淺談平原地區(qū)中大跨度橋梁設(shè)計

張河錦

（余姚市交通規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江 寧波 315040）

1 工程概況

余姚市陶家路江三期整治工程，是余姚市“擴大北排工程”中的重要內(nèi)容，工程南起大河門江，北至陶家路江二期起點（泗門泵站），河道寬度63～70 m不等，河道總長約5.137 km。工程建設(shè)內(nèi)容包括河道拓浚，新建堤防護(hù)岸，橋梁新建、改建，新建市政道路、景觀綠化、涵洞等和拆除重建后海舍閘。本文主要內(nèi)容為橋梁新建、改建設(shè)計方案的論述。其余不再贅述。

根據(jù)河道改造總體布置及行洪阻水分析計算的要求，該項目部分橋梁水中無法設(shè)置，要求采用一跨過河的橋梁設(shè)計方案，且需考慮與沿河的道路的平交，設(shè)計洪水位與沿岸道路的高差較小，對該項目單跨60～70 m 跨度橋梁的結(jié)構(gòu)建筑高度提出了較高的要求。其河道斷面如圖1 所示。

圖1 河道典型斷面（單位：mm）

2 橋梁設(shè)計方案構(gòu)思

2.1 橋梁設(shè)計原則

鑒于該項目河道改造的斷面及橋址處的構(gòu)造物特點，并充分考慮沿線景觀因素，該橋梁設(shè)計方案擬執(zhí)行以下設(shè)計原則[1-3]：

（1） 橋跨布置應(yīng)滿足規(guī)劃水系及現(xiàn)狀河道的通航、泄洪等要求。

（2）遵循“安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀和耐久”的建橋原則下，考慮與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)，外形美觀，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和機械化，不刻意追求新奇橋型，日后方便維修、養(yǎng)護(hù)，造價經(jīng)濟(jì)合理。

（3）應(yīng)充分考慮未來河道、地塊開發(fā)需要，預(yù)留橋下游步道通道，盡可能方便布設(shè)、預(yù)留過河管線空間。

（4）采用雙幅橋梁，二幅橋梁之間留有一定的空隙，確保施工期間不中斷交通，保證行人行車的同時，也保證橋上施工不受影響。

（5）原則采用一跨過河，盡量采用低高度梁高，方便橋頭二側(cè)接線，以及適應(yīng)平交道口的平縱線型。

2.2 橋梁設(shè)計方案的初想

在確定以上設(shè)計原則后，對于60～70 m 的單孔橋梁可采取的設(shè)計方案進(jìn)行論述。

2.2.1 系桿拱橋

系桿拱橋（此次結(jié)合項目特點以下承式系桿拱橋為例）主要由拱肋、系桿、吊桿、橫梁、橋面系組成。橋梁荷載通過橋面系傳遞至橫梁，橫梁傳遞至系桿，由系桿、吊桿與拱肋組成的組合體系共同受力，一般為單孔橋梁，形成“拱肋受壓、系桿受拉”的受力模式，是一種非常成熟的橋型，其主要構(gòu)造詳見圖2 所示。簡支單孔系桿拱合理跨徑一般在50 ～300 m。

圖2 系桿拱主要構(gòu)造示意圖

系桿拱橋具有結(jié)構(gòu)高度小、跨越能力大、景觀效果好、易于維修養(yǎng)護(hù)等優(yōu)點，是單跨橋梁的最佳橋型選擇。

2.2.2 鋼桁架梁橋

鋼桁架梁橋按照橋面位置的不同分為上承式桁架梁橋、下承式桁架梁橋、雙層桁架梁橋，其由主桁、聯(lián)結(jié)系、橋面系及橋面組成。主桁是主要承重構(gòu)件，由弦桿、腹桿組成，橋梁荷載一般先作用于縱梁，再傳遞至橫梁，然后傳遞至主桁架。簡支單孔鋼桁架梁合理跨徑一般在40 ～120 m。

鋼桁架梁橋具有建筑高度小、剛度大的優(yōu)點，但其造價較高、橋面突兀感強、后期維修養(yǎng)護(hù)較難，常用于鐵路橋梁、人行天橋中，公路橋中也有少量采用。

2.2.3 門式剛架梁橋

單跨門式剛架梁橋是橋臺背面承受土壓力，橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)剛結(jié)在一起，由于其結(jié)構(gòu)特性，是一種省去支座和伸縮裝置的單跨框架橋梁形式，其立面構(gòu)造詳見圖3 所示。由于簡支單孔門式剛架梁橋合理跨徑一般在10 ～65 m，一般斜交角度宜超過75°。

圖3 門式鋼架立面示意圖（單位：cm）

門式剛架梁橋因上下部都需要在現(xiàn)場搭設(shè)支架施工，主要適用于地質(zhì)條件較好，跨徑較小的單孔橋梁中，其具有后期養(yǎng)護(hù)部位少（無支座及伸縮縫）、橋面平順、造價較低等優(yōu)點。

2.2.4 斜腿剛構(gòu)梁橋

單斜腿剛構(gòu)橋的壓力線和拱相似，彎矩比門式剛架小，主梁跨徑縮短，梁高相對簡支梁較小，支承反力有所增加。合理跨徑一般在40～200 m。

斜腿剛構(gòu)外形尺寸小，橋下凈空大，橋下視野開闊，混凝土用量少；但鋼筋的用量較多，斜腿伸入水中存在一定的阻水。從橋梁美學(xué)方面來說，在視覺上結(jié)構(gòu)輕盈、造型美觀，適合跨路、跨越深溝的橋梁，其立面構(gòu)造詳見圖4 所示。

圖4 斜腿剛構(gòu)立面示意圖（單位：cm）

2.2.5 無背索斜拉橋

無背索斜拉橋是對常規(guī)斜拉橋造型的突破，無背索后傾的塔身形狀表現(xiàn)出相對纖細(xì)的橋面強大穩(wěn)固支撐的力量感，給人醒目深刻的感受。與常規(guī)斜拉橋不同，無背索斜拉橋橋塔僅有單側(cè)索，橋塔的受力表現(xiàn)為在斜拉索索力及自身重力作用下的懸臂梁。為了確保主塔處于良好的受力狀態(tài)，無背索斜拉橋的塔身一般都設(shè)計成傾斜的，依靠塔身的自重力矩來平衡斜拉索的傾覆力矩，因此組成了梁塔結(jié)構(gòu)的平衡體系。合理跨徑一般在50～200 m。

無背索斜拉橋造型美觀大氣，建筑高度可以得到較好的控制，同時也存在造價較高，施工難度大等問題，目前國內(nèi)外已建成較多類似橋梁，由于其易成為地方標(biāo)志性建筑，一般為城市景觀要求高時使用。

3 橋梁設(shè)計方案比選

根據(jù)該項目的河道改造情況，3 種橋梁方案的跨徑均在70 m 左右，斜交角度為5°～15°不等。目前對于L=70 m 左右跨徑的單孔跨徑橋梁可選的形式有系桿拱、鋼桁架梁橋、門式剛架、斜腿剛構(gòu)、無背索斜拉橋等幾種結(jié)構(gòu)形式。結(jié)合上述方案的介紹，對以上幾種橋梁的設(shè)計方案進(jìn)行匯總分析，詳見表1、表2所列。

表1 單孔中大跨度橋梁方案比選表

表2 單孔中大跨度橋梁建筑高度對比表

從以上比選綜合考慮，系桿拱是此類橋梁方案中最優(yōu)的方案，鋼桁架梁其次，但考慮到系桿拱近年來所呈現(xiàn)的病害看，需優(yōu)先考慮采用剛性系拱；從施工難易程度看，由于此類橋址環(huán)境橋下凈空尺寸小，若大量采用支架現(xiàn)澆會造成后期支架基礎(chǔ)不便拆除，增加施工措施成本，應(yīng)盡可能地減少支架現(xiàn)澆工程量。為此，采用工程預(yù)制，現(xiàn)場拼裝的鋼桁架橋梁較有優(yōu)勢。

橋型方案的選擇，往往取決于橋址環(huán)境，故在方案的擬定時應(yīng)對現(xiàn)場進(jìn)行充分的勘察，注重施工的可操作性和后期的養(yǎng)護(hù)難易程度，這樣才能選擇最適合平原地區(qū)中大跨度的橋梁方案。

4 結(jié)語

對于單孔中大跨度（約50～100 m）的橋梁方案選擇，應(yīng)首先考慮的是橋址環(huán)境。橋址環(huán)境往往對結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)高度有較高的限制要求，如筆者所論述的項目，沿河有被交道路和房屋，若結(jié)構(gòu)高度不加以控制，將會導(dǎo)致橋頭交叉口范圍存在較大的抬高，對交叉口區(qū)域周邊的道路接坡范圍及拆遷量影響巨大。同時，若有多座橋梁時還需考慮全縣的景觀協(xié)調(diào)配合。因此，只有對現(xiàn)場環(huán)境充分掌握，方能做好最優(yōu)的橋型方案比選。