中山市海鷗拱、菊花拱兩座新穎景觀拱橋結構設計

謝尉鴻，張麗儀

（四川西南交大土木工程設計有限公司廣州分公司，廣東 廣州 430050）

0 引 言

隨著橋梁設計理論的發展、施工技術的提高，人們對于橋梁設計的要求已不再僅僅滿足于安全與適用的基本功能，而是從橋梁美學的角度提出更高的期望。1座橋梁的完成，往往會成為1座城市或者1個地區的標志性建筑。拱橋的設計亦是如此，因拱肋的造型與吊桿的布置具有良好的美學表現力和空間藝術感，許多獨特新穎的拱橋在橋梁建設中都得以應用[1]。

本文從設計應用的角度出發，對位于廣東省中山市翠亨新區翠城道上的2座新穎景觀拱橋從景觀設計和結構設計兩方面進行闡述。

1 工程概況

中山市翠亨新區位于中山市東部臨海區域，是粵港澳大灣區地理幾何中心，是南沙、前海、橫琴3個國家級新區和廣深港澳4大城市2個“同心圓”的圓心位置。翠亨新區北承廣州南沙新區，南接珠海橫琴新區，東經深中通道承接深圳前海新區，西連火炬開發區，具有廣闊的發展前景。

中山市翠亨新區翠城道位于翠亨新區起步區內，南北縱貫馬鞍島及南部規劃填海區，是翠亨新區規劃“兩環九射”城市干道骨架系統的放射線之一，也是起步區規劃“2縱4橫”主干道的其中1條，承擔未來翠亨新區核心區對外圍區域的輻射交通聯系功能，擔負著起步區南北向發展主干軸的承載作用。翠城道全長約8.31 km，按主線雙向8車道加輔道雙向4車道的城市主干道標準進行建設。區域內水系發達，溝涌縱橫交錯。為提升城市景觀，結合總體規劃及河涌整治，本項目在橫八涌、橫九涌建造2座異型景觀拱橋[2]。其中跨越橫八涌2號橋采用海鷗拱橋，跨越橫九涌3號橋采用菊花拱橋。

2 海鷗拱橋（2號橋）景觀設計

中山市翠亨新區鄰近濱海，2號橋方案以海洋主題為元素，取飛翔的海鷗姿態為形，勾勒出飛馳飄逸的形態，體現極具力量的結構美（見圖1）。拱肋以接近直線的拱軸線型和頓挫的轉折勾勒海鷗的骨感，以向下發散的索面勾勒羽毛，展現海鷗展翅飛翔的姿態。色彩裝飾上以海鷗羽毛本色“燕翅白”為基色凸顯結構輕盈靈動、振翅高飛的動態感。整個方案以“乘風破浪、展翅高飛”為主題，體現中山市在改革開放的潮流中敢立潮頭，不畏風浪的城市精神。

圖1 海鷗拱橋透視圖

2號橋方案夜景拱肋采用LED洗墻燈洗亮，突出橋拱的優美曲線，用投光燈將拉索照亮，同時照亮拱的底部，呈現星空翱翔的設計意境（見圖 2）。

圖2 海鷗拱橋夜景圖

3 菊花拱橋（3號橋）景觀設計

中山市市花為菊花，早在清朝嘉慶甲戌年（1814年），中山市小欖鎮就舉辦了首屆賞菊大會，從此每逢甲戌年舉辦1次，稱為“甲戌菊花大會”。2006年，甲戌菊花會經國務院批準列入第1批國家級非物質文化遺產名錄。

本方案以“菊”為立意，取其花瓣造型，將其形態延展，以示其“雋秀多姿，傲霜斗寒”的精神。方案形態以菊花修長的花瓣進行構思，分肢在拱的中間進行合攏，宛如綻放的花朵（見圖3）。拱的線型向上收攏后曲線展開，至拱腳處微彎上翹，將花瓣自然舒展的形態表達無遺。色彩裝飾上采用白菊純白色，取其“高尚、脫俗”的高貴情操。

圖3 菊花拱橋透視圖

3號橋方案夜景以暖色調為主，采用LED燈勾勒出花瓣造型，用較高亮度光凸出花瓣根部，同時照亮拉索及主梁側面，呈現火樹銀花的設計意境（見圖 4）。

圖4 菊花拱橋夜景圖

4 海鷗拱橋（2號橋）結構設計

4.1 主橋總體設計

海鷗拱橋（2號橋）主橋全長136 m，跨度布置68 m+68 m，采用拱梁固結體系。海鷗拱橋主橋橋型立面布置見圖5。海鷗拱橋主橋按雙向10車道進行設計，橋面全寬55.2 m。

圖5 海鷗拱橋主橋橋型立面布置（單位：m）

4.2 拱肋設計

設計針對如何利用拱肋凸顯海鷗翅膀形態進行了景觀設計，經綜合分析比選，體現形態的關鍵在于拱軸線及拱肋斷面的擬定。理論拱肋軸線采用空間曲線，單側拱軸線由7段線型組成，為4段空間直線接3段空間圓曲線，在起拱點、拱肋最高點、拱腳等控制截面通過截面旋轉實現拱肋的空間扭轉，以凸顯海鷗振動雙翅的力量與美感。

拱肋為四邊形截面，在理論拱軸線的控制點根據受力特點以及勾勒拱肋形態的需要，采用不同高度的斷面實現立面造型的感官變化。起拱點拱肋截面名義高度為2.8 m，在第1段直線拱軸線的末端截面高度變化為1.2 m；在理論拱軸線的最高點，為吊桿錨固的密集區域，受力較大，拱肋斷面加高至1.8 m；在拱、梁、墩結合段處，受力復雜，拱肋斷面名義高度取2.2 m。拱肋材質采用Q345qD鋼板，結構板厚40 mm。拱肋沿著拱軸線方向原則上按照每1～2 m設1道橫隔板，吊桿截面的橫隔板采用鉛垂吊桿面內布置，板厚20 mm。非吊桿截面的橫隔板垂直拱軸線布置，板厚14 mm[3]。海鷗拱橋拱肋斷面見圖6。

圖6 海鷗拱橋拱肋斷面（單位：mm）

4.3 吊桿設計

吊桿呈扇形布置，單側每邊拱肋共設置14根吊桿，全橋共設28根PES（FD）7-37規格吊桿。吊桿在主梁上布置間距為4 m、6 m、8 m，在拱肋上布置間距約為1 m。吊桿與主梁、拱肋錨固連接采用拉板體系，張拉端設置在主梁側。

4.4 鋼箱梁設計

箱梁采用正交異性板流線型扁平鋼箱梁[4]，為整體全封閉單箱斷面。鋼箱梁全寬55.2 m，標準段梁高3 m，頂、底板厚16 mm，在端橫梁區域及拱、梁、墩結合段區域適當加厚。腹板采用直腹板，腹板厚20 mm。標準節段吊點橫隔板厚16 mm，非吊點橫隔板厚12 mm，橫隔布置間距2 m。海鷗拱橋主梁標準斷面見圖7。

圖7 海鷗拱橋主梁標準斷面（單位：cm）

4.5 拱、梁、墩結合段設計

拱、梁、墩結合段的設計為本橋的難點及重點。海鷗拱橋的造型亮點是展翅振飛的海鷗，結合段形似海鷗頭部，對整體造型起點睛之筆。為實現該設計意圖，拱、梁、墩結合段采用三維多段線接反彎圓弧為邊線，形成三維空間外凸曲面。

在結構設計上，此結合段也是海鷗拱橋體系中可靠性保證的關鍵。鋼箱梁在結合部設置強勁中橫梁，橫橋向寬度由標準段55.2 m加寬至59.1 m，梁高由標準段3 m加高至4.5 m。鋼箱拱的底板與鋼箱梁的頂板進行可靠焊接，鋼箱梁底預埋槽鋼與主墩可靠連接。同時，為增加安全儲備，確保結合段可靠傳力，采取了以下構造措施：（1）承臺底部預埋3排預應力鋼絞線，并穿過主墩及結合段在鋼箱拱頂面進行張拉錨固，確保三者聯為整體；（2）伸入結合段的鋼箱梁周邊焊接抗剪栓釘，以加強混凝土與鋼箱梁之間的連接；（3）在拱、梁、墩結合位置的下拱肋、橫梁內灌注C50微膨脹混凝土，以增加結構整體剛度[5]。

拱、梁、墩結合段三維圖見圖8。

5 菊花拱橋（3號橋）結構設計

5.1 總體設計

菊花拱橋（3號橋）主橋全長197 m，跨度布置98.5 m+98.5 m，采用拱梁固結體系。菊花拱橋橋型立面布置見圖9。菊花拱橋主橋按雙向10車道進行設計，橋面全寬59.5 m。

圖8 梁、拱、墩結合段三維圖

圖9 菊花拱橋橋型立面布置（單位：m）

5.2 拱肋設計

拱肋采用對稱四肢寶石狀拱肋。單肢理論拱軸線由橢圓曲線和2段圓曲線共3段曲線組成，繞主梁對稱中線軸旋轉19°，分4個方位布置。

拱肋采用箱形寶石狀截面，拱肋材質采用Q345qD鋼板，拱肋尺寸由4.6 m×4.2 m變化到3.4 m×2.2 m，結構板厚32～50 mm。拱肋沿拱軸線方向原則上按照每2 m設1道橫隔板，吊桿截面的橫隔板采用鉛垂吊桿面內布置，板厚20 mm。非吊桿截面的橫隔板垂直拱軸線布置，板厚14 mm[6]。菊花拱橋拱肋斷面見圖10。

圖10 菊花拱橋拱肋斷面（單位：mm）

5.3 吊桿設計

吊桿呈扇形布置，單肢拱肋設置12根吊桿，全橋共設48根PES（FD）7-55規格吊桿。吊桿在主梁上布置間距為6 m，在拱肋上布置間距為4 m。

5.4 鋼箱梁設計

箱梁采用正交異性板流線型扁平鋼箱梁，為整體全封閉單箱斷面。鋼箱梁全寬59.5 m，標準段梁高3.05 m，頂、底板厚16 mm，腹板采用直腹板，腹板厚20 mm。標準節段吊點橫隔板厚16 mm，非吊點橫隔板厚12 mm，橫隔布置間距2 m。菊花拱橋主梁標準斷面見圖11。

圖11 菊花拱橋主梁標準斷面（單位：mm）

橋頭兩端各設置1道端橫梁，拱肋四肢合攏處設置1道強勁中橫梁，與主墩固結，拱、梁、墩結合段構造措施與海鷗拱橋類似。

6 結 語

中山市翠亨新區翠城道上2座大橋的設計定位為景觀橋梁，其中2號橋采用海鷗拱橋方案，3號橋采用菊花拱橋方案。兩方案構思新穎，造型獨特，建成后能成為中山市翠亨新區的地標建筑。2座景觀拱橋在設計過程中積極探索，特別是拱肋造型設計及拱、梁、墩結合段構造設計可為以后同類型橋梁建設提供參考。目前，翠城道項目的各分項工程正在進行緊張的施工建設。