一座葵花形疊拱橋結構設計

孫全利

（廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060）

1 工程概況

廣西省桂林市陽朔縣是國家級風景名勝區(qū)，覽勝橋是陽朔縣新城區(qū)覽勝路跨越遇龍河的控制性工程。經過多輪橋梁方案的綜合比選，葵花形疊拱橋在眾多方案中脫穎而出，得到業(yè)主單位認可，成為最終實施方案。本文重點介紹橋型方案構思、橋梁結構設計及施工方案和要點。

2 自然條件

陽朔縣屬亞熱帶季風氣候區(qū)，氣候四季分明。據氣象資料，多年平均氣溫19.0℃，極端最低氣溫-3℃，極端最高氣溫39.5℃，7月最熱。受季風影響，境內雨量充沛，多年平均降雨量1 934.8 mm，最大年降雨量為2 443.9 mm。雨季一般在4～8月，占全年降雨量的80%。

橋位地勢較為平坦，為河谷階地-侵蝕堆積地貌，區(qū)域上屬巖溶（喀斯特）地貌單元。鉆探期間實測陸地鉆孔孔口標高：109.25～117.16 m(1985國家高程基準)。據現(xiàn)場勘察資料，場地揭露基巖為泥盆系（D）灰?guī)r，但基巖上覆厚度不等的第四系粉質黏土、中砂、卵石、礫砂，且?guī)r溶較發(fā)育。

3 主要技術標準

（1）設計車速：60 km/h。

（2）設計荷載：城-A級，人群荷載按《城市橋梁設計規(guī)范》（CJJ 11—2011）規(guī)定取值。

（3）橋梁縱坡：1.65%人字坡；橫坡：車行道雙向2.0%，人行道單向1.5%。

（4）設計洪水頻率：100 a一遇。

（5）通航條件：橋位處河段不通航。

（6）地震基本烈度：不大于Ⅵ度。

4 橋型方案構思

考慮到覽勝橋橋位處自然條件及大橋位于著名風景區(qū)地理位置的需要，橋型方案選擇在注重安全性、經濟性和舒適性的基礎上，同時也應該注重建筑藝術設計，使原本生硬的鋼筋混凝土結構具有人文景觀方面的內涵。因此，需要選擇最合適的橋梁結構體系使橋梁與周邊環(huán)境相融合。通過對橋型方案設計前期資料的研究和橋位處實地踏勘，發(fā)現(xiàn)該項目有如下一些特點。

（1）橋梁背景是桂林市陽朔縣富有地方特色的漓江山水，從景觀設計角度考慮，橋梁不宜再設計高聳的主塔或者主拱肋，以免與當地的山水特色相沖突，因此，基本排除了斜拉橋、懸索橋和下承式拱橋等橋型方案的可能性。

（2）陽朔縣內已有幾座不同類型的拱橋，如跨越漓江的陽朔大橋為兩孔的上承式混凝土拱橋，拱上建筑采用立柱式型式，另有跨越遇龍河的矮山大橋，為單孔的上承式混凝土拱橋，拱上建筑采用腹拱圈型式。因此，新建橋梁必須考慮與現(xiàn)有的橋梁型式不雷同，使漓江流域上的橋梁成為形式別樣，且和諧相融的橋梁系列，以增添城市景觀。

（3）橋位處在區(qū)域上屬喀斯特地貌單元，根據勘察資料知場地內基巖為泥盆系（D）灰?guī)r，但基巖上有覆厚度不等的第四系粉質黏土、中砂、卵石、礫砂，且?guī)r溶較發(fā)育。常規(guī)拱橋在拱腳處產生較大水平推力，因此橋位處不宜選擇常規(guī)拱橋方案。

經多次方案比較后，最終覽勝橋選用（37+60+37）m上承式系桿葵花形疊拱橋結構，該方案結構新穎，橋型舒展輕盈，以青色雋秀的群山和碧綠色的遇龍河河面為背景，白色為主色調，橋體造型猶如張開翅膀的海鷗歡迎遠方來客。該方案能較好地與當地的山水特色相協(xié)調[1]，其總體效果見圖1。

圖1 覽勝橋總體效果圖

5 橋梁結構設計

5.1 總體布置

該方案橋梁全長138.14 m，上部結構選用（37+60+37）m的上承式系桿葵花形疊拱橋結構，橋梁與河道正交，主跨跨越河道，邊跨跨越景觀休閑帶[2]，立面布置見圖2。橋梁橫斷面全寬58 m，中間設4.0 m露空帶以增加橋下亮度。單側路幅橋面寬：6.5 m（人行道）+6.5 m（輔道）+1 m（綠化帶）+13 m（車行道）=27 m。為使結構受力簡單明確，施工方便，每單側路幅采用兩幅橋設計，即橋梁橫向四幅設計，每幅橋寬為13 m，橫斷面布置見圖3。

5.2 主拱圈

中跨主拱圈兩端固結，計算跨徑60 m，采用等截面懸鏈線箱型拱，矢跨比1/7.5，拱軸線系數m=1.167。主拱圈截面高度1.3 m，采用單箱四室箱形截面，頂底板厚度18 cm，至拱腳加厚至50 cm；中腹板和邊腹板厚度均為50 cm，腹拱和次腹拱以下段加厚至75 cm。

5.3 邊跨梁

橋梁兩側的邊跨采用一端簡支一端固結的鋼筋混凝土曲桿箱型截面梁，其中直線段長10 m。邊跨曲線標準段軸線線形為二次拋物線形，梁高1.3 m，梁寬13.0 m，采用單箱四室截面；頂底板厚20 cm，至拱腳部位加厚至50 cm；中腹板和邊腹板厚度均為50 cm，腹拱和次腹拱以下段加厚至75 cm。

邊跨直線標準段梁高2.0 m，梁寬1.3 m，采用單箱四室截面；頂底板厚20 cm；中腹板和邊腹板厚度均為50 cm，至支點處加厚至75 cm。

邊跨直線段與曲線段結合處采用厚3.5 m的強大橫梁過渡。

圖2 覽勝橋立面圖（單位：cm）

圖3 覽勝橋橫斷面圖（單位：cm）

5.4 腹拱圈

在墩頂設置腹拱，由于其跨徑相對較小，故拱軸線采用圓弧曲線。腹拱在施工過程中拱腳設置臨時不完全鉸，在運營階段封鉸轉變?yōu)闊o鉸拱。腹拱采用單箱四室等高度箱形截面，高度0.8 m，腹拱頂底板厚度均為18 cm，至拱腳加厚至30 cm，腹拱腹板厚度為60 cm。

5.5 次腹拱圈

在邊跨梁與腹拱以及腹拱與主拱上設置次腹拱，次腹拱的設置替代了常規(guī)的拱上立柱設置，由于其跨徑較小，拱軸線亦采用圓弧曲線。次腹拱在施工過程中拱腳亦設置臨時不完全鉸，在運營階段封鉸轉變?yōu)闊o鉸拱。腹拱采用單箱四室等高度箱形截面，高度0.8 m，次腹拱頂底板厚度均為18 cm，至拱腳加厚至30 cm，次腹拱腹板厚度為60 cm。

5.6 體外束系桿

為平衡拱腳的水平推力，在拱上建筑連續(xù)梁及邊跨梁內設置體外束系桿，系桿貫穿整個主橋，兩端錨固在邊跨梁的端部，體外束的張拉力通過邊跨傳遞到拱腳來平衡主拱圈水平推力。系桿的立面線形為折線形，在拱上建筑連續(xù)梁和邊跨梁內系桿轉向處設置轉向槽，轉向槽由鋼管制作，要求平順、光滑。另外，為使體外束系桿受力合理，方便牽引，在拱上建筑連續(xù)梁和邊跨梁內每隔一定距離設置滾軸定位裝置支撐系桿，并采取一定措施避免系桿的振動。

體外系桿索采用可換索式專用環(huán)氧噴涂鋼絞線成品索，配套錨具為OVMXG.T15-27可換索式系桿錨具，每幅橋共10束。鋼絞線標準強度為fpk=1 860 MPa，張拉控制應力為0.65 fpk。

5.7 拱上建筑

拱上建筑采用鋼筋混凝土連續(xù)實心板，連續(xù)板支點分別設在邊跨梁、次腹拱頂部、腹拱頂部和中跨主拱圈上。連續(xù)板采用等高度截面，板中心線處厚0.75 m，頂板寬13.0 m，底板寬8.8 m，外側懸臂長2.1 m，橋面橫坡由調整連續(xù)板橫向板厚得到。

5.8 橋梁基礎

根據地質勘察報告，主拱橋墩處巖溶較發(fā)育，存在多處溶洞和溶隙，考慮到上部重型結構特點，主拱基礎鉆孔樁按柱樁設計，采用三排直徑1.5 m的鉆孔灌注樁基礎。要求樁基穿過巖溶發(fā)育區(qū)域并嵌入微風化灰?guī)r層，以控制因基礎不均勻沉降而產生的位移量。

6 施工方案及要點

6.1 施工方案

覽勝橋為上承式系桿葵花形疊拱橋結構，形式美觀、獨特，但同時結構受力也相當復雜。根據橋梁結構特點和場地情況，該橋設計采用的主要施工過程如下：

（1）場地平整及施工墩臺；

（2）搭設支架并預壓，施工邊跨梁和主拱圈；

（3）搭設支架及施工腹拱圈；

（4）搭設支架及施工次腹拱圈；

（5）張拉第一批體外束，拆除主拱圈支架；

（6）分段澆筑拱上建筑連續(xù)板；

（7）張拉第二批體外束，拆除邊跨梁支架；

（8）橋面系施工；

（9）腹拱圈及次腹拱圈臨時鉸封鉸；

（10）成橋運營。

6.2 施工要點

考慮到施工過程對橋梁內力分配的影響較大，為了保證橋梁施工安全和質量，施工控制至關重要，施工過程中要合理選擇施工方法和落架順序，必要時并對其進行監(jiān)測。

（1）對于跨度較大的葵花形疊拱橋，落架施工時盡量采用間隔拆除、分階段施工的方法，并在受力較大的關鍵階段采用循環(huán)卸落支架的方法，確保結構安全[3]。

（2）在條件允許的前提下，盡量使用屈服強度較大的支架，可以加快施工進度[3]。

（3）在拆除支架和循環(huán)卸落支架的過程中，應對關鍵截面的應力和位移進行監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)應力及變形過大，則應及時停止支架卸落或拆除，并恢復支撐系統(tǒng)[3]。

7 結語

城市橋梁的設計，要求設計者不僅要具有扎實的結構知識，而且還要有對建橋環(huán)境的深刻理解，覽勝橋設計在這方面做了有益的實踐。同時，上承式系桿葵花形疊拱作為一種新穎的結構形式，橋梁型式舒展輕盈，造價經濟合理，且橋型對環(huán)境有較強的適應性。

（1）葵花型疊拱橋突出的美觀效果及其造型酷似海鷗的外形特征，尤其是設計的次腹拱圈，像海鷗展開的雙翼，使得它與環(huán)境和諧相融，適合作為人文景觀橋修建在旅游城市和一些著名風景區(qū)。

（2）在橋梁數量多、型式單一的地區(qū)，人們對常規(guī)橋型難免產生審美疲勞；作為一種新型的橋梁，葵花形疊拱橋能給人一種型式新穎、眼前一亮的感覺。

（3）作為預應力拱式剛架體系，大大降低了拱圈對橋梁墩臺的推力作用，對地基承載力要求不高，因此對地質情況適用性好。

通過覽勝橋的建設以及本文的介紹，希望能推動葵花形疊拱橋在國內的發(fā)展，同時，對于該橋型的設計和施工為同行提供一些借鑒。

[1]陳艾榮,盛勇,錢鋒.橋梁造型[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2]戴利民,羅喜恒,勵曉峰,等.桂林解放橋拱橋設計[J].上海公路,2001（2）：27-28.

[3]王劍.葵型拱橋落架施工控制與仿真分析[D].天津:天津大學,2007.