復(fù)興大道跨江漢運河橋工程總體設(shè)計

潘凡

[林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430020]

0 引言

復(fù)興大道跨越江漢運河現(xiàn)狀有老G318 國道跨河橋，橋梁為公路橋梁，雙向4 車道，兩側(cè)設(shè)置防撞護欄，老橋全寬15 m。

雖然現(xiàn)狀老橋經(jīng)檢測滿足通行要求，但是僅雙向4 車道且無人行道，無法滿足總體規(guī)劃要求，因此對此進行方案研究，經(jīng)過多次方案設(shè)計專家評審會確定橋梁總體方案，橋梁采用在G318 國道北側(cè)設(shè)置新橋拼寬，接江漢運河橋兩側(cè)道路系統(tǒng)。

1 工程概況

項目西起于規(guī)劃中的復(fù)興大道西延線，向東布線，上跨規(guī)劃高沙路和現(xiàn)狀西側(cè)堤壩路后，繼續(xù)向東上跨江漢運河，而后上跨東側(cè)現(xiàn)狀堤壩路和規(guī)劃濱江路，終點接復(fù)興大道（原城北快速路）。設(shè)計線路按照城市快速路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度80 km/h，路線總長700 m，含特大橋一座（344 m=75.5 m+183 m+75.5 m），為雙塔斜拉景觀橋。圖1 為項目總圖。

圖1 項目總圖

2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

道路等級為城市快速路；設(shè)計車速80 km/h；設(shè)計荷載為城-A 級；15 m 寬。原有老橋：2.5 m（非機動車道）+12 m（車行道）+0.5 m（防撞護欄）。

27.8 m 拼寬橋：3.15 m （拉索區(qū)）+15.5 m （車行道）+3.15 m（拉索區(qū)）+6 m（人非共板）。

3 橋梁方案設(shè)計

3.1 設(shè)計主題

荊州是一座古老文化與現(xiàn)代文明交相輝映的濱江城市，而荊州高新區(qū)作為國家級的高新區(qū)，正朝著打造中國綠谷的目標(biāo)奮力邁進，隨著城市的發(fā)展，高新區(qū)將形成環(huán)境優(yōu)美、風(fēng)景秀麗、地方特色和歷史文化特色鮮明的國家級高新技術(shù)開發(fā)區(qū)。

精心打造城市橋梁景觀，對提升城市品牌，營造荊州文化都具有十分重要的意義與作用。“橋、水、城”互相穿插、光與影的交織，凸顯了城市的層次和立體感，橋梁是城市中連接岸與岸的線，其巨大的體量、固定不變的位置、相對的永久性和無法忽視的矚目形象給社會環(huán)境帶來深刻的影響。由此，橋梁不僅應(yīng)表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定連續(xù)及強勁力感與跨越能力，還要有美的形態(tài)與內(nèi)涵，需要通過橋梁景觀設(shè)計來凸顯橋梁的結(jié)構(gòu)美、保護橋梁主體、豐富周圍環(huán)境層次，使橋梁與整體環(huán)境協(xié)調(diào)，成為區(qū)域內(nèi)新的靚麗的風(fēng)景。

本項目主題為：怒放，取自含苞待放的花蕾，流暢的變截面圓形橋塔，塔頂四片外傾構(gòu)造如同花瓣，又似一把火炬，象征高新區(qū)和中心城區(qū)的美好未來（見圖2）。

圖2 立面效果圖

3.2 橋型方案控制原則及邊界條件

（1）橋梁控制原則

a. 本工程設(shè)計道路等級為城市快速路，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高。沿線地勢平坦，線形受地形、地貌限制條件較少，環(huán)境景觀要求高。

b. 路線起點與主要道路相交路口為平交，交叉口通行能力要盡可能與路段通行能力相匹配，以充分發(fā)揮路網(wǎng)的整體通行能力, 且路線上跨高沙路、堤頂規(guī)劃路、濱江路，橋下凈空需滿足設(shè)計要求，以保證規(guī)劃路網(wǎng)的正常通行。

c. 線路本身對道路景觀和區(qū)域環(huán)境保護的設(shè)計與處理有更高的要求。

d. 道路范圍內(nèi)預(yù)留的管線較多，排水、照明、燃氣、電力電信等均需布置，必須處理好規(guī)劃管線位置與實際建設(shè)管線綜合布置設(shè)計之間的矛盾。

（2）橋梁縱斷面及接線工程

a. 縱斷面

縱斷面設(shè)計考慮以下5 點控制因素：

第一是橋梁高程作為設(shè)計關(guān)鍵控制因素，在滿足通行凈空要求，跨越兩側(cè)規(guī)劃路不小于4.5 m。

第二是滿足江漢運河凈空要求。

第三是滿足路面排水及管線敷設(shè)需求。

第四是滿足兩側(cè)接線道路規(guī)劃高程要求。

第五是橋臺臺后填土最大高度不大于4.5 m。

本項目縱斷面線形參照城市規(guī)劃路網(wǎng)控制標(biāo)高及現(xiàn)狀路網(wǎng)標(biāo)高，結(jié)合湖北省院的路線總體設(shè)計方案以及城北快速路的縱斷面線形，以江漢運河洪水位、通航凈空的要求及道路兩側(cè)地塊標(biāo)高作為重點考量因素，并充分考慮排水順暢，進行路線方案縱斷面設(shè)計。

本項目上跨江漢運河橋梁段設(shè)置成 “人字坡”，橋梁最大縱坡為3.1%。全線最小坡長不大于250 m，最小凸曲線半徑為4 470 m，最小凹曲線半徑為3 900 m。縱斷面各項技術(shù)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）平面

本項目平面線形結(jié)合路線總體設(shè)計方案，起點為復(fù)興大道K6+700，道路向東布線，上跨規(guī)劃高沙路和現(xiàn)狀西側(cè)堤壩路后，繼續(xù)向東上跨江漢運河，而后上跨東側(cè)現(xiàn)狀堤壩路和規(guī)劃濱江路，終點接城北快速路（目前正在施工階段），終點樁號為K7+400（見圖3）。

圖3 平面布置圖

本項目線路按照城市快速路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度80 km/h，路線總長度700 m。本項目范圍道路線形為一條直線。平面各項技術(shù)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（4）橋梁長度的確定以及孔徑的布置

a. 橋梁長度的確定

本橋橋長和主跨跨徑由江漢運河河道總體和兩側(cè)規(guī)劃道路控制。同時也受現(xiàn)狀318 國道現(xiàn)狀老橋限制。

b. 孔徑布置

上部結(jié)構(gòu)跨越江漢運河，采用跨徑布置為75.5 m+183 m+75.5 m，全長344 m（見圖4）。

近年來，城市軌道交通憑借其方便快捷、運量大、安全、準(zhǔn)點等優(yōu)勢而得到廣泛的發(fā)展。但城市軌道交通車輛運行過程中產(chǎn)生的噪聲和振動，會嚴(yán)重影響旅客乘坐舒適性和沿途居民的生活質(zhì)量。相比于剛性車輪，彈性車輪在減振降噪和降低輪軌動作用力等方面具備明顯優(yōu)勢，所以許多發(fā)達國家已經(jīng)開始在城軌車輛上使用彈性車輪。隨著人們越發(fā)重視城市軌道交通的安全性，對城軌車輛使用彈性輪后在碰撞事故中的安全性進行研究是非常必要的。

圖4 橋型布置圖（單位：cm）

c. 橋面布置

拼寬新橋：3.15 m（拉索區(qū)）+15.5 m（車行道）+3.15 m（拉索區(qū)）+6 m（人非共板）= 27.8 m（見圖5）。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)斷面布置圖（單位：cm）

3.3 橋型方案設(shè)計

本項目是連接高新區(qū)和中心城區(qū)的重要通道，對促進高新區(qū)發(fā)展，融入荊州市發(fā)展規(guī)劃有重要意義，是高新區(qū)和荊州主城區(qū)連接的主要門戶，因此需要有一個標(biāo)志性景觀橋作為其景觀節(jié)點。

同時需要考慮原G318 老橋的協(xié)調(diào)性，因此項目前期分析各種橋型（懸索橋因為跨徑限制，經(jīng)濟性太差本項目未予以考慮）的景觀合理性。

（1）梁橋方案

梁橋能適用于該項目，但考慮到景觀性略差，同時與水務(wù)部門溝通后，水務(wù)部門不建議采用該橋型，因此未最終考慮（見圖6）。

圖6 前期連續(xù)梁方案

（2）拱橋方案

拱橋能適用于該項目，但纜索吊施工措施費較高、難度大，同時施工期間對江漢運河通航存在一定影響，因此未能最終考慮（見圖7）。

圖7 前期下承式拱橋方案（單位：m）

（3）斜拉橋方案

斜拉橋能適用于該項目，能解決好新老橋景觀銜接問題，景觀性好，同時橋塔在引江濟漢渠渠道外施工，主梁河道范圍懸臂鋪裝將通航影響降到了最低，取得了水務(wù)部門的同意，因此最終選擇了斜拉橋方案，單塔斜拉橋的經(jīng)濟性、施工難度和景觀性略遜，如圖8 所示。因此最終考慮了雙塔斜拉橋方案（見圖9）。

圖8 前期單塔斜拉方案

圖9 最終選取雙塔斜拉橋橋型方案

本項目前期在方案設(shè)計階段經(jīng)過了大量的方案比選和專家評審會，最終從景觀性、工程建設(shè)合理性、施工周期等多方面進行綜合比較，同時根據(jù)水務(wù)部門意見和規(guī)委會意見優(yōu)化橋梁橋塔造型和跨徑，最終采用75.5+183+75.5 m 雙塔斜拉橋作為本次的設(shè)計方案（見圖10）。

圖10 方案綜合比選圖

4 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 主梁

主梁采用單箱多室鋼箱梁結(jié)構(gòu),梁高2.0 m。鋼箱梁采用Q420qD 鋼材，鋼箱梁沿橋縱向分成13 個節(jié)段，考慮構(gòu)造因素，主梁劃分為A、B、C、D、E、F 共6種類型。根據(jù)受力需要，頂板在順橋向不同區(qū)段采用了20 mm、30 mm、60 mm 三種不同的厚度。底板包括水平底板和斜底板兩部分，根據(jù)受力需要，水平底板在順橋向不同區(qū)段采用了20 mm、30 mm、60 mm三種不同的鋼板厚度。頂板下設(shè)“U”型縱肋，底板上設(shè)倒“U”型和”T”型縱肋。鋼箱梁橫隔板標(biāo)準(zhǔn)間距為6 m，標(biāo)準(zhǔn)段橫隔板厚20 mm。橫隔板上以縱、橫向板式加強肋加勁，并設(shè)有過人孔。主梁與斜拉索錨固采用鋼錨箱錨固。

圖11 鋼箱梁斷面圖（單位：cm）

4.2 主塔

主塔采用圓柱形構(gòu)造，鋼塔柱采用Q420qD 鋼材高45 m（從主梁拱座頂算至塔頂），塔柱縱向從下到上共分為6 個節(jié)段，最大節(jié)段高9 m。

主塔采用外徑2.6 m 圓柱形結(jié)構(gòu)，頂部采用半球形封頂。主塔上斜拉索錨固采用鋼錨箱結(jié)構(gòu)，主塔與主梁采用固結(jié)。

圖12 主塔構(gòu)造圖（單位：mm）

4.3 拉索

全橋共設(shè)置44 對共88 根斜拉索。斜拉索采用塔柱雙索面布置，斜拉索梁端采用錨箱直接錨固于鋼箱梁內(nèi)邊腹板上，縱向索距6.5～7 m；在塔上采用鋼錨箱錨固，豎向間距2.3 m 。斜拉索單根最長約90 m，單根最大重量約6.142 t。

為了實現(xiàn)斜拉索的張拉及后期換索的方便，選用可實現(xiàn)單根張拉和單根更換的環(huán)氧涂層平行鋼絞線（外包PE 護套，外層PE 護套的顏色根據(jù)景觀設(shè)計確定。）作斜拉索，鋼絞線強度fpk=1 770 MPa。斜拉索外包HDPE 外套管。鋼絞線規(guī)格為PES.E 7-127。在斜拉索預(yù)埋管內(nèi)設(shè)有內(nèi)置減震器連接裝置。

4.4 基座

主橋下部結(jié)構(gòu)橋墩采用塔座接承臺群樁基礎(chǔ)的形式，拱座采用梯形結(jié)構(gòu)，底寬7 m，頂寬5 m，高度左右分別為1.5 m 和1.732 5 m，材料采用C40 混凝土，承臺采用矩形承臺，承臺高3 m，寬9.4 m，長28.4 m，材料采用C40 混凝土。

樁基礎(chǔ)采用群樁基礎(chǔ)，縱向2 排，橫向1 排6 根，均采用直徑2m 圓樁，材料采用C30 水下混凝土。

5 結(jié)語

本項目橋梁是一座造型獨特、景觀優(yōu)美的橋梁，作為一座拼寬橋，他不同于常規(guī)拼寬橋，不僅能在交通功能上滿足要求，同時能與周邊環(huán)境相適應(yīng)，作為該區(qū)域的標(biāo)志性景觀節(jié)點可為類似橋梁建設(shè)提供借鑒。