鄖陽漢江四橋設計方案研究

李凡雄 褚瑩瑩 任 亞

(湖北省交通規劃設計院股份有限公司 武漢 430051)

1 設計原則

1) 橋梁跨越漢江應該在滿足使用要求的前提下，結構造型力求適用、安全、經濟、美觀，體現時代風貌，反映出我國在工程建設上的新技術、新水平，同時要立足國內，選用技術先進可靠、經濟合理適度、施工方便可行、養護維修方便、使用安全耐久的方案。

2)漢江是我國內河的較大河流之一，又是航運水利的重要水道，該項目靠近鄖陽城區，在橋型方案選擇時，除了要滿足橋梁的行車安全外，還應保證滿足航運、水利、防洪等諸多方面的要求。擬選橋型方案應盡量避免或減少對航運的影響，當考慮的橋型方案不能一跨過江時，在進行橋孔布置時要考慮中、枯水期及洪水期通航的要求，以及在施工期間應具有足夠的航道水域以確保正常航運，同時要盡量減小船舶撞擊橋墩的概率。

3)由于十堰市具有獨特的地區優勢和豐富的旅游資源，目前漢江上已建成和在建的跨江大橋各具特色，它們既溝通了兩岸交通，又成為提升城市整體形象的靚麗風景。本項目在橋型布置和結構的選擇時，既要考慮與古老的風景名勝相襯托，又要與漢江上的數座大橋交相輝映，為十堰市增添一道新的人文景觀，同時還要考慮到大橋橋位作為一種無法再生的天然資源格外珍貴，在橋型布置和結構選用時，在滿足使用要求、經濟合理適度的原則下，還要重視對橋位資源的有效利用。

2 橋梁主要技術指標

1) 道路等級：一級公路。

2) 設計車速：60 km/h。

3) 設計荷載：公路-I級。

4) 車道規模：雙向4車道,橋面總寬度為26.0 m。斷面布置為中央分隔帶1.0 m+左側路緣帶0.5 m×2+行車道3.5 m×4+右側路緣帶0.5 m×2+人行道與非機動車道混合車道4.5 m×2 =26.0 m。

5) 通航標準：通航等級為III級，設計最高通航水位168.20 m(黃海高程)。

6) 結構設計基準期：100年。

7) 環境類別：I級。

8) 結構設計安全等級：一級。

9) 設計基本風速：百年一遇v=24.1 m/s。

3 橋型方案介紹

橋型方案除滿足各方面使用功能外，主橋橋型結構力求技術先進、結構新穎、施工方便、使用耐久、外型美觀。結合鄖陽區域漢江橋梁建設狀況，構思了能以大跨徑跨越江面的上承式拱橋、中承式拱橋、懸索橋為主橋的3種橋梁方案進行比選。

1) 方案一。主跨430 m上承式鋼管混凝土拱橋。鋼管混凝土拱橋具有塑性好、質量輕、強度高、耐沖擊、耐疲勞等優點，隨著高強復合材料加入，薄壁結構出現，轉體施工、纜索吊裝系統等技術成功應用，鋼管混凝土拱橋逐漸成為大跨度橋梁理想橋型之一。

本方案采用的橋梁跨徑組合為4×40 m預應力混凝土連續T梁+456 m鋼管拱混凝土拱橋+10×40 m 預應力混凝土連續T梁，主橋計算跨徑為430 m鋼管拱混凝土拱橋，全橋長1 023.0 m，橋型布置立面見圖1。

圖1 上承式鋼管混凝土拱橋立面布置圖(單位：cm)

主橋上部為上承式鋼管混凝土桁構式肋拱，計算跨徑430 m，計算矢跨比1/5.5，矢高78.18 m。拱肋采用鋼管混凝土主弦管和鋼管桁片組成的空間桁架結構，上下游2道拱肋平行布置，截面高度從拱頂截面中心高7.0 m變化到拱腳截面中心高14.0 m，拱肋寬度為4 m，2肋間距13 m，2條主拱肋設橫撐以加強其共同受力。弦管采用直徑1 200 mm×壁厚35(26)mm鋼管內灌C60自密實無收縮混凝土，拱上立柱采用閉口鋼箱，斷面為140 cm×100 cm(內壁加勁)、高度為2.2～65.5 m，拱上蓋梁采用整體鋼箱結構。

拱上建筑采用跨徑24 m鋼-混組合梁，梁高2.0 m、標準寬度2.25 m，引橋采用40 m先簡支后連續預應力混凝土T梁，北岸引橋為4×40 m，南岸引橋為10×40 m。

2) 方案二。主跨450 m懸索橋。懸索橋是通過索塔懸掛并錨固于兩岸的纜索作為上部結構主要承重構件的橋梁。懸索橋主梁結構輕盈，主塔外形變化較多，在各種體系橋梁中的跨越能力最大。

本方案采用的橋梁跨徑組合為30 m 預應力混凝土簡支T梁+450 m懸索橋+7×30 m 預應力混凝土連續T梁，全橋長為702.0 m，橋型布置立面見圖2。

圖2 鋼-混組合梁懸索橋立面布置圖(單位：cm)

主橋為跨度450 m的單跨雙鉸懸索橋，主梁采用鋼-混組合梁，標準節段長8.5 m，梁全寬為27.4 m，高2.2 m。兩岸錨碇均采用重力式，主體部分采用C25鋼筋混凝土，預應力操作室待預應力張拉完畢并灌漿后用片石混凝土封填。主纜采用預制平行鋼絲索股(PPWS), 吊索為擠包護層扭絞型拉索，縱向間距8.5 m，每處吊點設置1根吊索。

主塔為門式框架結構,材料為C50鋼筋混凝土。主塔中部和上部分別設矩形下橫梁和上橫梁,主塔上部設有弧形裝飾罩。塔柱由底部到頂部為直立等截面,縱向6.0 m、橫向4.0 m,塔柱高度85.2 m。

塔柱按鋼筋混凝土構件設計,橫梁按預應力混凝土構件設計。主塔采用分離式基礎，每個塔柱下設9根直徑2.2 m的樁基礎。

3) 方案三。主跨430 m中承式鋼管混凝土拱橋。本方案采用的橋梁跨徑組合為：30 m 預應力混凝土簡支T梁+450 m鋼管拱混凝土拱橋+7×30 m 預應力混凝土連續T梁，主橋計算跨徑為430 m鋼管拱混凝土拱橋，全橋長為702 m，橋型布置立面見圖3。

圖3 中承式鋼管混凝土拱橋(單位：cm)

主橋上部為中承式鋼管混凝土桁構式肋拱，計算跨徑430 m，凈矢跨比1/4，凈矢高107.5 m。拱肋采用鋼管混凝土主弦管和鋼管桁片組成的空間桁架結構，上下游2道拱肋平行布置，截面高度從拱頂7.0 m變化到拱腳14.0 m，拱肋寬度為2.92 m，兩肋間距26.7 m，2條主拱肋設橫撐以加強其共同受力，弦管采用直徑1 220 mm×壁厚35 mm鋼管內灌C50自密實無收縮混凝土。

拱上立柱采用直徑920 mm×壁厚12 mm的雙柱鋼管混凝土排架，拱上吊桿采用平行鋼絲冷鑄錨，橫梁為組合截面梁，橋面為預應力鋼筋混凝土π形連續梁，全橋吊桿和立柱間距均為12 m。

4 橋型方案比選

總體原則[1-2]。城市橋梁除了滿足交通功能外，設計方案還應綜合考慮十堰市及武當山的地域特色、自然景觀和人文環境，讓橋梁成為裝扮城市的建筑藝術品，甚至成為一座城市的文化標志和象征。

1) 橋位環境。橋位處江面開闊，大橋橋型將成為江中景觀的主體，因此橋型體量不宜太低矮和單薄，同時隨著濱江新區的逐步開發，要考慮到大橋的造型與南北岸臨江區域的遠期現代建筑相協調。對比上述3種橋型，上承式拱橋整體雄偉壯觀，略微裝飾后，將具有更好的夜色景觀效果，與周邊的環境最為協調一致。

2) 地域人文特色。十堰是鄂西生態文化旅游圈的核心城市，“武當山”“丹江水”“汽車城”3張世界級名片閃耀全球。十堰的特色是青山綠水，武當文化厚重道遠，上承式拱橋猶如一道飛虹跨越漢江，遠觀如旭日在江面冉冉升起，代表著十堰人民的勃勃生氣，使之融景觀性、象征性、文化性和統一性于一體，創造出屬于十堰地域特色的橋梁景觀。

3) 橋梁文化。隨著十堰城市建設的發展，目前市區已建成的橋梁共有5座，具體概況見表1。

表1 十堰市區橋梁一覽表

從表1可以看出，市區漢江上橋型較為豐富，本項目如果采用上承式鋼管混凝土拱橋，不僅能完善十堰市區的過江橋庫，同時橋型古典與現代的結合更能體現城市銳意進取，開拓創新的精神。

以下將從結構形式、施工難度、造價等技術、經濟指標對3種橋型進行綜合比較，具體內容見表2。

表2 主橋橋型方案綜合比較表

以上通過對3種橋型的各種比選因素進行詳細介紹和定性分析，隨后基于模糊數學理論[3-4]對3種橋型進行定量的分析評價。

4.1 方案評價過程及結論

1) 確定評價指標項。

①橋位環境、人文、景觀；②施工技術難度；③工程造價；④后期養護管理。建立綜合因素集合U={u1,u2,u3,u4}。

2) 確定評價等級。橋型方案比選模型的等級集合為V={v1,v2,v3,v4}。分別對應:好,較好,一般,差。

3) 建立隸屬度矩陣。由5位專家和15位普通市民組成的評審團對橋型方案各自作出評價后,進行歸一化處理,從而得到隸屬度矩陣R。

4) 確定U中各評價指標的權重。由5位專家確定的原始權重矩陣為

從原始權重矩陣可以看出，專家對橋位環境、人文、景觀和工程造價2個方面比較重視。

5) 計算U的綜合模糊評價矩陣。利用K=AR公式計算并對計算結果進行歸一化處理后得出結果如下。

方案一。K1={0.423,0.395,0.169,0.023}。

方案二。K2={0.342,0.378,0.164,0.126}。

方案三。K3={0.425,0.345,0.141,0.109}。

6) 分析評價結果。分值向量集合賦值為S=[s1,s2,…,sn]=[100,85,60,30]，即分別對應:好100分,較好85分,一般60分,差30分。

則3個橋型方案得分結果如下：E1=86.7 ，E2=79.9 ，E3=83.6。

可以看出方案一的上承式鋼管混凝土拱橋方案最優。

5 結語

從橋位環境、橋梁文化、人文等方面及結構形式、施工難度、工程造價等技術、經濟指標進行綜合比較，認為上承式拱橋是鄖陽漢江四橋的最理想橋型。通過聘請5位橋梁專家和隨機抽取15位市民組成評審團對3種橋型打分推薦，并采用模糊數學理論對3種橋型進行定量分析評價，其結果與推薦的橋型方案一致。最終確定本項目采用主跨430 m上承式拱橋方案。

鄖陽漢江四橋采用主跨430 m上承式拱橋方案得到了相關方案評審專家的認可，下階段將在更詳實的水文、地質、地形等資料的基礎上進一步優化此橋梁方案。