廣州從化大橋工程橋墩景觀及結構設計

汪荷玲

（廣州市市政工程設計研究總院，廣東 廣州 510060）

0 引言

隨著經濟的發展和人們審美觀的提高，人們不但關注橋梁建筑質量問題，并日益關注橋梁景觀的景觀設計，尤其是城市橋梁，其景觀設計對城市的發展和文化傳遞有著重要的意義。而橋梁墩柱是極其重要的組成部分，其美學與力學性能的優劣直接決定著橋梁整體的美觀與質量，在城市橋梁中，橋梁墩柱占據了人們很大的視線范圍，其美觀與否就顯得尤為重要。

故本文將針對廣州從化大橋橋墩，進行橋墩景觀及結構設計，并提出多種方案進行對比選型。

1 工程概況

廣州從化大橋全橋長466 m，主橋采用單跨136 m下承式倒三角鋼管拱橋（見圖1），引橋采用30 m、35 m預應力混凝土連續箱梁橋，全橋跨徑組合為：2×30m+3×35m+136m+3×35m+2×30m=466 m。主橋主梁采用單箱多室魚腹式斷面（見圖2），主墩采用弧形板式墩，群樁基礎。引橋上部結構采用單箱三室魚腹式斷面（見圖3），引橋橋墩采用與主橋橋墩外形相近的板式墩，樁基礎。廣州從化大橋橋型見圖1。

2 橋墩設計原則

本橋在進行下部結構設計時，遵循以下設計原則：

（1）協調統一

一座大橋梁設計工程龐大，涉及主橋、引橋等多重元素，要想設計出富有標志性建筑，就必須要考慮到“從多樣中尋求統一”[1]。廣州從化大橋從整體來看，主橋采用了下承式拱橋，拱式結構曲線優美，線形流暢，富有變化，視覺效果好，具有較強的感染力。從而主橋主梁和引橋主梁分別采用單箱多室魚腹式斷面和單箱三室魚腹式斷面，梁體底板與邊腹板均由一條圓弧線連成一體，通過曲線美與主拱結構遙相呼應。為了與上部結構外形風格協調統一，橋墩亦采用了具有曲線美感的花瓶墩結構，使得橋墩線型與主梁曲線美完美結合，融合為一體。但為了避免與以往的花瓶墩雷同，本橋橋墩設計時，通過對橋墩墩身橫向勾勒弧線凹槽，墩帽縱、橫橋向設置成鉆石型擴頭，使得橋墩造型多變不呆板。從而又體現了“從統一中尋求多樣”[1]這一思想。

（2）對稱設計

對稱美無論是大自然中，還是社會生活中，到處可見，在橋梁中也不例外。橋梁的對稱不僅能夠表現出力學上的平衡，又能夠融入藝術的原理[2]。廣州從化大橋的結構對稱不僅體現在縱向跨徑對稱，縱坡對稱。亦體現在橫向，上部結構和下部結構關于道路中心線對稱，橋墩本身亦是關于結構中心線對稱的。

3 橋墩方案選型

橋墩按形態分類可分為柱形橋墩、各種空心墩、板式橋墩等形式。

圖1 從化大橋橋型圖（單位：m）

圖2 主橋主梁跨中橫斷面

圖3 引橋35 m跨主梁橫斷面

（1）柱式墩

常用的雙柱式橋墩（見圖4）造型簡潔，橋墩墩身自重較小，但美觀性能一般，外觀單調。況且其整體風格與從化大橋拱橋橋型以及上部魚腹式主梁外形不協調，違背了“從多樣中尋求統一”這一原則。若采用此類柱式橋墩，會給人以頭重腳輕的感覺。

圖4 雙柱式橋墩

（2）花瓶狀板式墩

花瓶狀板式墩通過曲線變化將墩頂和墩底連起來成花瓶狀，并通過墩身局部刻槽，凹槽在墩身底部到墩頂逐步加寬呈花瓣形，見圖5。此類型橋墩輕巧美觀，簡單大方，市政橋梁設計中經常用到，但與本橋上部魚腹式主梁外形銜接起來不順暢，且景觀上沒有特點。

圖5 花瓶狀板式墩

（3）從化大橋橋墩

結合主橋拱橋橋型及上部主梁曲線構造的特點，本橋擬采用板式花瓶墩造型（見圖6）。相對于傳統的花瓶墩，本橋橋墩設計時在以下幾點做了改造：a.橋墩表面增加縱向裝飾與凹槽。通過橋墩墩身局部刻槽，一方面可以強化豎向的方向性，產生挺拔直立的感覺[3]；另一方面，裝飾線也起到很強的分割作用，將大塊混凝土化整為零，從而改善了單調呆板的表面[3]。加上凹入部分使反光面減少，對減輕笨重的體積感，改善單調呆板的表面都很有利。b.橋墩墩帽縱、橫向做成鉆石型擴頭，顯著改善了視覺效果。再者配以混凝土的材料質感，整體協調，力量與安全感體現較好。另外鉆石型擴頭起到了很好過渡作用，使下部橋墩與上部主梁自然、順暢的連接，同時也體現了力學連續感。

圖6 本橋板墩

4 結構設計

從化大橋橋墩采用花瓶形板式橋墩，墩帽縱橋向為鉆石型擴頭。引橋橋墩構造尺寸（見圖7）：30 m連續梁和35 m連續梁分別采用不用的尺寸。35 m連續梁墩底尺寸為400 cm×140 cm截面，墩帽尺寸800 cm×300 cm，花瓶墩弧形變寬高度為300 cm；30 m連續梁墩底尺寸為300 cm×120 cm截面，墩帽尺寸550 cm×200 cm，花瓶墩弧形變寬高度為150 cm。設計時應注意花瓶墩弧形變寬高度應根據墩高和上部荷載適當調整，原則上既要使墩底與墩頂順暢過渡，又要滿足支座反力的抗剪要求。橋墩立面采用“拱形門”刻槽（凹槽深度10 cm）來增加橋墩立面的變化。

圖7 從化大橋引橋橋墩構造（單位：mm）

主橋橋墩構造尺寸（見圖8）：墩底尺寸為1800cm×300 cm截面，墩帽尺寸2 680 cm×480 cm，花瓶墩弧形變寬高度為750 cm。由于主橋支座反力大，故支座中心線均布置在橋墩變化截面以內。主橋橋墩高，花瓶墩弧形變寬變高度取值較大，以便墩底與墩頂順暢過渡。主橋橋墩橫向較寬，故采用兩個“拱形門”刻槽（凹槽深度10 cm）來改善橋墩單調呆板的表面。

圖8 從化大橋主橋橋墩構造（單位：cm）

花瓶形橋墩的結構設計，包括橋墩墩底的受壓設計、制動力和活載偏載作用下的墩底偏心受壓計算、墩帽的支點豎向截面抗剪切設計與墩帽的鋼筋骨架設計。橋墩的受壓設計是一種常規設計方法，設計中應用較多，對于墩帽支點截面的抗剪設計與墩帽骨架鋼筋設計[4]，做簡要介紹（引橋）。

拉桿計算高度：h=1.8 m

拉桿鋼筋截面面積：As=12 000 m2

鋼筋中心距外緣距離as=0.086 m

拉桿壓力線在拉桿計算高度范圍頂面的作用點至墩臺邊緣的距離a=0.15h0=0.26 m

拉桿有效高度h0=1.714 mha=s+6d=0.27 m

撐桿壓力線與拉桿拉力線的夾角θ1=θ2=tan-1[h0/（x+a）]=70°

撐桿計算高度：t=bsinθ+hacosθ=0.77 m

設計反力Nd=7 000 kNDd=Nd/sinθ=7 303 kNTd=Nd/tanθ=2 083 kN

系桿鋼筋拉應變ε=[Td/（As·Es）+0.002]cot2θi=0.000 245

撐桿混凝土核心抗壓強度設計值fcd,s=[fcu,k/（1.43+304ε1）]=19.2≤0.48 fcu,k

撐桿抗壓承載力驗算：

γ0Dd=8 043 kN≤tbsfcd,s=17 740.8 kN滿足規范要求；

拉桿抗拉承載力驗算：

γ0Td=2 291 kN≤fsdAs=4 471 kN滿足規范要求。

5 結語

（1）根據鉆石外形特點，應用在花瓶形橋墩中，通過斷面棱角切面的變化，在形成富有藝術感的橋墩造型時，又保證了橋墩的結構設計安全，是現在橋梁美學的一次美麗嘗試。

（2）橋墩的建筑美學服從于全橋的建筑風格。對于大中橋梁，橋墩的美學首先應該滿足橋梁的視覺安全感。據此確定橋墩的基礎造型。通過橋墩上的線條變化、截面變化、立面凹槽甚至局部挖空改變橋墩的單調枯燥建筑形式。

（3）在現代化城市建設中，橋梁景觀設計越來越重要，在遵循橋梁總體景觀規劃布局下，方案設計應滿足城市建筑風格理念，達到景中有橋、橋中有景的有機結合。

參考文獻：

[1]姚建鋒.橋梁造型與景觀設計探析[J].江西建材,2015,157(4):150,153.

[2]張杰,孫建光.橋梁美學設計方法探討[J].公路交通技術,2014(1):150-153.

[3]蘭燕.橋墩造型及其抗震性能研究 [D].陜西西安:長安大學,2005.

[4]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].