景觀河道橋梁結構選型分析

王紫玉

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

0 引言

隨著城市化建設的發展與推進，河道與沿河岸線的景觀標準被提升到了新的高度。橋梁作為跨越結構，在河道整體中占據了視覺中心，其節點設計成為景觀塑造的重點。如何完成橋梁結構的合理選型變得尤為關鍵。本文希望借助某工程設計實例，通過邊界條件分析，從結構選型的角度進行具體方法論述，為打造景觀河道的橋梁設計提供相應參考和樣例。

1 設計條件梳理

以某實際工程為例，從設計伊始，應對各項邊界控制條件進行梳理，完成跨河橋布設條件列舉，以支撐橋型選擇設計。

1.1 河道條件

1.1.1 河道性質

在橋梁建設前，河道已按規劃條件進行實施，同時兼有行洪、通航等需求，河道與周邊按照50 a 一遇洪水位進行設防，通航需求定義為旅游航道。

1.1.2 河道斷面

本工程河道規劃為復式斷面，設置有二級親水平臺，規劃上河口寬度為20～32 m，兩側各10 m 綠帶，如圖1 所示。

圖1 河道標準橫斷面（單位：cm）

1.2 凈空控制要求

1.2.1 河道行洪需求

首先，應根據河道規劃確定防洪標準，結合橋梁設計規范[1]要求，明確設計洪水頻率和水位高程。而后，按照選用的最高設計水位，疊加規范[1]規定的相應安全高度，確定橋下凈空控制值，見表1。本工程設計水位高程為5.58 m，如圖1 所示，結合工程條件考慮0.5 m 安全高度，最終行洪水位控制高程為6.08 m，限界范圍為河道規劃上口線以內區域。

表1 非通航河流橋下最小凈空

1.2.2 河道通航需求

除前述行洪需求水位與凈空要求外，有通航需求河道的橋下凈空，還應結合航道等級或凈空要求綜合確定。本工程通航水位為設計常水位，疊加2.5 m 的通航凈空作為控制高程，具體數值為7.58 m，限界范圍為河道中心線兩側各4 m 區域。

1.2.3 步道凈空需求

本工程河道全線設置通行步道，設置范圍均位于河道上口以內，規劃步道高程為5.38 m。根據規范[2]要求，橋梁設計應考慮橋下人行步道2.5 m 限界高度要求，通行控制高程值為7.88 m。

結合行洪凈空控制高程、通航凈空控制高程，本工程最終以最高數值的步道通行控制高程作為橋下凈空控制設計值。

1.3 城市設計要求

基于土方平衡的理念與利于地塊開發的目標，城市路網設計中各交叉口都有明確的控制性高程，由此決定了道路豎向設計應更加精細化。本工程力爭通過“合理的橋梁選型”來嚴格限定結構的高度，在滿足橋下凈空的要求的同時，為城市道路豎向設計的優化提供必要條件，避免因橋梁建設過度抬高道路高程而形成道路與地塊的階梯式高差。

1.4 相關部門要求

本工程建設前期，與水務主管部門進行了意見征詢和技術溝通，取得了不建議在河道中設置墩柱的意見要求。若必須設置，需進行相關水利計算，并實施河道補償。

2 相關應對策略

在詳盡掌握設計邊界條件要求后，還應著眼于對控制條件的梳理和剖析，盡量為橋梁布設爭取有利條件。

2.1 探究結構選型

本工程結合減小橋梁結構高度的基本要求，在主體結構材料選用上以鋼結構為主，盡量降低結構的自身厚度，但同時也應滿足檢修的需求。閉口斷面梁設計高不小于1.2 m，否則應采用開口斷面進行設計，如圖2、圖3 所示。

圖2 鋼箱梁閉口斷面（單位：cm）

圖3 鋼箱梁開口斷面（單位：cm）

2.2 選用新型材料

在橋面表層鋪裝上，可選用環氧瀝青和澆筑式瀝青等材料；在橋面整平層鋪裝上，可選用超高性能混凝土，并形成輕型組合橋梁結構。

以上材料的選擇，在保證耐久性的同時，可有效降低豎向的厚度，為縱斷設計創造有利條件。

2.3 調整道路橫坡

為滿足橋下凈空的控高要求，在縱斷設計上，除橋梁結構高度和鋪裝厚度的主要控制因素外，橫坡也是需要考量的重點要素。可通過在路段范圍設置過渡區間，將橋梁橫坡由標準路段的2%調整為1%，橋區排水以縱向排水為主，并適當增加雨水口數量。此項調整對于寬橋改善效果更為明顯。

2.4 優化結構細節

除了調整橫坡，還可以對結構自身進行優化，將箱型主梁梁底設置為水平形式，梁頂按橫坡度設置，結構橫橋向設計為變高度，以有效消除橫坡對豎向的影響，如圖4 所示。

圖4 鋼箱梁變高度設計（單位：cm）

2.5 挖掘控制要素

（1）對于行洪河道，可在上下游設置漂浮物攔截裝置。經論證后，可對安全凈空進行削減。

（2）對于通航河道，可結合后期運營策劃，對船型進行控制，對通航凈空進行優化，并可設定運營管理規定，限制可通航水位。

（3）對于橋下通行步道，可按照通道極限凈空進行控制，也可利用河道擋墻，降低橋下步道標高，滿足凈空要求，如圖5 所示。但需做好此處的排水設計。

圖5 步道與水位關系示意圖

3 結構選型分析

結合邊界控制條件分析和優化，對橋梁結構進行選型分類，得到可選用的基本橋型。

3.1 結構選型基本思路

（1）按照梳理后的邊界條件，初擬可行的結構選型以供選擇。

（2）分析各種選型的優缺點，選擇合理的結構體系。

（3）根據周邊環境，選定合理的橋型方案，并形成系統。

3.2 簡支體系

（1）橋臺設置于河道二級平臺外側，采用單跨簡支梁橋，如圖6 所示。其受力特點明確，但結構厚度相對較大，加大了與周邊道路的銜接難度，僅適用于河道寬度小于20 m 的情況。

圖6 單跨簡支梁橋橋型布置

（2）橋臺設置于河道二級平臺內側，采用多跨簡支梁橋，各跨梁高不等，如圖7 所示。后期通過外裝飾進行整體景觀打造，適用于河道寬度為20~30 m的情況。

圖7 多跨簡支梁橋橋型布置

（3）兩側采用框架橋臺，中跨為簡支梁橋，如圖8所示。與多跨簡支梁橋方案相比，橋臺處整體性剛度提高，適用于河道寬度為20~30 m 的情況。

圖8 框架橋臺+ 簡支梁橋橋型布置

結合體系選擇和邊界條件，確定此類型適宜的梁型選用表，見表2。

表2 簡支體系梁型分類

3.3 連續體系

（1）整體采用三孔閉合框架結構，在河中設置兩道側墻，如圖9 所示，有效降低了結構厚度，但加大了與周邊道路的銜接難度，僅適用于河道寬度較小的情況。

圖9 三跨閉合框架結構

（2）橋臺設置于河道二級平臺外側，中墩設置于二級平臺內側，采用三跨連續梁體系。但由于其邊跨比較不合理，邊支點將會出現負反力，不推薦采用此結構。

結合體系選擇和邊界條件，確定此類型適宜的梁型選用表，見表3。

表3 連續體系梁型分類

3.4 其他景觀類橋

對于其他特殊的結構形式，如索塔類結構，其高聳的特點與河道整體的規模尺度不匹配，并會對城市設計的天際線形成沖擊，故建議可采用如下兩種結構形式，如圖10 和圖11 所示。

圖10 其他類景觀橋橋型布置（斜腿剛構）

圖11 其他類景觀橋橋型布置（剛架拱橋）

結合體系選擇和邊界條件，確定此類型適宜的梁型選用表，見表4。

表4 其他體系梁型分類

4 橋梁選型組合應用

針對路網布設和河岸景觀，將橋梁可選結構類型進行總體策劃，具體結合區位、環境、功能定位等綜合因素，對區域內的橋梁形式進行選擇、排布并形成序列，可有助于更好地打造河道橋梁景觀，形成“一橋一景”的獨特風景。

5 結語

近年來，景觀河道上的橋梁不僅承載著功能需求，其與周邊環境和城市設計的融合也越來越被關注和重視。本文意在通過對實際工程邊界條件的梳理和挖掘，論述景觀河道的橋梁控制因素和解決對策，為后續類似片區景觀河道的橋梁設計提供分析思路。