城市钢筋混凝土拱桥方案设计分析

黄永忠

（广西建工集团第五建筑工程有限责任公司设计研究院，广西 柳州 545006）

0 引言

随着我国桥梁建设技术的发展，不同型式、超大跨径及复杂构造的桥梁建造技术都已经非常成熟。然而，现代经济发展的要求使得桥梁设计师不仅仅需要考虑桥梁的安全，还需要更多地关注桥梁的美观性能，特别是对于城市桥梁结构[1]。目前诸多城市桥梁的建设越来越注重景观性能，在考虑桥梁结构的经济性及建造适宜性的前提下，还得使建设的桥梁成为城市的关键构造物，能够融入城市的文化与历史背景[2-3]。

本文以桂林市平乐县茶江二桥的建设为工程背景，研究了如何融合景观需求的城市桥梁方案选择与设计。针对地址条件，提出了钢筋混凝土悬链线拱桥的设计方案，并给出了钢筋混凝土悬链线拱桥的结构设计要点和方法。

1 工程概况

桂林市平乐县茶江二桥将茶江东岸的平乐中心组团与西岸的同乐新区连接起来，是两片区的重要连接通道，也是桂林市平乐县金子岭城市森林公园和茶江东岸老城区的主要连接通道，呈东西走向。为了满足新旧城区的交通需求，带动区域经济发展并改善城区的交通环境，桥位选择在穿越茶江的河道顺直区域。

设计的茶江二桥于茶江大桥南侧约900 m处跨越茶江，跨越处河床宽度约为200~300 m。主桥横断面布置为：5 m（人行道）+15 m（双向4车道）+5 m（人行道），按城-A设计，考虑小型旅游船只通航。

桂林市平乐县具有渊远流长的历史人文，旅游文化盛行。茶江周围有著名的金子岭观光阁、印山寺、印山亭等旅游景点。设计桥型方案宜综合桥址处的历史人文景观，融入整体的环境中。图1为桥址背景图及后续分析的推荐拱桥设计方案。

图1 桥址背景图

2 方案设计与比选

由于茶江两岸自然景观较好，设计的桥型方案应该与整体自然环境形成融合效应，不宜采用斜拉桥和悬索桥这类高度较大的桥型结构，以免对周围环境造成较大的视线干扰。同时，桥梁的设计应该在构件元素或者构造物元素上融入相应的历史人文特性。通过设计分析，采取钢筋混凝土拱桥和预应力连续梁桥两种设计方案，详细分析如下。

2.1 钢筋混凝土连续拱桥方案

本方案主桥拟采用3×73 m钢筋混凝土拱桥，桥长219 m。主桥采用三孔上承式钢筋混凝土悬链线拱桥，桥面宽25 m。上承式钢筋混凝土悬链线拱桥主拱圈及桥面系均采用满堂支架现浇施工。

本方案的技术优点是：（1）拱桥曲线造型古典美观，外观大气、和谐；（2）无需采用预应力，充分发挥混凝土材料抗压能力特点，结构合理；（3）拱桥桥型很好地将茶江河两岸的风景与金子岭观光阁、印山寺、印山亭等串联成一幅美丽的画卷。方案存在的缺点是拱桥的水平推力大，对基础要求高，桥面控制高程较高，增加了桥梁引道（桥）长度。

2.2 预应力混凝土连续梁桥方案

本方案主桥孔布置为：3×70 m预应力混凝土变截面连续箱梁，桥长210 m。支点梁高为3.5 m，跨中梁高2 m，梁底采用二次抛物线。截面形式采用双箱双室。基础采用承台桩基础，采用悬臂挂篮施工方法。

本方案的技术优点是：（1）结构合理、轻巧、线条流畅、造型简洁；（2）施工工艺简单、工期短。方案存在的缺点是连续梁桥的外形构造较为普通，美观效果一般，与环境不统一。

2.3 方案比选分析

在满足桥梁设计最基本的安全、环保、经济、实用、美观的前提下，对桥孔布设及桥型方案进行综合比选（见表1）。由于钢筋混凝土悬链线拱桥方案兼顾安全、实用、美观，拱桥曲线造型古典，很好的将茶江河两岸的风景与金子岭观光阁、印山寺、印山亭等串联成一幅美丽的画卷，同时也更能体现平乐历史悠久的人文情怀。因此选用钢筋混凝土悬链线拱桥方案作为推荐方案。

3 方案设计分析

主桥推荐方案选用3×70 m上承式钢筋混凝土悬链线拱桥，桥面设计为25 m，双侧设置人行道和中央双向四车道。为了与周边环境融合并提高桥梁设计美观性，在桥跨中间设计了梁亭构造。钢筋混凝土上承式悬链线拱桥结构整体设计见图2。

表1 方案比选分析

3.1 主拱圈

主拱圈采用C50防水混凝土，各孔拱轴线均采用悬链线，中孔及边孔计算矢高分别为9 m、8.845 m，计算跨径分别为70.90 m、70.74 m，计算矢跨比f/L分别为1/7.878、1/7.998，中孔拱轴系数M=1.756，边孔拱轴系数M=1.988。主拱截面采用等高度箱拱，中孔拱圈厚度为1.7 m，边孔拱圈厚度为1.5 m，单幅主拱圈横向宽21 m，标准段箱拱顶底板厚度0.22 m，腹板厚度0.6 m，单箱多室。

3.2 拱上建筑

拱上建筑采用空腹式布置，拱上立柱纵向标准跨径4.86 m，至拱脚处根据布置需要略微调整。立柱标准截面0.8 m×0.6 m，横桥向设置8个，两侧边缘立柱间距2.875m，中间立柱间距2.85 m；立柱下端设置横向通长的垫块与拱圈固结，并作为装饰拱和立墙的基座；每跨约1/4处立柱及两侧桥起终点处设置聚乙烯滑板支座，其余立柱接桥面板之间采用填塞1 cm厚油毛毡的方式搭接。伸缩缝位置处立柱下端与拱圈固结，顶端设置板式橡胶支座。

3.3 桥面板

图2 钢筋混凝土上承式悬链线拱桥设计构造立面图（单位：mm）

桥面板厚度30 cm，各跨之间一定长度均预留变形缝，桥台处设置80型伸缩缝，其他变形缝处设置桥面连接。桥面板原则上每4.86 m在立柱顶设置横隔梁一道，横梁宽度0.6m，高度0.6m，横向长度25m。桥面板施工完成后，现浇厚10 cmC40混凝土调平层。

3.4 桥墩

桥墩均采用承台带群桩式结构，承台采用两侧迎水面带椭圆弧的长方形截面，尺寸为25.1m×7 m×3 m，承台桩基础采用顺桥向三排梅花状布置，桩径1.5 m，桩中心距3.2 m，单幅桥共设置23根桩，桩长要求进入中风化花岗岩不小于2倍桩径，按嵌岩桩设计。承台采用C35混凝土，承台下设15 cm厚度C15素混凝土垫层，垫层每侧宽出承台20 cm。

3.5 桥跨凉亭构造设计

采用汉唐风格亭榭楼阁为设计主题，浓墨重彩般塑造了地标性的景观、观景建筑，三层三檐的建筑布局，以平缓深远的出檐，厚重有力的斗拱，精雕细琢的细部装饰，展现出雄浑、舒展的汉唐风格特点。同时空间尺度方面考虑了周边印山寺、印山亭、金子岭观光阁等重要景观。

凉亭由4座小塔和1座大塔组成，其中小塔为单层檐形式，大塔为多重檐形式，屋面形式均为歇山顶。小塔总高度为7.64 m，观景平台高度为3.10 m，行人可通过室外楼梯到达观景平台；大塔总高度为22.30 m，无观景平台，为三重檐形式，如图3所示。

图3 桥跨凉亭构造设计立面图（单位：mm）

4 结论

本文依托桂林市平乐县茶江二桥的设计，在提出预应力混凝土连续梁桥和钢筋混凝土上承式连续拱桥的方案基础上，通过比选确定了美观性能更好的拱桥方案，并针对拱肋、拱上建筑、桥面板、桥墩等进行了详细的设计构造。同时，为了进一步加强美观构造性，在桥跨中间设计了凉亭方案，使整个桥梁与周边环境协调统一。