景觀河道橋梁結(jié)構(gòu)選型分析

王紫玉

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市 100082）

0 引言

隨著城市化建設(shè)的發(fā)展與推進(jìn)，河道與沿河岸線的景觀標(biāo)準(zhǔn)被提升到了新的高度。橋梁作為跨越結(jié)構(gòu)，在河道整體中占據(jù)了視覺中心，其節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)成為景觀塑造的重點(diǎn)。如何完成橋梁結(jié)構(gòu)的合理選型變得尤為關(guān)鍵。本文希望借助某工程設(shè)計(jì)實(shí)例，通過邊界條件分析，從結(jié)構(gòu)選型的角度進(jìn)行具體方法論述，為打造景觀河道的橋梁設(shè)計(jì)提供相應(yīng)參考和樣例。

1 設(shè)計(jì)條件梳理

以某實(shí)際工程為例，從設(shè)計(jì)伊始，應(yīng)對(duì)各項(xiàng)邊界控制條件進(jìn)行梳理，完成跨河橋布設(shè)條件列舉，以支撐橋型選擇設(shè)計(jì)。

1.1 河道條件

1.1.1 河道性質(zhì)

在橋梁建設(shè)前，河道已按規(guī)劃條件進(jìn)行實(shí)施，同時(shí)兼有行洪、通航等需求，河道與周邊按照50 a 一遇洪水位進(jìn)行設(shè)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(guī)劃為復(fù)式斷面，設(shè)置有二級(jí)親水平臺(tái)，規(guī)劃上河口寬度為20～32 m，兩側(cè)各10 m 綠帶，如圖1 所示。

圖1 河道標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)根據(jù)河道規(guī)劃確定防洪標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[1]要求，明確設(shè)計(jì)洪水頻率和水位高程。而后，按照選用的最高設(shè)計(jì)水位，疊加規(guī)范[1]規(guī)定的相應(yīng)安全高度，確定橋下凈空控制值，見表1。本工程設(shè)計(jì)水位高程為5.58 m，如圖1 所示，結(jié)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(guī)劃上口線以內(nèi)區(qū)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(yīng)結(jié)合航道等級(jí)或凈空要求綜合確定。本工程通航水位為設(shè)計(jì)常水位，疊加2.5 m 的通航凈空作為控制高程，具體數(shù)值為7.58 m，限界范圍為河道中心線兩側(cè)各4 m 區(qū)域。

1.2.3 步道凈空需求

本工程河道全線設(shè)置通行步道，設(shè)置范圍均位于河道上口以內(nèi)，規(guī)劃步道高程為5.38 m。根據(jù)規(guī)范[2]要求，橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)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(jié)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(shù)值的步道通行控制高程作為橋下凈空控制設(shè)計(jì)值。

1.3 城市設(shè)計(jì)要求

基于土方平衡的理念與利于地塊開發(fā)的目標(biāo)，城市路網(wǎng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)應(yīng)更加精細(xì)化。本工程力爭(zhēng)通過“合理的橋梁選型”來嚴(yán)格限定結(jié)構(gòu)的高度，在滿足橋下凈空的要求的同時(shí)，為城市道路豎向設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供必要條件，避免因橋梁建設(shè)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(guān)部門要求

本工程建設(shè)前期，與水務(wù)主管部門進(jìn)行了意見征詢和技術(shù)溝通，取得了不建議在河道中設(shè)置墩柱的意見要求。若必須設(shè)置，需進(jìn)行相關(guān)水利計(jì)算，并實(shí)施河道補(bǔ)償。

2 相關(guān)應(yīng)對(duì)策略

在詳盡掌握設(shè)計(jì)邊界條件要求后，還應(yīng)著眼于對(duì)控制條件的梳理和剖析，盡量為橋梁布設(shè)爭(zhēng)取有利條件。

2.1 探究結(jié)構(gòu)選型

本工程結(jié)合減小橋梁結(jié)構(gòu)高度的基本要求，在主體結(jié)構(gòu)材料選用上以鋼結(jié)構(gòu)為主，盡量降低結(jié)構(gòu)的自身厚度，但同時(shí)也應(yīng)滿足檢修的需求。閉口斷面梁設(shè)計(jì)高不小于1.2 m，否則應(yīng)采用開口斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(huán)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(jié)構(gòu)。

以上材料的選擇，在保證耐久性的同時(shí)，可有效降低豎向的厚度，為縱斷設(shè)計(jì)創(chuàng)造有利條件。

2.3 調(diào)整道路橫坡

為滿足橋下凈空的控高要求，在縱斷設(shè)計(jì)上，除橋梁結(jié)構(gòu)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(diǎn)要素。可通過在路段范圍設(shè)置過渡區(qū)間，將橋梁橫坡由標(biāo)準(zhǔn)路段的2%調(diào)整為1%，橋區(qū)排水以縱向排水為主，并適當(dāng)增加雨水口數(shù)量。此項(xiàng)調(diào)整對(duì)于寬橋改善效果更為明顯。

2.4 優(yōu)化結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)

除了調(diào)整橫坡，還可以對(duì)結(jié)構(gòu)自身進(jìn)行優(yōu)化，將箱型主梁梁底設(shè)置為水平形式，梁頂按橫坡度設(shè)置，結(jié)構(gòu)橫橋向設(shè)計(jì)為變高度，以有效消除橫坡對(duì)豎向的影響，如圖4 所示。

圖4 鋼箱梁變高度設(shè)計(jì)（單位：cm）

2.5 挖掘控制要素

（1）對(duì)于行洪河道，可在上下游設(shè)置漂浮物攔截裝置。經(jīng)論證后，可對(duì)安全凈空進(jìn)行削減。

（2）對(duì)于通航河道，可結(jié)合后期運(yùn)營(yíng)策劃，對(duì)船型進(jìn)行控制，對(duì)通航凈空進(jìn)行優(yōu)化，并可設(shè)定運(yùn)營(yíng)管理規(guī)定，限制可通航水位。

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

圖5 步道與水位關(guān)系示意圖

3 結(jié)構(gòu)選型分析

結(jié)合邊界控制條件分析和優(yōu)化，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型分類，得到可選用的基本橋型。

3.1 結(jié)構(gòu)選型基本思路

（1）按照梳理后的邊界條件，初擬可行的結(jié)構(gòu)選型以供選擇。

（2）分析各種選型的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合理的結(jié)構(gòu)體系。

（3）根據(jù)周邊環(huán)境，選定合理的橋型方案，并形成系統(tǒng)。

3.2 簡(jiǎn)支體系

（1）橋臺(tái)設(shè)置于河道二級(jí)平臺(tái)外側(cè)，采用單跨簡(jiǎn)支梁橋，如圖6 所示。其受力特點(diǎn)明確，但結(jié)構(gòu)厚度相對(duì)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(jiǎn)支梁橋橋型布置

（2）橋臺(tái)設(shè)置于河道二級(jí)平臺(tái)內(nèi)側(cè)，采用多跨簡(jiǎn)支梁橋，各跨梁高不等，如圖7 所示。后期通過外裝飾進(jìn)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(jiǎn)支梁橋橋型布置

（3）兩側(cè)采用框架橋臺(tái)，中跨為簡(jiǎn)支梁橋，如圖8所示。與多跨簡(jiǎn)支梁橋方案相比，橋臺(tái)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(tái)+ 簡(jiǎn)支梁橋橋型布置

結(jié)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(jiǎn)支體系梁型分類

3.3 連續(xù)體系

（1）整體采用三孔閉合框架結(jié)構(gòu)，在河中設(shè)置兩道側(cè)墻，如圖9 所示，有效降低了結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

（2）橋臺(tái)設(shè)置于河道二級(jí)平臺(tái)外側(cè)，中墩設(shè)置于二級(jí)平臺(tái)內(nèi)側(cè)，采用三跨連續(xù)梁體系。但由于其邊跨比較不合理，邊支點(diǎn)將會(huì)出現(xiàn)負(fù)反力，不推薦采用此結(jié)構(gòu)。

結(jié)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(xù)體系梁型分類

3.4 其他景觀類橋

對(duì)于其他特殊的結(jié)構(gòu)形式，如索塔類結(jié)構(gòu)，其高聳的特點(diǎn)與河道整體的規(guī)模尺度不匹配，并會(huì)對(duì)城市設(shè)計(jì)的天際線形成沖擊，故建議可采用如下兩種結(jié)構(gòu)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(gòu)）

圖11 其他類景觀橋橋型布置（剛架拱橋）

結(jié)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(yīng)用

針對(duì)路網(wǎng)布設(shè)和河岸景觀，將橋梁可選結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行總體策劃，具體結(jié)合區(qū)位、環(huán)境、功能定位等綜合因素，對(duì)區(qū)域內(nèi)的橋梁形式進(jìn)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(dú)特風(fēng)景。

5 結(jié)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(huán)境和城市設(shè)計(jì)的融合也越來越被關(guān)注和重視。本文意在通過對(duì)實(shí)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(duì)策，為后續(xù)類似片區(qū)景觀河道的橋梁設(shè)計(jì)提供分析思路。