淺析龍門大橋的設(shè)計創(chuàng)新

摘? 要：橋梁是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，特別是大、中橋梁的建設(shè)對當(dāng)?shù)卣?、?jīng)濟(jì)等都具有重要意義。因此，橋梁工程應(yīng)根據(jù)所在地的作用、性質(zhì)和未來發(fā)展需要，除符合技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理的要求外，還應(yīng)按照美觀和環(huán)保原則進(jìn)行設(shè)計，考慮因地制宜、就地取材、便于施工和養(yǎng)護(hù)等因素。本文以桂林龍門大橋的設(shè)計為研究對象，介紹橋梁方案構(gòu)思、結(jié)構(gòu)體系、施工方案、橋梁景觀上的創(chuàng)新，為類似橋梁的設(shè)計提供借鑒。

關(guān)鍵詞：龍門大橋;設(shè)計;V腿連續(xù)梁;橋梁景觀

中圖分類號：U442.5? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2019）05-0000-00

1 工程概況

新建桂林龍門大橋工程全長1.495公里，東起鐵山工業(yè)園鐵山一路，跨漓江，向西與萬福路東延伸段相接。龍門大橋是萬福路跨越漓江的重要節(jié)點，其中橋梁段長度為720m。主橋橋型采用少支架施工的三跨預(yù)應(yīng)力鏤空式連續(xù)梁，跨徑組合為65m+106m+65m=236m，橫向為雙幅橋梁布置。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級：主線為城市快速路;（2）橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期：100年;（3）橋梁設(shè)計荷載：汽車荷載為城-A級，人群荷載3.5kN/㎡[1];（4）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級：一級;（5）橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面：人行道3m+非機(jī)動車3.5m+機(jī)非防撞護(hù)欄0.5m+機(jī)動車12m+中央防撞護(hù)欄0.5m+機(jī)動車12m+機(jī)非防撞護(hù)欄0.5m+非機(jī)動車3.5m+人行道3m;（6）橋面坡度：橋面最大縱坡為2.47%;橋面橫坡：車行道及非機(jī)動車道向外2%，人行道向內(nèi)1%;（7）通航標(biāo)準(zhǔn)：通航標(biāo)準(zhǔn)VI（2）級的通航標(biāo)準(zhǔn)，最高通航水位145.359m，通航凈空8.8m，凈寬82m;（8）設(shè)計水位：主線橋梁按百年一遇洪水頻率，洪水位147.13m;規(guī)劃漓江東側(cè)堤園路按20年一遇洪水頻率，洪水位146.31m;（9）環(huán)境類別：I類;（10）地震烈度：抗震設(shè)防烈度為 6度，設(shè)計基本地震加速度為0.05 g;（11）防撞等級：SA，SAm;（12）橋面防水等級：I級。

3 方案構(gòu)思

在項目建設(shè)之初，建設(shè)方提出以下要求：

（1）漓江上不建議采用高聳的結(jié)構(gòu)物，避免破壞漓江原有的景觀風(fēng)貌;（2）橋梁跨徑布置要滿足通航要求;（3）由于漓江汛期長、水量大，需要盡量減少水中橋墩;（4）橋梁方案盡可能需要做到視覺通透;（5）橋梁方案需要很好地融入桂林山水的風(fēng)景畫面;（6）在滿足以上要求的前提下盡可能節(jié)約造價，并減少日后運營養(yǎng)護(hù)的難度。

鑒于龍門大橋設(shè)計需要滿足通航標(biāo)準(zhǔn)VI（2）級的通航標(biāo)準(zhǔn)（通航凈空8.8m，凈寬82m），又不能考慮帶有上構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案，常規(guī)思路可采用大跨徑連續(xù)梁橋或上承式拱橋。大跨度連續(xù)梁橋的缺點是支點梁高一般達(dá)到跨徑的1/16到1/18，按106m跨徑將達(dá)到近7m，非常厚重。若采用上承式拱橋方案，則需要設(shè)置大噸位推力基礎(chǔ)，在桂林巖溶地區(qū)的地質(zhì)條件下實施難度將大大增加。因此結(jié)合拱橋和連續(xù)梁橋的優(yōu)點，大膽創(chuàng)新采用了造價相對低廉的大跨鏤空預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu);同時設(shè)置腹拱，一方面縮小V腿上的主梁跨徑，同時與桂林獨特的山型相呼應(yīng)，與桂林山水相融合。該橋型為國內(nèi)首座大跨度鏤空式（腹拱-V腿）預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，橋梁效果圖1所示。

4 大跨度鏤空預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)精細(xì)化分析

國內(nèi)常規(guī)的V腿連續(xù)梁橋的V腿角度較大，V上跨徑小，偏向于結(jié)構(gòu)化，景觀造型不美觀。本橋V腿角度較坦，接近于拱橋，V上主梁跨徑大，同時增設(shè)腹拱，結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新帶來了相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)受力體系，對結(jié)構(gòu)計算要求較高。設(shè)計過程采用了Midascivil/870和橋梁博士3.6兩種軟件分別建模進(jìn)行計算，重點對預(yù)應(yīng)力鋼筋砼主梁和鋼筋砼V腿和腹拱的受力情況進(jìn)行考察，確保結(jié)構(gòu)在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)均能滿足規(guī)范要求[2]。

同時對腹拱與主梁的連接方式進(jìn)行了結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化比選：方案一、固結(jié)：主梁、V腿和腹拱形成三角區(qū)，提高了結(jié)構(gòu)剛度，對腹拱拱腳受力有利;無須設(shè)置支座，易于后期養(yǎng)護(hù)。方案二、支撐：主梁、V腿和腹拱形成三角區(qū)，提高了結(jié)構(gòu)剛度，對腹拱拱腳受力有利，但腹拱拱頂剪力較大，須加厚該位置腹板厚度，故結(jié)構(gòu)受力優(yōu)勢不顯著;后期支座維護(hù)難度較大，不易更換。方案三、分離：釋放了腹拱頂部的剪力和彎矩，但V腿間主梁跨徑變大，以拉彎為主，主梁應(yīng)力控制難度增大;腹拱對結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)度下降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力均有不同程度增大。主梁受力狀態(tài)較差，結(jié)構(gòu)整體性較弱。

綜合考慮受力和運營養(yǎng)護(hù)等因素，最終選定受力相對合理并且耐久性較好的固結(jié)方式。

5 主橋橋墩基礎(chǔ)的選型

巖溶地區(qū)的大跨徑橋梁基礎(chǔ)選型是一個難題，本項目通過對擴(kuò)大基礎(chǔ)方案與鉆孔樁基礎(chǔ)方案進(jìn)行比選，從結(jié)構(gòu)受力和施工難易分析：

（1）擴(kuò)大基礎(chǔ)雖整體剛度好、抗水平力能力較強(qiáng)，但根據(jù)地質(zhì)資料，基巖埋深起伏較大，巖面傾斜，溶洞及基坑止水問題，施工較難，風(fēng)險大。（2）鉆孔樁基礎(chǔ)可穿過頂板較薄的溶洞、溶溝、溶槽等不良地質(zhì)層，進(jìn)入穩(wěn)定的基巖中，從而能充分發(fā)揮石灰?guī)r強(qiáng)度高的優(yōu)點;施工時，可采用鉆孔平臺及圍堰進(jìn)行基礎(chǔ)施工，風(fēng)險較小。

經(jīng)綜合分析，主橋橋墩采用鉆孔樁基礎(chǔ)。要求完整嵌入石灰?guī)r不小于2m。

6 巖溶地區(qū)大型橋梁基礎(chǔ)長短樁受力性能研究

由于橋位處地質(zhì)情況復(fù)雜，針對鉆孔樁基礎(chǔ)進(jìn)行專項研究。根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[3]，常規(guī)橋梁同一橋墩不宜采用不同樁長。以往常用的樁基計算軟件也不支持同一基礎(chǔ)不同樁長的計算。

因桂林屬于卡斯特地貌，巖溶廣泛發(fā)育，同一橋墩下，巖面差異巨大。因此不可避免地會出現(xiàn)同一墩臺基礎(chǔ)出現(xiàn)不同樁長的情況。如果僅按相同嵌巖深度的要求，可能會出現(xiàn)同一基礎(chǔ)，最短的樁長僅5～6米，最長樁長達(dá)到30多米。由于樁基剛度不同，在群樁受力時將產(chǎn)生較大的差異。我們采用多種新型樁基計算軟件對樁基計算進(jìn)行復(fù)核，并進(jìn)行了專門的三維有限元模型進(jìn)行計算分析。根據(jù)最終的計算結(jié)果，設(shè)計通過控制樁長差異，有效降低樁基受力的不均勻性，并降低施工的難度和成本。

在施工期間，由于橋位處場地巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，樁基礎(chǔ)施工遇到溶洞時，鋼護(hù)筒采用多級嵌套方式深入到溶洞底板，確保不塌孔。

7安全快速化施工方案設(shè)計

由于漓江常年水位141.2m，百年一遇洪水位147.13m，汛期長、水量大，水位變化大。除了滿足成橋狀態(tài)的防洪要求，還要滿足施工期間的行洪要求。以往國內(nèi)出現(xiàn)過洪水期支架被沖垮的案例，因此在本項目中，施工方案設(shè)計引起高度重視。本項目采用少支架并預(yù)留通航孔的施工方案，支架、棧橋、鉆孔樁平臺高度均滿足50年一遇洪水位，確保施工期間的結(jié)構(gòu)、施工機(jī)械設(shè)備和人員的生命安全。同時在可能的前提下，盡可能減少節(jié)段澆筑數(shù)量，縮短工期，有效地配合了橋梁的早日建成通車。

該項目建設(shè)雖然規(guī)模相比以往漓江上的橋梁更大，并且采用全混凝土結(jié)構(gòu)，同樣遭遇溶洞、洪水等不利的自然、地質(zhì)條件，但工期僅2年不到（22個月）的時間就能建成，堪稱桂林漓江建橋史上的奇跡。

8 橋梁景觀設(shè)計

城市橋梁既要成為城市獨特的風(fēng)景線，為城市添光彩，又要與自然美景相融合，這也是龍門大橋方案構(gòu)思的核心思路，即緊緊圍繞“世界旅游名城”和“山水甲天下”主題展開，既考慮與城市優(yōu)美環(huán)境相融合，又踐行簡約樸實的優(yōu)良傳統(tǒng)。

（1）龍門大橋采用拱形結(jié)構(gòu)形式，主要體現(xiàn)曲線美，來源于漓江水綿延流淌，給人恬靜、心曠神怡之感。（2）兩個大拱圈代表窗口，給人以通透的感覺，寓意透過窗口向世界展示桂林，展示中國。（3）通過剪影手法，將桂林山之美借到兩個大拱圈之中。桂林的山奇異、險峻、連綿，堪稱山巒疊嶂。大拱圈中的小腹拱，就是從連綿的山峰峻嶺中簡化而來，寓意桂林的山，同時形成“山”子形狀。（4）龍門大橋體現(xiàn)融合進(jìn)城市美景，而不是突兀的獨自成景。設(shè)計時，控制好橋梁的高度，達(dá)到將其嵌入山水美景當(dāng)中，成為美景的一部風(fēng)，充分體現(xiàn)旅游城市的寧靜、秀美，避開了工業(yè)城市的繁華、壓抑。（5）除了橋梁結(jié)構(gòu)景觀造型外，還對龍門大橋夜景燈光進(jìn)行設(shè)計：通過在梁側(cè)、梁底、副拱設(shè)置LED投光燈，打造多彩變換的桂林山水、漓江夜色。

9 結(jié)語

桂林龍門大橋設(shè)計克服了橋位處復(fù)雜的水文、地質(zhì)、通航條件，大橋造型優(yōu)美，建筑造型融入桂林山水。目前已通車兩年多，建成后不僅滿足了城市交通功能，同時也為桂林市增添了一處優(yōu)美的城市風(fēng)景。龍門大橋的建設(shè)，可為類似工程的設(shè)計提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

[1] CJJ 11-2011.城市橋梁設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JTG 3362-2018.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[3] JTG D63-2007.公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

收稿日期：2019-08-12

作者簡介：焦利濤（1984—），男，河南滑縣人，本科，工程師，研究方向：橋梁工程設(shè)計。

Design Innovation of Longmen Bridge

JIAO Litao

（Tongji University Architectural Design（Group）CO.，Ltd， Shanghai? 200092）

Abstract： Bridges are an important part of urban infrastructure， especially the construction of large and medium bridges is of great significance to local politics and economy. Therefore， the bridge should be designed according to the role， nature and future development of the location， in addition to meeting the requirements of advanced technology， safety， reliability， durability， and economic rationality， the bridge should also be designed in accordance with the principles of aesthetics and environmental protection. Factors such as ground extraction， ease of construction and maintenance. This article takes the design of Guilin Longmen Bridge as the research object， and introduces the innovation of the bridge scheme concept， structural system， construction scheme， and bridge landscape to provide reference for similar bridge designs.

Keywords： Longmen Bridge; design; V-leg continuous beam; bridge landscape