寶雞市陳倉渭河大橋工程設(shè)計

柳建設(shè)，孫虎平，吳 振

（西安市政設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710068）

0 引言

寶雞市陳倉渭河大橋橋梁全長1 007.5 m，其中，河道內(nèi)主橋為7×60 m 預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁，連接主橋跨越南側(cè)堤頂路采用（40.5+56.5+42）m，北側(cè)堤頂路采用（42+66+51）m 等截面連續(xù)鋼箱梁，河道以外引橋部分為32 m 預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)梁。作為典型市政工程，該工程復(fù)雜，限制因素多，功能需求高。在解決基本交通問題的條件下，如何平衡各種交通需求并將功能最大化？隨著城市的飛躍發(fā)展，特別是高速公路臨近城市，如何解決老城區(qū)跨越高速路發(fā)展帶來的交通問題？在各種橋梁方案層出不窮的時代，什么樣的橋梁方案既能達到景觀效果好，適合橋位自然條件，又能提高城市辨識度？在解決這些問題過程中，該工程提供了一些新的嘗試。

1 設(shè)計標準

（1）道路等級：城市次干路。

（2）設(shè)計速度：主路為40 km/h。

（3）橋梁汽車荷載等級：城-A 級。

（4）主線橋橋面寬度：渭河河道以外，橋面寬24.5 m，雙向4 車道+非機動車道；跨越濱河南路、渭河南北側(cè)堤頂路、濱河北路、渭河河道內(nèi)，橋面寬28.0 m，雙向4 車道+非機動車道+人行道。

（5）河道通航：季節(jié)性河流，無通航要求。

2 線位選擇

工程道路總長1.9 km，由南向北與總計八條道路相交，如圖1 所示。其中，一條為國道主干線高速公路（G 30，連霍高速），現(xiàn)狀交通復(fù)雜，渭河南岸與北岸道路路網(wǎng)規(guī)劃不協(xié)調(diào)。橋位附近有一道城市主干供水管道，地下管線眾多。該工程線位選擇時，主動與規(guī)劃部門溝通，針對渭河南北兩岸路網(wǎng)規(guī)劃不協(xié)調(diào)的問題，提出在渭河南岸區(qū)域增設(shè)一條新通道，使橋位基本和渭河正交，滿足了防洪需要，降低了工程造價。該方案在評審時，獲得了規(guī)劃部門的肯定，給工程后期建設(shè)減少了困難，提供了較大的主動性。

圖1 項目平面圖

3 交通組織設(shè)計

交通方案總體設(shè)計時，分清主次，近遠結(jié)合，避免多路交叉帶來的交通混亂問題。綜合分析各條道路的交通量和需求，逐個研究與該工程的連接方案，總體控制主要交通流向，兼顧部分道路的特殊需求。該工程主要目的是解決南北向的連通問題，故在交通方案設(shè)計時抓住這一主要矛盾，逐個分析8 條相交道路的性質(zhì)、等級、交通量，南岸的高新大道、濱河南路和北岸的南環(huán)路為該地區(qū)的主干路，交通量大，陳倉大道向南截止至高新大道，向北尚可繼續(xù)延伸。經(jīng)綜合分析，陳倉渭河大橋工程主線與高新大道、南環(huán)路為平面交叉；與其他道路均采用分離式立交（見圖1），在濱河南路處利用河堤放坡平面位置設(shè)置兩個上下右轉(zhuǎn)匝道；主線人行道在跨越渭河后，在濱河南路南側(cè)、濱河北路北側(cè)人行道上，設(shè)置樓梯梁落地，避免行人下橋后與輔道交通的互相干擾，提高了行人通行的安全性。

連霍高速（西安—寶雞段）修建于1992年，到目前為止已通車運營25年。該高速路為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻，原來位于高速路北側(cè)的寶雞市主城區(qū)已經(jīng)拓展到了南側(cè)。項目前期方案論證階段，通過調(diào)查高速規(guī)劃路網(wǎng)資料，發(fā)現(xiàn)新路網(wǎng)已對該段線路進行了調(diào)整，新線路避開了主城區(qū)。但新線尚未修建，近期高速路與市政道路連通較困難，且收費系統(tǒng)的存在影響著道路的充分利用。故該項目提出近期與連霍高速公路采用分離式立交，將現(xiàn)狀連霍高速公路高路堤改造為橋梁，陳倉大道下穿連霍高速，并預(yù)留立交改造條件。遠期待新的連霍高速繞寶雞市城區(qū)段建成后，將原有的連霍高速寶雞市城區(qū)段改造為城市快速路，同時將該節(jié)點改為互通式立交（見圖1）。

4 橋梁方案設(shè)計

橋梁方案首先需滿足安全和適用性[1]，跨河橋梁首要滿足通行和防洪需求。防洪審批報告提出了三點要求：河道中主橋跨徑必須以大于等于60 m 布置；跨越河堤的橋孔必須一孔跨越,不少于55 m；橋梁跨越堤頂路凈高應(yīng)大于4.5 m，滿足防洪搶險車輛通過的需求。其次，應(yīng)關(guān)注橋梁的經(jīng)濟性，控制橋梁的總體規(guī)模，在滿足基本功能的前提下，不宜僅考慮某一方面的因素（如景觀）而隨意增大跨徑。該工程受河堤以外相交道路間距較短限制，必須盡快落地，否則下穿連霍高速凈空不滿足要求，若上跨連霍高速將極大地提高工程費用。最后作為城市橋梁，橋梁的景觀性要求高，橋梁方案需要一定的創(chuàng)新性，但創(chuàng)新不等于刻意追求“奇”與“異”[2]，近年來各地出現(xiàn)的少數(shù)明顯違背結(jié)構(gòu)力學(xué)原則的橋梁結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)致施工困難，建設(shè)、養(yǎng)護成本大幅增加，方案設(shè)計應(yīng)避免這種一味追求“吸引眼球”的做法。

渭河河道在橋位處總寬約500 m，河堤頂高出河底10～11 m，河道以外渭河一級階地，地勢平坦，平均高出河底5～6 m，如圖2 所示。綜合考慮安全、適用、經(jīng)濟、美觀這四個重點因素，結(jié)合工程所在場地條件，認為橋梁跨渭河段橋面高度約20 m 左右最適宜，既達到了防洪需求，又能滿足與各相交道路的交叉要求。河道中橋梁跨徑宜控制在60～200 m 之間，跨徑過大會導(dǎo)致景觀協(xié)調(diào)性較差。橋梁結(jié)構(gòu)形式可采用梁橋、拱橋、斜拉橋和組合結(jié)構(gòu)，從施工方便性、節(jié)省后期維護費用、經(jīng)濟性方面考慮，梁橋應(yīng)當(dāng)作為該橋的優(yōu)選結(jié)構(gòu)形式。

圖2 橋梁總體立面布置圖（單位：m）

當(dāng)然，傳統(tǒng)的梁橋顯然是無法達到人們不斷提高的審美要求。過去30年是我國橋梁建設(shè)水平高速發(fā)展的時代，大部分橋梁設(shè)計的重點放在了功能上，橋梁美學(xué)、景觀設(shè)計上重視不夠。該工程設(shè)計時，對橋梁建筑進行了專業(yè)設(shè)計，由建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)共同商討橋梁的總體方案和細部設(shè)計，最終確定了該工程橋梁方案。橋梁跨渭河段主橋結(jié)構(gòu)為7 孔60 m 變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋（見圖2、圖3），方案思路來源為典故“明修棧道，暗度陳倉”。該工程位于典故的發(fā)生地，以變截面連續(xù)梁表現(xiàn)古代城墻造型，橋梁墩柱橫向外伸出梁體寬度，向上延伸至橋面，上設(shè)小亭樓，靠近堤岸的橋墩位置布置兩座闕樓，營造出“一夫當(dāng)關(guān)萬夫莫開”的氣勢（見圖4）。橋梁建筑整體以“秦風(fēng)古韻”為風(fēng)格，欄桿采用仿古欄桿，結(jié)構(gòu)外露面裝飾為磚石結(jié)構(gòu)外表。變截面連續(xù)梁優(yōu)美的線型連綿起伏，兩座闕樓和橋墩的特殊設(shè)計增加整個結(jié)構(gòu)古樸厚重感（見圖5）。

圖3 橋梁總體效果鳥瞰圖

圖4 6、13 號墩位置橫斷面圖（單位：cm）

圖5 7-12 號墩位置橫斷面圖（單位：cm）

5 橋梁設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

5.1 長聯(lián)橋梁

防洪審批報告要求中渭河主河道中橋梁跨徑需按不小于60 m 布置，為了保持橋梁線型的連續(xù)性，將河道中7 孔設(shè)計為一聯(lián)橋梁，導(dǎo)致該聯(lián)長度達到了420 m（見圖2），同時邊孔60 m 成為該聯(lián)的控制孔，受力最不利。有別于常規(guī)60 m 跨徑連續(xù)梁，為了滿足邊孔受力需求，將主梁高度適當(dāng)進行加高，箱梁根部梁高4.5 m，跨中梁高2.4 m。箱梁高度按1.7 次拋物線變化，增大了曲線的變化率，也較符合整體厚重的景觀效果。箱梁單側(cè)懸臂長度2.0 m。箱梁頂板厚度0.25 m，底板厚度0.25～0.7 m，腹板厚度0.5～0.85 m。合龍溫度按15℃控制，經(jīng)計算，總體升、降溫導(dǎo)致梁端變形±46 mm；主梁采用C 50 混凝土，適當(dāng)延長加載齡期至14 d，將全聯(lián)分為三段在支架上分別澆筑，在第三、第五孔跨中設(shè)置合攏段，合攏段采用C 50 微膨脹混凝土，以減小收縮徐變導(dǎo)致的梁端變形，同時采用長、短預(yù)應(yīng)力鋼束結(jié)合的技術(shù)，解決了懸澆法工期長和整體一次澆筑預(yù)應(yīng)力連續(xù)張拉的問題。在支座選型上，采用減隔震支座，配合鋼阻尼件的運用，將全聯(lián)的地震力盡量均勻分配，消耗地震能量，應(yīng)對高烈度地區(qū)地震力較大的難題。同時有意選用變形能力較大的支座，加大伸縮縫型號，來滿足溫度、收縮徐變形，以及地震變形的需求。

5.2 異形分叉梁結(jié)構(gòu)

南側(cè)河堤處根據(jù)交通轉(zhuǎn)換需求，需要設(shè)置兩個右轉(zhuǎn)匝道，受平面位置限制，只能將此處河堤進行改造，改為直立擋墻河堤，匝道占用河堤邊坡的平面位置，又由于防洪審批報告要求河堤頂和內(nèi)側(cè)不允許設(shè)置橋墩，導(dǎo)致匝道的接口位置正好位于跨越河堤橋孔的跨中，如圖6 所示。

圖6 異形分叉梁結(jié)構(gòu)平面圖（單位：m）

鑒于橋梁跨中接匝道岔口的設(shè)計國內(nèi)尚未查到有關(guān)經(jīng)驗，經(jīng)多方面論證，該工程在跨越河堤處橋梁采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，利用鋼結(jié)構(gòu)各向同性的優(yōu)點來解決異形分叉梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形復(fù)雜技術(shù)難題。同時，該處建筑高度由3.6 m 混凝土梁變?yōu)?.3 m 的鋼箱梁，有效地降低了結(jié)構(gòu)高度，為橋梁跨越渭河后盡快與地面道路相接提供了有利條件。經(jīng)總體模型分析，結(jié)構(gòu)各項指標滿足規(guī)范要求，鋼箱梁頂?shù)装鍛?yīng)力圖見圖7、圖8 所示。結(jié)構(gòu)整體變形較協(xié)調(diào)，基本符合梁結(jié)構(gòu)受力特點，匝道引出部分受力較復(fù)雜，受彎、剪、扭共同作用，正負彎矩區(qū)域區(qū)分不明顯。

圖7 鋼箱梁頂板應(yīng)力圖

圖8 鋼箱梁底板應(yīng)力圖

6 結(jié)語

（1）該項目前期方案階段，通過跟規(guī)劃部門溝通協(xié)商，征得規(guī)劃部門的同意后，對橋梁線位進行了調(diào)整，為后期設(shè)計和施工提供了較大的主動性。城市橋梁需考慮的問題多，限制因素多。前期方案設(shè)計調(diào)查工作很重要，需綜合考慮各方面因素，宜盡量避開不利條件，從而為后期工程建設(shè)創(chuàng)造有利條件。

（2）隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，高速路穿城而過的這種現(xiàn)象越來越多，對高速路汽車安全行駛不利，高速路對城市的環(huán)境影響也越來越大，市政道路與高速公路的交叉問題越來越較難解決，工程費用高。該工程提出的利用高速路改線契機，將現(xiàn)狀高速路改造為城市快速路的思路，能有效地改善城市交通布局。該方案，可供有類似問題的城市規(guī)劃部門參考。

（3）橋梁方案多種多樣，我國目前建成的橋梁已經(jīng)幾乎囊括了所有的橋梁形式。橋梁方案創(chuàng)新性是其中一個比較重要的焦點，但方案設(shè)計不能一味地追求高、大、上，不能動不動就提出斜拉橋、懸索橋方案，還要看橋梁的功能是否需要較大的跨徑，橋梁跨徑是否跟現(xiàn)狀地形地貌協(xié)調(diào)，經(jīng)濟指標怎么樣？景觀效果不能片面地追求“新”、“奇”、“異”[2]。該工程在原有傳統(tǒng)橋梁的基礎(chǔ)上進行景觀提升改造的設(shè)計思路，增添了具有中國特色元素的建筑，為橋梁設(shè)計人員提供了一條新思路。同時在設(shè)計時，深刻認識到應(yīng)該把橋梁景觀設(shè)計作為一個專業(yè)認真對待，借鑒建筑設(shè)計的經(jīng)驗，注重橋梁景觀設(shè)計，建造美麗橋梁[2]。