新建庫區(qū)景觀橋梁橋型的構(gòu)思與設(shè)計(jì)

■黃偉福

(安溪縣路橋建設(shè)發(fā)展有限公司，泉州 362400)

0 引言

橋梁有時(shí)不僅需要滿足使用功能， 更需要符合景觀要求，甚至需要成為一定地域的標(biāo)志性建筑[1]。 歌德說：“建筑是凝固的音樂”。橋梁以其巨大的跨度、強(qiáng)烈的形體表現(xiàn)力、超凡的尺寸對(duì)周邊景觀產(chǎn)生巨大的影響。

泉州白瀨水利樞紐工程位于安溪縣劍斗鎮(zhèn)、白瀨鄉(xiāng)，處于晉江西溪上游的干流上，以供水為主，兼顧防洪與發(fā)電。興儒坪大橋橫跨核心庫區(qū)，是新建規(guī)劃鎮(zhèn)區(qū)的主要交通通道，要求成為庫區(qū)的標(biāo)志性景觀。

橋梁實(shí)現(xiàn)其景觀功能的模式有兩種： 一是在常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)形式上附屬景觀裝飾或景觀元素， 如我國(guó)揚(yáng)州瘦西湖上的五亭橋；二是結(jié)構(gòu)形式上創(chuàng)新、變體，如西班牙建筑與工程大師Calatrava 首創(chuàng)的Alamillo 橋——無背索斜拉橋。 對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝修，顯示成另一種受力形式，則是“假結(jié)構(gòu)”，如將“梁橋+弧形裝飾板”偽裝成拱橋，將“梁橋+不受力的懸鏈鋼絲繩”偽裝成懸索橋等。假結(jié)構(gòu)不屬于景觀的范疇，無美可言。

1 建橋條件

興儒坪大橋及其連接線將成為庫區(qū)淹沒后， 劍斗鎮(zhèn)新規(guī)劃各組團(tuán)區(qū)間的連接通道。起點(diǎn)與新建X340 縣道T型交叉，終點(diǎn)與新建省道S217 交叉，需跨越漳泉肖鐵路和現(xiàn)狀340 縣道。興儒坪大橋無通航等級(jí)要求，但需要通航噸位較小的旅游及管理船舶。

橋址處現(xiàn)狀地形為V 形斷面，山谷最低處與路面高差108.5m。蓄水后水面寬度334m，最大水深56m，橋面高于水面48～56m。

安溪縣是鐵觀音之鄉(xiāng)， 興儒坪大橋橫跨白瀨水利樞紐工程的核心庫區(qū)， 需要建設(shè)成為一張能體現(xiàn)安溪縣鐵觀音內(nèi)涵的絢麗名片。

2 橋型方案構(gòu)思

2.1 橋型構(gòu)思原則

橋型景觀構(gòu)思的原則應(yīng)包括：與周邊自然環(huán)境協(xié)調(diào)，符合當(dāng)?shù)匚幕瘍?nèi)涵，經(jīng)濟(jì)合理[2]。 橋梁可以依靠自身的表現(xiàn)張力給人以情感沖擊，引導(dǎo)周邊的景觀，如美國(guó)金門大橋；也可以隱藏于周邊環(huán)境，與周邊環(huán)境融為一體，如貝聿銘設(shè)計(jì)的日本美秀美術(shù)館入口人行橋； 還可以與周邊環(huán)境互相襯托、互為一體，如瑞士工程師R.Maillart 設(shè)計(jì)的Salginatobel 山谷橋[3]。

興儒坪大橋受地形限制，跨度不夠大；周邊也沒有非常秀美的景色。 因此，需要將橋、山、水、茶葉文化等互相襯托、互為一體。

2.2 方案構(gòu)思

根據(jù)興儒坪大橋橋址的建橋條件，主橋全長(zhǎng)在300～400m，主跨跨徑在150～200m，此跨徑范圍的經(jīng)濟(jì)橋型為梁橋；但梁橋的造型較單調(diào)。 拱橋也是可選橋型之一，但有推力拱需要良好的地質(zhì)條件， 而橋址處不具備大跨徑有推力拱的地質(zhì)； 無推力拱在深峽谷地形中的施工難度比較大。斜拉橋雖不是此跨徑范圍的經(jīng)濟(jì)橋型，但橋塔造型豐富，且容易與橋址地形契合，因此橋型方案圍繞斜拉橋展開。

(1)方案一：玲瓏茶女

橋塔橫斷面由兩立柱組成， 在下端用板式箱型截面連接， 中間部分兩立柱分開， 橋塔上端用曲線化橫梁連接。 該方案將采茶女的外形柔美融匯入橋塔的優(yōu)美弧線形，從采茶女的衣飾元素中提取塔頂?shù)乃卧煨汀Ｋ笳髫?cái)富，水滴從橋塔上方滴下，寓意“聚寶之瓶”。 該橋型的獨(dú)特造型與景區(qū)自然和人文氣質(zhì)融合得體， 采用了象形寓意設(shè)計(jì)手法[4]。

效果圖詳見圖1。

圖1 方案一 效果圖

(2)方案二：茶都新葉

該方案為獨(dú)塔單索面斜拉橋， 塔柱下端為曲線形獨(dú)立柱， 中間部分分為兩個(gè)塔柱， 在上端再合并成一個(gè)塔柱。 安溪作為鐵觀音的故鄉(xiāng)、全國(guó)最重要的產(chǎn)茶縣，茶業(yè)是安溪最大的民生支柱產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)下縣級(jí)茶園面積、年茶葉總產(chǎn)量、涉茶總產(chǎn)值、從業(yè)人員、受益人口、農(nóng)民人均收入茶葉占比等多項(xiàng)全國(guó)第一。該方案以茶葉為造型意向，通過柔美的曲線勾勒出主塔新葉造型，體現(xiàn)安溪的特色，同時(shí)，也體現(xiàn)了安溪“國(guó)家級(jí)園林縣城”的生態(tài)特色。“新葉”象征勃勃生機(jī)、欣欣向榮。

效果圖詳見圖2。

圖2 方案二 效果圖

(3)方案三：茶香綻放

該方案下端兩塔柱用橫梁連接，上端分開成八字形。該方案橋塔模擬少女采茶聞香姿態(tài)， 以嫩芽輕巧外形比擬外傾的主塔。兩位少女手捧新茶笑迎來賓，展現(xiàn)了茶鄉(xiāng)人民熱情好客的淳樸民心。 以茶會(huì)友，搭建人與人之間，茶鄉(xiāng)與世界的無障礙交流橋梁。主跨、邊跨橋墩均采用雙柱式，看起來像少女般婀娜、妖嬈。

效果圖詳見圖3。

圖3 方案三 效果圖

(4)方案比選

從塔型構(gòu)思、 建安費(fèi)等方面對(duì)上面三個(gè)方案進(jìn)行比選，比選結(jié)果見表1。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)體系

興儒坪大橋主橋的跨徑布置為86+168+86=340m，邊中跨比為0.512，采用塔梁墩固結(jié)體系[5]。 下塔柱較高，采用塔梁墩固結(jié)，增大了斜拉橋的縱向和豎向剛度，減小主梁縱向和豎向位移；取消了支座，減小了后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

興儒坪大橋主跨跨徑較小，采用混凝土主梁較經(jīng)濟(jì)、且后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較低。 主梁梁寬28m，高3.2m，箱型混凝土π 梁，采用C55 混凝土。 主梁錨索區(qū)設(shè)在邊箱中心，采用齒塊形式錨固。 邊箱寬4m、高3.02m，壁厚0.6m。

主塔為變異的鉆石型，雙箱型截面。主塔高度分別為148.5m 和138.5m，橋面以上塔高均為53.5m，橋面以下高度分別為95m 和85m。 高跨比(橋面以上塔柱高度/主跨跨徑)為0.318。 興儒坪大橋主塔因景觀造型需要，斜拉索索面基本平行，塔梁墩固結(jié)有利于提高主梁的橫向剛度。

表1 興儒坪主塔方案造型比選表

主塔其分為上、中、下三部分，主塔采用C50 混凝土。主塔橫橋向?yàn)殡p柱式結(jié)構(gòu)，中間設(shè)置橫向連接。其外輪線形變化較多，橋面以上為分開的單塔塔柱部、呈曲線形，3m 等寬；橋面以下約57m 范國(guó)內(nèi)為變寬度截面，單塔塔柱寬度變化為3～5.6m。 其下塔柱為等截面傾斜直線線形。 主塔順橋向從塔頂至橋面以下14.222m 處為5.2m 等寬度截面，其下塔柱外側(cè)面按1∶50 斜率變化，順橋向?qū)挾茸兓綄挾?.132m。

斜拉索采用空間扇形索面布置，索面在主梁處的橫向錨固點(diǎn)間距為18.0m， 斜拉索在梁上的索距為5.0m，在塔上的豎向間距2.0m。 斜拉索采用雙層熱擠PE 護(hù)套半平行鋼絲拉索體系，護(hù)套表面采用雙螺旋線。 斜拉索共2 種規(guī)格，分別為PES7-121 和PES7-187，屈服強(qiáng)度fpk=1670MPa。斜拉索安裝時(shí)在塔端張拉，梁段錨固，采用冷鑄錨錨具。

興儒坪大橋下塔柱采用爬模施工， 上塔柱采用支架施工，主梁采用常規(guī)的懸臂澆筑施工方案。

圖4 興儒坪大橋橋型布置圖

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

全橋采用空間梁?jiǎn)卧?jì)算。主梁采用魚骨梁模型，用彈簧單元模擬樁基的樁土共同作用， 全橋有限元計(jì)算模型如圖5。

圖5 有限元計(jì)算模型

由于興儒坪大橋建于庫區(qū)蓄水之前， 因此需要進(jìn)行蓄水前和蓄水后兩種工況的結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算。

經(jīng)計(jì)算，運(yùn)營(yíng)階段標(biāo)準(zhǔn)組合下，主梁上下緣最大壓應(yīng)力分別為11.4MPa 和16.3MPa，未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。 斜拉索最大應(yīng)力為634.5MPa， 最小安全系數(shù)為2.63；最大應(yīng)力幅為65MPa，小于200MPa 的規(guī)范要求。活載作用下，主梁跨中的最大豎向位移為51.2mm，小于1/800 的規(guī)范要求。 邊支座的最大反力為11769kN，最小反力為4527kN。 在邊跨未壓重的情況下，未出現(xiàn)負(fù)反力，這是由于邊中跨比較大的緣故。

興儒坪大橋的一階振型為 “主梁一階縱漂+主塔縱彎”，一階頻率為0.264Hz，說明主塔縱向剛度較小。

4 結(jié)語

興儒坪大橋的橋型構(gòu)思緊扣當(dāng)?shù)夭枞~文化和待建水庫的水域景色，塔柱造型新穎、寓意深遠(yuǎn)。 根據(jù)下塔柱較高的特點(diǎn)，采用塔梁墩固結(jié)體系，有利于提高斜拉橋的縱向、豎向和橫向剛度，減小后期維護(hù)工作量。