惠州市鵝城大橋總體設計及創新

趙佳男，曲 慧，夏 洪

[1.同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092；2.湖北建科國際工程有限公司惠州分公司，廣東 惠州 516002]

1 工程概況

鵝城大橋主線橋梁全長1 119.5 m，位于廣東省惠州市隆生大橋下游0.9 km，東江大橋上游1.3 km，距下游新開河與東江匯流口約0.5 km，距下游惠州東江水利樞紐約16 km。主橋長460 m，北引橋長240 m，南引橋長419.5 m。鵝城大橋設計在惠州市城市總體規劃、“豐”字交通主框架總體布局規劃的指導下完成。鵝城大橋作為一座加密橋梁，功能定位為兼具交通和凸顯景觀功能的城市主干路橋梁。主線采用雙向6 車道，設計速度為50 km/h，主橋兩側分別設置3 m 非機動車道和2 m 人行道。

大橋所處東江河段，在天然節點及人工護岸等條件下，該河段河槽平面位置基本穩定，東側為現狀航道水域，西側為未來擴容航道水域，橋址區河段水位平穩，常水位為11.5 m，現狀河床底標高約0.025 m，水深最深為11.475 m。

東江在鵝城大橋段規劃為內河Ⅲ級航道，單通航孔布置，采用單孔雙向通航。單個通航孔凈寬尺度Bm≥145，通航凈高Hm≥10 m，最高設計通航水位17.16 m，最低設計通航水位9.24 m。通航孔代表船型為1 000 t 級貨船，同時按照提升一級設防，通航孔兩側橋墩按照不低于2 000 t 級船舶撞擊力進行設計。其余水中橋墩根據水深能夠通行的船舶進行設防，所有水中墩均布置防船撞裝置。

大橋設計基本風速W1 作用U10= 28.9 m/s，W2作用U10= 34.5 m/s。橋址區工程地質場地穩定，新構造運動較弱，全新活動斷裂未進入橋位。基巖為微風化泥質砂礫巖，埋深在50 m 以下,上層為中風化泥質砂礫巖，中風化層中存在反復夾層，為全風化泥質砂礫巖，河槽內覆蓋層主要為粉質黏土、粗砂、圓礫、卵石。地震基本烈度為6 度, 地震基本加速度峰值為0.05g，場地類別為II 類，抗震設防分類為甲類，采用基于性能的兩水準，兩階段減隔震設計方法，E1 地震作用重現期為475 a，E2 地震作用重現期為2 000 a。

2 主橋景觀設計特點

主橋方案以東江之“水”、惠州之“鵝”為主要元素進行演繹設計。空間拱肋和中心塔整體感觀優美簡潔，細部構造刻畫傳神，再配合放射性拉開的吊桿索面，形象地勾勒出天鵝曼妙的身姿。

主橋方案造型呼應了“鵝城”的千年美稱。拱肋將天鵝雙翼的美麗形態凝固下來，富有張力的造型呈現出一種蓄勢待發的靜態美和一種平衡的力量感。空間拱肋之間通過陣列有序的風撐桿件相連，配合以散射布置的吊桿，在精細雕刻天鵝翅膀形態的同時，進一步增強了全橋的層次感。

景觀視點方面，橋位處水域開闊，具有多角度良好的景觀視野，可以全方位展現橋梁方案的不同立面形態。橋梁建成后將成為區域重要的景觀建筑。

遠眺，由橋塔和拱肋勾勒出的天鵝造型，猶如兩只美麗的天鵝在東江上曲頸游曳，在寧靜的江面上，姿態輕盈優美，為東江增添了獨特的美麗情調。

近觀，由空間拱肋和風撐描畫出的天鵝羽毛潔白如雪，為山水優美的惠州增加了生機與活力。天鵝的造型使橋塔簡潔現代，富有動態感，展現了惠州和諧的生態環境。圖1 為鵝城大橋效果圖。

圖1 鵝城大橋景觀效果圖

3 橋長及橋跨跨徑布置

橋梁跨徑布置應根據橋梁建設條件和功能景觀需求合理確定。橋墩位置和橋梁跨徑布置需要考慮現狀河床斷面情況和堤壩環境，滿足防洪水利影響、水上航道等級要求及周邊道路要求。同時，在結構受力合理、滿足自身功能的前提下，還要考慮橋面的舒適性、橋梁景觀性、橋梁跨度的經濟性等多因素[1-2]。

3.1 通航孔位置需滿足“巷道效應”影響

由于主橋橋位上下游1 km 范圍內均有現狀橋梁，考慮本橋位新建橋梁后，與上下游兩座橋梁將一起形成“巷道效應”，為了保障通航條件的順暢和安全，橋梁采用單孔雙向通航方案，并與上下游橋梁通航孔對應布置。

首先，要保證鵝城大橋主橋的通航孔與上游隆生大橋（40 m+185 m+40 m 中承式系桿拱橋）的通航孔對應布置，因此確定了主橋中墩的布置位置；其次，橋位下游的東江大橋為多孔上承式拱橋（7 孔凈跨75 m），考慮船舶通行時航道的順暢，需要開辟東江大橋第二孔為通航孔，滿足通航條件。

3.2 主跨跨徑需滿足東江III 級航道要求

鵝城大橋橋軸線法線方向與水流流向交角為4°，設單孔雙向通航，通航凈寬不小于145 m，橋梁通航凈空尺度滿足III 級航道要求。為遠期航道發展和船舶航運預留提升空間，與航道部門最終確定本次主橋單跨基本跨徑為180 m，并留兩個主跨為180 m的通航孔。東側180 m 橋跨作為現階段使用通航孔，西側180 m 橋跨作為未來可能擴容的預留通航孔。鵝城大橋主橋通航孔布置見圖2。

圖2 鵝城大橋主橋通航孔布置示意圖

3.3 主橋剛度、結構受力和景觀造型因素

主橋跨徑布置為50 m+180 m+180 m+50 m，在主跨180 m 兩側分別布置一個50 m 邊跨。通過計算分析，50 m 邊跨的設置，有效提高拱跨剛度約21%。由于邊跨的平衡作用，主橋180 m 拱跨總體受力更加有利，同時主橋邊跨跨徑與引橋協調統一，確定引橋與主橋銜接范圍基本跨徑為50 m 左右。

主橋景觀造型是本項目的一個設計亮點和重點。拱肋尾部的鋼結構是展現造型方案美學創意的重要手段。拱肋尾部布置在50 m 邊跨范圍上，如果邊跨與主跨主梁結構連續，那么拱肋造型更容易處理，且主橋的主梁與拱肋均采用鋼結構，拱肋與主梁的材料質感相同，景觀上更為順暢。

3.4 引橋跨徑布置受水利防洪和經濟性影響

常水位下，橋位處東江河面寬度約為620 m，為盡量減少大堤內橋墩數量，減少橋墩阻水面積，降低阻水率，盡可能縮短橋梁總體長度，節約造價。南北兩岸引橋采用多跨連續梁橋跨越兩岸大堤和江濱路：引橋基本跨徑與主橋邊跨匹配，采用基本跨徑為50 m 左右；北引橋跨徑布置為3×46.5 m+2×47.75 m；南引橋跨徑布置為51.5 m+52 m+51.5 m+3×46.5 m。南引橋大堤以外范圍，由于不受阻水率限制，綜合考慮結構經濟性，橋梁跨徑布置為4×30 m。鵝城大橋全橋橋梁跨徑布置見圖3。

圖3 鵝城大橋縱斷及跨徑布置圖（單位：m）

4 通航孔主橋總體設計

鵝城大橋通航孔主橋跨徑布置為50 m+180 m+180 m+50 m，總長460 m，采用4 跨連續斜跨空間異型系桿拱橋方案[3-4]，橋面標準斷面寬度為45 m，邊拱腳橋面人非繞拱腳外側，橋面加寬為49.5 m。主橋標準段橋寬為45 m，橋面布置為：2 m（人行道）+3 m（非機動車道）+2.5 m（拉索區）+0.5 m（邊防撞護欄）+11.75 m（機動車道）+0.5 m（邊防撞護欄）+4.5 m（中央拱區）+0.5 m（邊防撞護欄）+11.75 m（機動車道）+0.5 m（邊防撞護欄）+2.5 m（拉索區）+3 m（非機動車道）+2 m（人行道）=45 m。

鋼梁鋼拱結構，拱梁固結、墩梁分離體系，中間鵝塔采用鋼塔與主梁固結。全橋采用減隔震設計。鵝城大橋主橋橋型布置見圖4。

圖4 鵝城大橋主橋橋型布置圖（單位：m）

4.1 主梁設計

主梁采用正交異性鋼橋面板分離式多片梁結構，主梁中心梁高為3.5 m；拱跨標準段采用分離式雙小邊箱+ 雙工字梁結構，橫向采用箱型橫梁連接，頂板鏤空；梁跨標準段采用半封閉雙小邊箱結構，采用倒T 形橫梁連接；中拱腳和邊拱腳拱梁固結區和梁跨邊支點均采用全封閉整箱結構[5]。主梁平面布置如圖5 所示。

圖5 主梁平面布置圖（單位：m）

拱跨范圍內，雙分離小邊箱外側腹板為斜腹板，內側腹板采用直腹板，小邊箱頂寬為4.406 m，底寬為4.994 m，中間兩片工字梁腹板間距為3.96 m，箱型橫梁布置間距為9 m，與梁上吊索錨點相對應，吊索錨固在小邊箱的外側斜腹板上；拱跨范圍內，小邊箱與工字梁之間凈距為10.274 m，梁跨范圍內兩小邊箱之間的凈距為24.5 m，倒T 形橫梁布置間距為3 m，主梁采用Q345qD 橋梁結構鋼。主梁橫斷面布置見圖6。

圖6 主橋橫斷面布置（單位：m）

4.2 拱肋系統

拱肋由五大系統組成，包括主拱肋、副拱肋、主副拱肋之間的斜桿、兩副拱之間的曲桿以及曲桿之間的水平拉索等構件。拱肋系統和鵝塔采用Q345qD橋梁結構鋼。

主拱肋為4 根空間斜跨偏態拱肋，副拱肋為空間曲面拱肋，主副拱均采用八邊形斷面，斜桿和曲桿均采用四邊形斷面，在曲桿之間通過張拉柔性拉索來提供曲桿的面內剛度。鵝塔采用平面曲線塔柱，鵝塔截面采用八邊形截面。

4.3 吊索

主橋共布置4 個對稱索面，每個索面布置17 根吊索，成空間放射性布置，全橋共68 根。吊索在主拱肋上為不等距布置，布置間距在2.5～8.4 m 變化；吊索在梁上為等距布置，順橋向布置間距為9 m。吊索采用7 mm 標準強度1 860 MPa 高強鍍鋅平行鋼絲吊索，最長32.906 m，最短9.874 m，規格為PES（C）7-109、PES（C）7-121 和PES（C）7-151 型高強鍍鋅平行鋼絲索體。

索梁錨固采用錨箱結構形式，吊索錨箱錨固在主梁的邊腹板上。索拱錨固根據索力大小和拱內錨固空間大小，分別采用錨管形式和錨梁結構形式。錨管錨固結構利用隔板加導管組合結構，將索力通過導管傳遞到隔板上，最終傳遞到拱壁。錨梁錨固結構為在拱內設置錨梁構造，將索力通過錨梁傳遞到拱壁。圖7 為拱上錨固構造示意圖。

圖7 拱上錨固構造

4.4 水平索

2 根曲桿和副拱合并節點之間，張拉2 根水平拉索，提供曲桿的面外剛度。拉索采用標準強度1 860 MPa 高強鍍鋅平行鋼絲拉索，2 根拉索長度分別為18.3 m 和16.0 m（最短），規格為PES（C）7-55型高強鍍鋅平行鋼絲索體。索體兩端采用耳板與曲桿和副拱的合并點連接。

4.5 橋墩基礎

主橋中墩采用雙肢薄壁花瓶墩，兩肢墩柱與頂平臺的連接處采用橢圓倒角，并結合刻槽實現較好的景觀效果，墩高約29.5 m。墩底下設整體矩形承臺，承臺尺寸為29 m×24 m，承臺下設30 根D2.0 m鉆孔灌注樁。主橋次邊墩采用帶橫系梁的花瓶墩，橋墩下設置啞鈴型承臺，承臺下設24 根D1.8 m 鉆孔灌注樁。主引橋過渡墩采用帶橫系梁的花瓶墩，橋墩下設置啞鈴型承臺，承臺下設12 根D1.8 m 鉆孔灌注樁。承臺均埋置在河床以下，橋墩采用C40 混凝土，樁基礎采用C35 水下混凝土。

5 工程技術特點及創新應用

惠州市鵝城大橋景觀造型獨特，與惠州地域文化高度融合。設計過程應用了較多新技術、新材料、新設備，是惠州當地景觀橋梁建設的一個新的里程碑。該橋具有如下技術特點和創新應用：

（1）創新性地采用分離式多片箱梁的新型主梁結構，與空間斜跨偏態拱肋系統協同受力，拱梁之間布置空間放射性四索面，形成系桿拱橋。

（2）創新性地采用豎向和水平向分離的組合式支撐體系，豎向力由拉索球鋼支座承擔，水平向力由金屬三角阻尼器來承擔，滿足正常使用及地震下的位移和剛度需求。

（3）鋼主梁橋面鋪裝采用正交異性鋼橋面+超高性能混凝土輕型組合橋面結構，基本消除鋼橋面疲勞開裂風險，提高結構耐久性。

（4）中墩上多排支座，采用測力支座，實時監測多支座反力分配情況，動態監控橋梁情況。

6 結 語

惠州市鵝城大橋的建設，是支持惠州市發展和城市基礎設施建設的需要，是完善周邊交通建設、支持惠州市經濟發展、支撐粵港澳大灣區城市發展的需要。大橋于2021 年11 月開工建設，預計2024 年建成。