太清路賈魯河橋橋梁景觀提升改造案例分析

毛紅濤

摘要：周口市太清路賈魯河公路橋景觀提升改造，在原橋外側(cè)新建兩個相互交叉的裝飾拱肋，主拱跨徑為100m，副拱跨徑105m，拱肋造型新穎，增強了豎向變化，提升了橋梁景觀層次。本文介紹了該橋的主要技術(shù)標準、總體結(jié)構(gòu)布置、主要結(jié)構(gòu)及計算分析，可以為類似工程提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：斜跨拱;主副拱;拉索;箱梁;設(shè)計

1工程概況

太清路賈魯河橋位于河南省周口市，太清路作為周口市的北環(huán)路，與龍源路、太昊路、周口大道組成周口市的三環(huán)。太清路路線走向與S102重合，現(xiàn)狀太清路賈魯河橋按照公路標準設(shè)計，設(shè)計時未進行專項景觀設(shè)計。隨著周口城區(qū)框架不斷拉大，城區(qū)規(guī)模越來越大，S102逐漸發(fā)展成為周口市的北環(huán)路，主要承擔著過境車輛和進出入周口市的交通流量，太清路賈魯河橋成為進出周口市的門戶，景觀等級比較高，是向外展示周口形象，塑造城市名片的重要位置，但是現(xiàn)狀太清路賈魯河橋景觀不符合周口市整體景觀規(guī)劃，因此周口市政府提出在不拆除現(xiàn)狀橋梁基礎(chǔ)上進行太清路賈魯河橋景觀提升改造計劃。

2主要技術(shù)標準

道路等級：城市快速路;設(shè)計速度：80km/h;設(shè)計荷載：城-A級，人群荷載4.5kPa，按規(guī)范進行折減;橋面防水等級：I級（防水層使用年限≥15年）;橋梁橫斷面：5m（新建人行橋）+1.3m（側(cè)分帶）+3m（人行道）+34m（車行道）+3m（人行道）+1.3m（側(cè)分帶）+5m（新建人行橋）=52.6m;通航等級：遠期單孔通航凈空80×7m。

3方案構(gòu)思

3.1橋梁地理位置及現(xiàn)狀

現(xiàn)狀橋梁位于周口市西北部太清路與賈魯河交叉處，距離機西高速下站口約7.5公里，機西高速上下站車輛可以通過S102南北段匯人太清路。太清路規(guī)劃為城市快速路，主要承擔著周口市東西向過境與出入城區(qū)的車輛?，F(xiàn)狀橋梁上部采用13×20m的空心板結(jié)構(gòu)，下部采用墩柱接蓋梁，橋梁總長265m，橋梁整體位于半徑1025m的圓曲線上，橋梁設(shè)計軸線與賈魯河水流方向夾角120度，橋梁橫向?qū)?0m，橋面劃分為雙向八車道，橋梁兩側(cè)各設(shè)置3m寬的人行道。橋梁兩側(cè)各鋪設(shè)一道沿橋熱力管線，熱力管直徑400mm。

3.2改造分析及設(shè)計定位

從城市規(guī)劃結(jié)構(gòu)上看，太清路賈魯河橋處于西部休閑居住片區(qū)北端。太清路為城市快速路，作為進入周口中心區(qū)的形象展示，該橋梁應(yīng)具有景觀標志性，宜采用帶上部結(jié)構(gòu)的拱橋、斜拉橋、懸索橋等。橋梁周邊用地以綠地和居住用地為主，周邊地勢比較開闊，景觀視角點居多，作為進出人周口的門戶，橋梁宜采用景觀性強的上部建筑，展示周口形象。

3.3存在問題及改造意見

存在問題：現(xiàn)狀橋梁管線直接裸露在橋梁側(cè)面，橋梁以交通功能為主，景觀性較差;現(xiàn)狀橋梁采用簡支空心板結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)安全上不宜布置拉索。

改造意見：鑒于該橋位置的重要性，結(jié)合橋梁平面曲線線性，增加上部構(gòu)造，以增強豎向變化，提升橋梁景觀層次。

3.4設(shè)計元素及理念

考慮到現(xiàn)狀橋梁較長，且處于平曲線上，故設(shè)計將景觀、美學(xué)、經(jīng)濟和受力性能有機結(jié)合，采用兩個不同角度的斜跨拱有機組合的形式，營造出回旋纏繞的效果，使其能夠很好的與現(xiàn)狀橋梁相融合。方案借鑒該橋北側(cè)的“潁川八景”中“濱河漁唱”（漁人架著柳葉般的扁舟，在風波煙霧里穿梭，舉網(wǎng)得魚，或鯉，或鯽，或鱖……）這一景點，將橋命名為“夢縈賈魯”，使人們可以重溫當年魂牽夢縈的賈魯河美好畫卷。圖1位橋梁改造后效果圖。

4總體結(jié)構(gòu)布置

結(jié)構(gòu)總體布置結(jié)合建設(shè)單位意見，賈魯河遠期考慮通航，拆除不能滿足通航要求的空心板橋，遠期新建橋梁只需要更改拉索位置，拱肋可以繼續(xù)使用。新建人行橋考慮通航規(guī)模與經(jīng)濟合理性，按照不考慮通航要求進行布置，遠期通航時，與現(xiàn)狀空心板橋一并拆除。

在現(xiàn)狀橋梁兩側(cè)新建裝飾斜跨拱拱肋，拱肋有兩個相互交叉的主副拱組成。斜跨拱跨徑考慮賈魯河遠期通航，單孔通航凈寬不下于80m，主拱跨徑為100m，副拱跨徑105m。拱肋有兩個相互交叉的主副拱組成。主拱采用直徑2m的鋼管，主拱矢高60m，矢跨比1/1.67，副拱采用直徑1.5m的鋼管，副拱矢高65m，矢跨比1/1.62，主副拱拱軸線均采用拋物線。主副拱之間通過不斷扭轉(zhuǎn)的風撐連接，風撐截面為0.8m鋼管。由于現(xiàn)狀橋梁不宜設(shè)置拉索，在現(xiàn)狀橋梁兩側(cè)新建一座Sm寬的人行橋，新建人行橋與現(xiàn)狀賈魯河人行道相互連接，人行橋橋梁結(jié)構(gòu)形式采用鋼筋混凝土箱梁，梁高1.5m，橋梁墩臺位置及斜交角度與原橋一致，橋梁西側(cè)跨徑組合為（20+19.977+19.868+19.874+19.876）m，橋梁東側(cè)跨徑組合為（20+20+20.075+20.159+20.136）m。拱肋通過拉索與人行橋相連接，拉索整體呈網(wǎng)狀，拉索在拱肋端為固定端，在箱梁頂端為張拉端。圖2橋梁立面布置圖。

5主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

5.1上部結(jié)構(gòu)

主拱采用厚度為20mm的鋼管，副拱采用厚度為20mm的鋼管，為了方便運輸與吊裝，主副拱共劃分為9個節(jié)段，風撐采用厚度為12mm的鋼管，風撐與主、副拱肋焊接。主副拱內(nèi)均設(shè)置縱向I型加勁肋，主拱設(shè)置16片，副拱設(shè)置12片，加勁肋高120mm，厚10mm。主副拱內(nèi)在風撐位置與拉索位置相應(yīng)設(shè)置橫向的環(huán)形加勁肋，加勁肋厚度14mm。人行橋上部采用等高度鋼筋混凝土箱梁，箱梁寬5m，布置為單箱雙室，頂板厚為0.22m，底板厚度0.22-0.42m，端橫梁寬1.2m，中橫梁寬1.6m，腹板厚0.4-0.5m。箱梁外側(cè)采用直腹板，懸臂長度0.25m，在梁端位置懸臂加長至1.53m，與原橋人行道相接。

5.2下部結(jié)構(gòu)

拱肋端部插入混凝土拱座內(nèi)，拱肋通過剪力釘和錨筋與拱腳可靠連接，剪力釘型號采用中19×200mm，間距300mm，錨筋采用直徑為28mm的鋼筋。主拱拱腳頂面尺寸為3m的圓，拱腳底面尺寸為4.5m的圓，副拱頂面為2.5m的圓，底面為3m的圓，拱腳高度10m，拱腳中間尺寸線性變化。拱底設(shè)置8.5×8.1m的承臺，承臺高度2.5m，承臺下設(shè)置5根直徑1.5m的鉆孔灌注樁。人行橋橋墩采用直徑1.0m的圓柱式橋墩，下接直徑1.2m的鉆孔灌注樁，墩頂與墩柱之間各設(shè)置一道柱間系梁，樁頂設(shè)置一道樁間系梁。墩柱與系梁采用C40砼，樁基采用C30水下砼。

5.3斜拉索設(shè)計

雙幅人行橋通過18根拉索與拱相連，斜拉索整體呈網(wǎng)狀，拉索在兩幅橋上反對稱布置，斜拉索上方通過耳板與拱肋相接，下方通過耳板固定在箱梁上。斜拉索采用防腐性能優(yōu)越的環(huán)氧噴涂無粘結(jié)鋼絞線斜拉索體系，索體采用s15.2mm環(huán)氧噴涂鋼絞線成品索，張拉端和固定端采用配套定型產(chǎn)品。

6主體結(jié)構(gòu)分析

6.1模型建模

橋梁采用結(jié)構(gòu)分析軟件Midascivil/870建立單梁模型進行計算分析。計算分為4個施工階段，包含下部基礎(chǔ)及拱腳施工，鋼拱及人行橋落架（滿堂支架法施工）、人行橋二期施工，安裝吊桿并進行張拉，收縮徐變階段。拱肋計算荷載主要包含自重、風荷載、整體升降溫、吊桿張拉力。單梁模型結(jié)構(gòu)離散成455個單元，424個節(jié)點。圖3為結(jié)構(gòu)計算模型。

6.2拉索張拉力

單幅橋梁共設(shè)置9根拉索，拉索最大長度達到72m，拱肋端為固定端，箱梁頂面端為張拉端，由于拱肋僅作為裝飾結(jié)構(gòu)，拉索張拉力不宜過大，但是考慮橋梁的景觀性，拉索垂度也不宜過大，因此控制拉索垂度成為控制張拉力的一個關(guān)鍵因素。本橋斜拉索控制力按照其最大下?lián)现挡怀^L/350控制，（L為拉索長度），達到肉眼無法察覺到索體下?lián)?，以達到更好的景觀效果。最終確定拉索張拉力為15KN，拉索最大下?lián)现?3cm。

6.3計算結(jié)果

單梁計算結(jié)果表明，在承載能力極限狀態(tài)下，主拱肋最大拉應(yīng)力81.6MPa，最大壓應(yīng)力84.2MPa，均位于拱腳區(qū);風撐最大拉應(yīng)力81MPa，最大壓應(yīng)力84Mpa。在正常使用極限狀態(tài)下，主拱肋最大拉應(yīng)力71.5MPa，最大壓應(yīng)力73.8MPa，均位于拱腳區(qū);風撐最大拉應(yīng)力71MPa，最大壓應(yīng)力73Mpa。在一階模態(tài)下，屈曲穩(wěn)定系數(shù)為66，大于4，穩(wěn)定性滿足要求。

7結(jié)語

該橋在保證安全性、經(jīng)濟性，并滿足了橋梁遠期通航要求的前提下，考慮了造型別致、景觀優(yōu)美、與周邊環(huán)境及原橋梁相適應(yīng)。原橋結(jié)合相互交叉的拱肋造型，相得益彰，對于公路橋景觀提升改造提出了一個新的思路。該橋與2018年7月完成設(shè)計，2018年12月開始施工，相信在精心設(shè)計和施工下，該橋?qū)⒊蔀橹芸谑幸粋€標志型建筑。