新荔枝灣龍津橋設計

徐家慧

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060）

新荔枝灣龍津橋設計

徐家慧

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060）

以新荔枝灣龍津橋為例介紹了軟土地基拱橋設計時所考慮的外部邊界條件和基本設計思路，是對軟土地基拱橋設計理念的一次拓展，提出的設計思想可供類似工程參考。

拱橋；設計；計算；配筋

1 概述

“荔枝灣”現位于廣州市荔灣區，起源于公元前200年間的西漢時期。荔枝灣因水而生，因荔而盛，古時是嶺南著名的消夏勝地。新中國成立后，在急劇的工業化、城市化進程中，荔枝灣涌變成了人見人厭的“臭水溝”，迫于無奈，1992年政府以石板覆蓋其上，并在上面鋪上水泥，就成了荔枝灣路。2010年，借承辦亞運盛事的契機，廣州市、區政府決定對荔枝灣路揭蓋復涌，采取截污清淤，調水補水，以恢復河涌風貌，改善自然和人文景觀，延續城市記憶。

新荔枝灣龍津橋是一座車行橋，橫跨荔枝灣涌，北接泮塘路、逢源路，南接龍津西路，是連接荔枝灣涌兩岸人行、車行的重要交通通道。橋位平面圖如圖1所示。

圖1 橋位平面圖

2 地質情況

龍津橋所在場地屬珠江三角洲河漫灘地貌單元，場地巖土層按成因類型可分為填土層（Qml）、沖洪積成因（Qal+pl）淤泥（淤泥質土）、淤泥質粉細砂、粉細砂、中粗砂、淤泥、淤泥質土、粉質黏土（黏土、粉土）、中粗砂、殘積成因（Qel）粉質黏土（粉土），基巖為白堊系上統大朗山組（K2d）粉(細)砂巖和含礫細砂巖夾礫巖。基巖風化作用強烈，采用中、微風化基巖作為橋梁樁基持力層。典型地質剖面情況見表1。

表1 典型地質剖面情況

3 總體設計

3.1 技術標準

（1）荷載標準：城-A級，人群荷載4.25 kN/m2。

（2）橋面縱橫坡設置：最大縱坡i縱=4%，橫坡i橫=1.5%。

（3）主拱矢跨比約1/4，拱軸線采用二次拋物線Y=4fx2/L2。

（4）邊拱拱軸線采用圓曲線R=36 m。

（5）抗震設防標準：抗震設防烈度為7度，地震峰值加速度值為0.1 g。

（6）城市防洪、排澇標準重現期：設計基準期內洪水位6.66 m。

3.2 橋型方案

荔枝灣承載了千余年嶺南的記憶與情感，將“拱”這一中國最古老的橋梁建筑元素運用于跨涌橋梁設計中，宜應能體現對嶺南傳統文化的傳承與繼續。龍津橋建筑造型取材于嶺南古橋——順德明遠橋，為3孔實腹式石拱橋。但因橋位處于軟土地基，不適于采用石拱橋，而宜采用鋼筋混凝土拱橋。設計中對實腹式鋼筋混凝土拱橋和剛架拱橋兩種橋式方案進行了比選，綜合考慮剛架拱橋具有自重輕、材料省、整體性能好、對地基承載力要求比其他拱橋低等優點，而實腹式鋼筋混凝土拱橋自重大，水平推力大，且在軟土地基中被進一步放大，從而增加橋梁下部結構設計難度及工程造價等因素，最終將3孔鋼筋混凝土剛架拱橋作為實施方案，橋梁外觀通過構造處理，以貼石裝飾達到“古橋”的效果。龍津橋立面圖、建筑造型圖、建成后的樣子如圖2～圖4所示。

圖2 龍津橋立面圖

圖3 龍津橋建筑造型圖

圖4 建成后的龍津橋

4 結構分析與計算

4.1 計算模型

龍津橋主、邊跨拱腳與墩、臺固結，為拱梁結合的超靜定無鉸拱結構體系。溫度力計算：

（1）溫度變化：橋梁結構按整體有效升溫20℃，整體有效降溫20℃。

（2）梯度溫度按T1=25℃、T2=6.7℃考慮，豎向溫度梯度曲線按規范執行。

設計按滿堂支架現澆一次成型施工方法考慮。主拱計算模型圖如圖5所示。

圖5 主拱計算模型圖

4.2 設計計算

4.2.1 基礎形式的比選

拱橋建設需要有良好的地基以承擔拱腳的水平推力，而在軟土地基上建造混凝土拱橋，它對溫度變化及地基變形特別敏感，所產生的瞬間內力往往控制設計。因此，在軟土地基上建造拱橋，一般需要強大的墩、臺基礎抵抗水平推力[1]。因橋位處存在較深的淤泥層，淺埋式擴大基礎不適用本橋，而鉆孔灌注樁基礎是用樁周土的水平土壓力及樁身剛度來抵抗上部結構產生的水平推力，同時可通過調整樁數，達到提高樁身剛度和樁周水平土壓力的作用，故鉆孔灌注樁基礎可作為本橋的基礎。

4.2.2 結構計算

上部結構計算采用橋梁博士3.0平面桿系分析程序，拱腳與橋墩、臺固結，橋面梁體兩端豎向支撐，可沿橋梁縱向自由伸縮。

在上部結構恒、活載及溫度力的作用下，拱腳將不可避免地發生水平方向的位移，該位移值的大小對上部拱、梁結構設計、計算影響較大。設計中先采用假定拱腳水平強迫位移值的方法確定上部結構的約束邊界條件。這樣就存在一個問題：強迫水平位移取值大，上部結構計算截面尺寸大，不經濟；強迫水平位移取值小，上部結構計算偏于不安全。因此如何正確、合理地模擬墩、臺基礎對上部結構的約束，是上部結構計算的關鍵。設計中先初步擬定樁基直徑、數量及承臺尺寸，再將此擬定的基礎尺寸給入，按等剛度換算原則，先求出樁基礎在單位水平力和單位彎矩作用下的位移，再反算其水平線剛度和轉動剛度，此剛度即為基礎對上部結構水平和轉動的彈性約束系數，豎向仍按剛性約束計入，計算軟件采用了平面有限元程序。再根據上部結構的計算結果對下部樁基、承臺進行反復比選和優化，最終確定一個受力合理、可靠、經濟的上、下部結構尺寸：主拱圈0.4 cm；主墩承臺厚2.0 m，布設2排D1.5 m鉆孔灌注樁，每排4根，樁橫向間距3.4 m，縱向間距3.5 m，按嵌巖樁設計。

主墩樁基外力計算考慮兩種最不利的工況：

（1）成橋運營后，使用階段主拱及側拱恒載、混凝土收縮、徐變，滿布主拱跨活載，汽車制動力及溫度力組合（溫降）。

（2）施工過程，主拱施工完成后，側拱未施工的情況：考慮施工階段主拱恒載及混凝土收縮、徐變以及溫度力(溫升）的荷載組合。

4.2.3 群樁計算結果

采用“m”法對樁基內力、位移、配筋進行計算，樁頂以下8 m深度范圍為流塑狀的淤泥、淤泥質土，土體流變性較大，因不能提供有效的樁周摩阻力而計為樁身自由長度。計算結果見表2。樁頂橫向最大水平位移為5.08 mm。

表2 樁計算結果

4.3 結構配筋

主拱配筋按結構計算確定，截面內縱向受力主筋上下對稱設置，以適應沿拱圈各截面彎矩的變化，主筋采用直徑22 mm的螺紋鋼，鋼筋間距10 cm，同時，縱向主筋錨固在墩、臺身中，錨入深度60 cm。橫向分布鋼筋設在縱向鋼筋的內側，采用直徑12 mm的螺紋鋼；橫向箍筋的作用是將上下層主筋連系起來，以防主筋在受壓時發生屈曲，箍筋橫向兩兩相扣，采用梅花形布置（見圖6）。

圖6 主拱箍筋布置圖

5 結 語

拱橋是橋梁結構中常用的橋型方案之一。在軟土地基地區建造拱橋，為減少基礎的工程量，應優先考慮采用無推力或少推力的結構體系。龍津橋因受建筑景觀、場地環境、地質條件、工期要求等綜合因素的影響而采用了少推力的結構體系，設計采用鉆孔樁基礎抵抗拱橋的水平推力，并用換算剛度法等代下部基礎對上部主拱的約束剛度，較真實地模擬了軟土地基上拱橋的受力狀況，是一種安全、可靠的計算方法。

[1]范立礎．橋梁工程[M]．北京：人民交通出版社，1987.

U442.5

B

1009-7716（2016）12-0050-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.015

2016-08-29

徐家慧（1973-），女，河南確山人，高級工程師，從事路橋設計工作。