目前島內(nèi)西半部分的別墅群區(qū)已經(jīng)投入使用，島內(nèi)居民通往市區(qū)的唯一出口為跨越北分洪道的桃花島北橋。

圖1 桃花島南大橋地理位置圖

本次設計桃花島大橋為南橋，跨越橫江南分洪道，北接桃花島，南接市區(qū)橫江西路。

橫江南分洪道河道寬約110m，河道北岸為桃花島環(huán)島圈堤，南岸尚未有任何岸坡防護設施，但已規(guī)劃有沿河大堤。

3 初步設計方案

通過對橋址處勘察發(fā)現(xiàn)，該橋位處橫江北分洪道，與下游橫江橋現(xiàn)有的兩座空腹式拱橋最大距離1km，三橋在平面位置上圍繞桃花島呈三角形分布。

圖2 現(xiàn)狀桃花島北橋

按照景觀設計的一致性、相融性原則，新橋設計方案一主推與現(xiàn)狀老橋外形基本相同的空腹式上承板拱橋，景觀主體取意“三橋同輝”，充分體現(xiàn)融入特色，強調整體氛圍。

方案二仍以拱式結構為主基調，采用波浪系桿式中承拱橋，三跨聯(lián)拱映照連綿起伏的黃山，如盤龍游弋于云海，體現(xiàn)了山水畫廊的空蒙意境；又如“徽駱駝”，安靜卻又跳躍，體現(xiàn)了今日徽州人、徽州景，詮釋“徽山皖韻”的獨特魅力。

方案三采用斜拉橋結構，但主塔采用橢圓拱形塔，似鏡面看畫里風光，如笑臉與桃花相映成趣，恰如人行明鏡中，鳥度屏風里，形成了“鏡花水月”的唯美意境。

新橋三種設計方案主題突出，各具特色，經(jīng)綜合分析對比，最終采用與兩座老橋結構外形一致的方案一，即空腹式拱橋方案，取意“三橋同輝”。

圖3 橋梁景觀方案比較表

橋梁結構設計時，考慮到桃花島北橋布置為5孔32.5m空腹式等跨徑鋼筋混凝土板拱橋，結合橫江南分洪道河道規(guī)劃寬度、水文及兩側地形情況，桃花島南橋初步方案確定采用4孔32.5m空腹式等跨徑鋼筋混凝土板拱橋。

4 設計方案實施限制條件及存在的問題

本次設計桃花島南橋平面按照規(guī)劃線位布置，縱斷面控制因素較多，主要有：河道防洪標準、橫江水系的規(guī)劃防洪水位、黃山機場凈空要求、北側桃花島現(xiàn)狀及小區(qū)的高程銜接、平縱銜接、規(guī)劃防洪堤高程處理、南側小區(qū)地坪高程等。如何在不改變景觀造型條件下，將橋梁縱面與結構合理銜接是本橋設計難點。

根據(jù)橋位處洪水評價報告，桃花島南橋設計水位采用131.85m，鑒于拱橋結構的特殊性，規(guī)范要求無鉸拱設計洪水位不宜超過拱圈高度的2/3，且拱頂?shù)酌嬷劣嬎闼坏膬舾卟坏眯∮?.0m，推算出各跨拱頂橋面設計標高均不小于135.9m。

圖4 初步方案縱斷面示意圖

由初步方案縱斷面布置可以看出，此方案存在幾個主要的問題：

①由于橫江北岸路面高程在130.5m左右，且小區(qū)大門距河道邊僅65m，設計縱斷面高出小區(qū)地塊2.9m，橋梁實施后，小區(qū)車輛需通過輔道繞行110m后在縱坡落地處才能上橋；

②橫江南岸道路填方均高接近4m，土方工程量大，且附近村莊道路接入困難；

③規(guī)劃橫江堤頂為防洪大堤，需預留防洪通道，并進行適當改移與橋梁總體布置相適應；

④橋梁縱坡為3.93%和-4.0%，不利于非機動車行駛,交通安全存在隱患。

圖5 小區(qū)車輛繞行示意圖

針對方案中存在的幾個問題，在經(jīng)建設單位與各相關權益單位溝通后，回復確認桃花島小區(qū)不同意通過輔道繞行的上橋方案，避免造成社會矛盾，另外，縱坡過大不利于居民非機動車安全出行，社會影響較大，應盡量降低道路縱坡。

5 設計方案存在問題的解決

由于橋位處景觀要素限定了附近三座橋梁宜盡量形式統(tǒng)一，河道斷面基本固定，設計防洪水位固定，兩側橋頭道路與小區(qū)需順接且縱坡不能過大，但拱橋橋型本身卻要求橋面較高，以滿足防洪需求。因此，受客觀條件制約，必須進一步優(yōu)化拱式橋梁方案，使得橋面高程得以降低。

經(jīng)再次分析拱橋縱坡成因后，確認形成拱橋縱坡過高的關鍵因素在于近岸側邊孔的控制高程。按照“無鉸拱設計洪水位不宜超過拱圈高度的2/3，且拱頂?shù)酌嬷劣嬎闼坏膬舾卟坏眯∮?.0m”的要求，當各孔拱橋采用等跨布置時，由于拱矢高與跨徑是成一定比例的，邊孔跨徑大，相應的矢高越大，在設計水位一定情況下，邊孔的橋面標高相應越高，而且小區(qū)大門距河道邊僅65m，橋梁縱坡降低有限，最終導致小區(qū)大門處設計縱面與實際路面高差近3m。

經(jīng)綜合分析，要降低橋面高程，相應的解決方案就是采用不等跨布置。在經(jīng)過結構計算確定了合理的邊中跨比后，橋跨最終布置為（20+25+30+25+20）m五跨上承式鋼筋混凝土拱橋。

調整設計方案，橋梁設計縱斷面高出小區(qū)地塊僅0.9m，通過小區(qū)大門前道路適當上抬，小區(qū)車輛可直接出門后上橋。

橫江南岸道路填方均高降低至2m，土方工程量減少，附近村莊道路接入方便。

橋梁兩側縱坡采用3.5%，坡長135m，滿足非機動車道縱坡設計要求。

6 結語

城市中橋梁方案的選擇已不僅僅是滿足通行功能，還須考慮周邊建設條件，對居民生活影響程度，景觀造型與環(huán)境的融合性，并充分考慮防洪安全、結構安全、使用安全等多種復雜因素。橋梁設計人員在選擇橋梁方案時，需具有總體意識，路橋綜合考慮；以人為本，注重路橋銜接處理，提高舒適度；另辟蹊徑，在結構優(yōu)化上下功夫，通過綜合分析、不斷磨合最終滿足各方需求，達到形式與內(nèi)容的高度統(tǒng)一。