古典拱橋景觀與結(jié)構(gòu)分析

□文/楊冬云 李 鈺

□李 鈺/天津市賽英工程建設(shè)咨詢管理有限公司。

古典拱橋景觀與結(jié)構(gòu)分析

□文/楊冬云 李 鈺

古典拱橋線型流暢、景觀優(yōu)美，越來越多地被運用在各種現(xiàn)代工程上。由于拱橋的受力特性，在拱腳處會產(chǎn)生巨大的水平力，因此對地質(zhì)條件有嚴格要求。文章針對幾種拱橋結(jié)構(gòu)，在滿足景觀的前提下，對結(jié)構(gòu)進行了調(diào)整，使之滿足不同的地質(zhì)條件。

古典拱橋；景觀；結(jié)構(gòu)；水平反力

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)走上了一條快速發(fā)展的道路，相應(yīng)地，橋梁景觀的要求也是越來越高，古典石拱橋也越來越多地被運用在各種現(xiàn)代工程上。由于古典拱橋的受力特點，在拱腳處會產(chǎn)生巨大的水平力，因此要求地質(zhì)條件要特別好。本文以幾個實際工程為例，介紹在地質(zhì)條件不是很好的地區(qū)建造古典拱橋結(jié)構(gòu)。

懸臂式結(jié)構(gòu)

拱橋一位于天津南運河上，河道寬約40m。為了與周邊環(huán)境相映襯，選中了拱橋型式，兩側(cè)各有一處鏤空，寓意為“兩只黃鸝鳴翠柳”。橋梁外側(cè)噴涂真實漆，配上漢白玉石材欄桿，與周邊環(huán)境渾然一體，別具風(fēng)情。見圖1。

本橋主跨跨徑32m，橋位處均為粘土層，地質(zhì)條件較差。場地埋深50.00m深度范圍內(nèi)，地基土按力學(xué)性質(zhì)分層見表1。

表1 土的承載力容許值 kPa

若按常規(guī)拱橋設(shè)計，將拱底部固結(jié)，下部基礎(chǔ)所受水平力將非常大，下部需要很多樁基，對工程造成浪費且受力也不太合理。考慮梁形結(jié)構(gòu)和跨徑布置，本工程特地將橋梁從中間斷開，分成左右兩個單獨的個體，每個單體為墩梁固結(jié)的懸臂結(jié)構(gòu)，并在后背側(cè)增加一些壓重，保證結(jié)構(gòu)的平衡。這樣能消除下部結(jié)構(gòu)水平力，既能滿足景觀需求，又使受力合理。

梁式結(jié)構(gòu)

拱橋二為典型的古典拱橋橋型，主拱上增設(shè)小拱，既減輕自重，又能增加景觀效果。本拱橋主體為混凝土結(jié)構(gòu)，在橋梁外側(cè)外掛石材，裝飾成石拱橋效果，配上漢白玉石材欄桿，顯得古典大氣，景觀效果極佳。見圖2。

該橋跨為25m＋35m＋25m＝85m，位于中新天津生態(tài)城，橋位所處地質(zhì)條件較差?，F(xiàn)場60m深度范圍內(nèi)地層除上部填土外，以下為一般第四系沖積及海積層。地基土按力學(xué)性質(zhì)分層見表2。

表2 土的承載力容許值 kPa

續(xù)表2

若按常規(guī)拱橋設(shè)計，將拱底部固結(jié)，下部基礎(chǔ)所受水平力將非常大，下部需要很多樁基，既存在隱患又浪費材料。由于是多跨，按照懸臂式結(jié)構(gòu)處理會顯得非常凌亂，因此本橋在結(jié)構(gòu)上做了一些特殊處理。由于本橋高程較高，因此將橋面板、立柱和拱圈澆注在一起，將上部結(jié)構(gòu)做成一個整體，形成類似于變截面梁的結(jié)構(gòu)并在每個墩位處設(shè)置支座，這樣在保證古典拱橋景觀的前提下，下部基礎(chǔ)受力也非常合理。這種處理的前提是橋下凈空較高，在滿足支座始終處于洪水位以上的情況下，還能滿足拱橋的線形，保證景觀效果。

拱結(jié)構(gòu)

拱橋三是古典拱橋橋型，主橋為混凝土結(jié)構(gòu)，在橋梁外側(cè)外掛石材，且在墩位處增設(shè)兩個小窗，為夜景燈光服務(wù)。橋梁線形優(yōu)美，古香古色，意境悠遠，為周邊地塊增色不少。見圖3。

該橋跨徑18m＋24m＋18m＝60m，位于中新天津生態(tài)城，與拱橋二位于同一地塊，地質(zhì)條件相同。若按照拱橋二的處理方法，將上部處理為梁式結(jié)構(gòu)，與下部墩柱通過支座連接，雖然受力合理，可是由于此處橋下凈空較小，為了保證拱橋線型，支座將會被洪水淹沒，對結(jié)構(gòu)造成隱患。因此，本橋處理為真實的拱橋受力形式，將墩梁固結(jié)。由于此處跨徑相對較小，這樣處理下部樁基用量會增大一些，雖然不是最理想情況，但為了保證景觀需要，也不失為一種解決途徑。

拱梁結(jié)合結(jié)構(gòu)

拱橋四為西洋古典拱橋，造型高貴典雅，婀娜多姿，別具特色。橋梁的建筑裝飾方案借鑒于法國巴黎的亞歷山大三世橋的風(fēng)格，橋頭雕像用西洋古典表現(xiàn)形式，取意中國傳統(tǒng)題材：青龍、白虎、朱雀、玄武，寓意為東西南北四方平安；橋墩雕像為盤龍，橋欄柱基上為四尊舞姿各異的樂女。

該橋為舊橋改造，在舊橋兩側(cè)各新加了一座鋼結(jié)構(gòu)橋。由于外部裝飾結(jié)構(gòu)較多，重量很大，若將外部裝飾結(jié)構(gòu)直接外掛在新建鋼箱外側(cè)，在各種不利情況下，可能引起新建鋼箱結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，甚至發(fā)生支座脫空或是傾側(cè)，因此，經(jīng)過多方討論，最終新建一個裝飾拱，既拱橋四，裝飾拱與主橋分離，不承擔(dān)主橋的各種荷載，只承擔(dān)自重和裝飾重量。

裝飾拱跨徑為24m+45m+24m＝93m，中墩拱腳通過植筋與舊橋承臺固結(jié)，邊墩拱腳釋放水平約束,整體形成中跨為拱，邊跨為梁的受力形式。見圖4和圖5。

結(jié)語

古典拱橋線型優(yōu)美、形態(tài)各異，景觀效果突出，在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中有舉足輕重的作用。本文根據(jù)一些實際工程，對拱橋的處理方法及特點進行一些簡單的闡述，希望能為設(shè)計人員提供一些參考。

[1]范立礎(chǔ)．橋梁工程[M]．北京：人民交通出版社，2004.

[2]項海帆．高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M]．北京：人民交通出版社，2000.

U443.23

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1008-3197（2010）06-54-02

2010-09-27

楊冬云/男，1978年出生，工程師，天津城建設(shè)計院有限公司，從事橋梁設(shè)計工作。

□李 鈺/天津市賽英工程建設(shè)咨詢管理有限公司。