復(fù)雜條件下城市橋梁方案綜合分析

劉瑞勛 （安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 引言

城市橋梁在設(shè)計(jì)上受到多種因素的影響，功能上要滿足基本的交通要求和道路規(guī)劃要求，景觀上要與環(huán)境和諧統(tǒng)一，并服從城市規(guī)劃總體意圖。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，周圍建筑物、地下管線、用地布局、河道規(guī)劃等都會(huì)成為城市橋梁設(shè)計(jì)的制約條件。如何在錯(cuò)綜復(fù)雜的條件下選擇一個(gè)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案則常常需要設(shè)計(jì)人員不拘一格，開闊思路，綜合分析，從不同的角度來(lái)打磨設(shè)計(jì)方案。

以下以黃山市桃花島大橋?yàn)槔攸c(diǎn)介紹復(fù)雜條件下城市橋梁方案的綜合分析方法。

2 桃花島大橋概況

黃山市桃花島位于黃山市屯溪區(qū)，是由于橫江分汊成南、北兩條水道而形成的島嶼，總占地面積約30hm2，以開發(fā)旅游地產(chǎn)為主。目前島內(nèi)西半部分的別墅群區(qū)已經(jīng)投入使用，島內(nèi)居民通往市區(qū)的唯一出口為跨越北分洪道的桃花島北橋。

圖1 桃花島南大橋地理位置圖

本次設(shè)計(jì)桃花島大橋?yàn)槟蠘颍缭綑M江南分洪道，北接桃花島，南接市區(qū)橫江西路。

橫江南分洪道河道寬約110m，河道北岸為桃花島環(huán)島圈堤，南岸尚未有任何岸坡防護(hù)設(shè)施，但已規(guī)劃有沿河大堤。

3 初步設(shè)計(jì)方案

通過(guò)對(duì)橋址處勘察發(fā)現(xiàn)，該橋位處橫江北分洪道，與下游橫江橋現(xiàn)有的兩座空腹式拱橋最大距離1km，三橋在平面位置上圍繞桃花島呈三角形分布。

圖2 現(xiàn)狀桃花島北橋

按照景觀設(shè)計(jì)的一致性、相融性原則，新橋設(shè)計(jì)方案一主推與現(xiàn)狀老橋外形基本相同的空腹式上承板拱橋，景觀主體取意“三橋同輝”，充分體現(xiàn)融入特色，強(qiáng)調(diào)整體氛圍。

方案二仍以拱式結(jié)構(gòu)為主基調(diào)，采用波浪系桿式中承拱橋，三跨聯(lián)拱映照連綿起伏的黃山，如盤龍游弋于云海，體現(xiàn)了山水畫廊的空蒙意境；又如“徽駱駝”，安靜卻又跳躍，體現(xiàn)了今日徽州人、徽州景，詮釋“徽山皖韻”的獨(dú)特魅力。

方案三采用斜拉橋結(jié)構(gòu)，但主塔采用橢圓拱形塔，似鏡面看畫里風(fēng)光，如笑臉與桃花相映成趣，恰如人行明鏡中，鳥度屏風(fēng)里，形成了“鏡花水月”的唯美意境。

新橋三種設(shè)計(jì)方案主題突出，各具特色，經(jīng)綜合分析對(duì)比，最終采用與兩座老橋結(jié)構(gòu)外形一致的方案一，即空腹式拱橋方案，取意“三橋同輝”。

圖3 橋梁景觀方案比較表

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到桃花島北橋布置為5孔32.5m空腹式等跨徑鋼筋混凝土板拱橋，結(jié)合橫江南分洪道河道規(guī)劃寬度、水文及兩側(cè)地形情況，桃花島南橋初步方案確定采用4孔32.5m空腹式等跨徑鋼筋混凝土板拱橋。

4 設(shè)計(jì)方案實(shí)施限制條件及存在的問(wèn)題

本次設(shè)計(jì)桃花島南橋平面按照規(guī)劃線位布置，縱斷面控制因素較多，主要有：河道防洪標(biāo)準(zhǔn)、橫江水系的規(guī)劃防洪水位、黃山機(jī)場(chǎng)凈空要求、北側(cè)桃花島現(xiàn)狀及小區(qū)的高程銜接、平縱銜接、規(guī)劃防洪堤高程處理、南側(cè)小區(qū)地坪高程等。如何在不改變景觀造型條件下，將橋梁縱面與結(jié)構(gòu)合理銜接是本橋設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

根據(jù)橋位處洪水評(píng)價(jià)報(bào)告，桃花島南橋設(shè)計(jì)水位采用131.85m，鑒于拱橋結(jié)構(gòu)的特殊性，規(guī)范要求無(wú)鉸拱設(shè)計(jì)洪水位不宜超過(guò)拱圈高度的2/3，且拱頂?shù)酌嬷劣?jì)算水位的凈高不得小于1.0m，推算出各跨拱頂橋面設(shè)計(jì)標(biāo)高均不小于135.9m。

圖4 初步方案縱斷面示意圖

由初步方案縱斷面布置可以看出，此方案存在幾個(gè)主要的問(wèn)題：

①由于橫江北岸路面高程在130.5m左右，且小區(qū)大門距河道邊僅65m，設(shè)計(jì)縱斷面高出小區(qū)地塊2.9m，橋梁實(shí)施后，小區(qū)車輛需通過(guò)輔道繞行110m后在縱坡落地處才能上橋；

②橫江南岸道路填方均高接近4m，土方工程量大，且附近村莊道路接入困難；

③規(guī)劃?rùn)M江堤頂為防洪大堤，需預(yù)留防洪通道，并進(jìn)行適當(dāng)改移與橋梁總體布置相適應(yīng)；

④橋梁縱坡為3.93%和-4.0%，不利于非機(jī)動(dòng)車行駛,交通安全存在隱患。

圖5 小區(qū)車輛繞行示意圖

針對(duì)方案中存在的幾個(gè)問(wèn)題，在經(jīng)建設(shè)單位與各相關(guān)權(quán)益單位溝通后，回復(fù)確認(rèn)桃花島小區(qū)不同意通過(guò)輔道繞行的上橋方案，避免造成社會(huì)矛盾，另外，縱坡過(guò)大不利于居民非機(jī)動(dòng)車安全出行，社會(huì)影響較大，應(yīng)盡量降低道路縱坡。

5 設(shè)計(jì)方案存在問(wèn)題的解決

由于橋位處景觀要素限定了附近三座橋梁宜盡量形式統(tǒng)一，河道斷面基本固定，設(shè)計(jì)防洪水位固定，兩側(cè)橋頭道路與小區(qū)需順接且縱坡不能過(guò)大，但拱橋橋型本身卻要求橋面較高，以滿足防洪需求。因此，受客觀條件制約，必須進(jìn)一步優(yōu)化拱式橋梁方案，使得橋面高程得以降低。

經(jīng)再次分析拱橋縱坡成因后，確認(rèn)形成拱橋縱坡過(guò)高的關(guān)鍵因素在于近岸側(cè)邊孔的控制高程。按照“無(wú)鉸拱設(shè)計(jì)洪水位不宜超過(guò)拱圈高度的2/3，且拱頂?shù)酌嬷劣?jì)算水位的凈高不得小于1.0m”的要求，當(dāng)各孔拱橋采用等跨布置時(shí)，由于拱矢高與跨徑是成一定比例的，邊孔跨徑大，相應(yīng)的矢高越大，在設(shè)計(jì)水位一定情況下，邊孔的橋面標(biāo)高相應(yīng)越高，而且小區(qū)大門距河道邊僅65m，橋梁縱坡降低有限，最終導(dǎo)致小區(qū)大門處設(shè)計(jì)縱面與實(shí)際路面高差近3m。

經(jīng)綜合分析，要降低橋面高程，相應(yīng)的解決方案就是采用不等跨布置。在經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定了合理的邊中跨比后，橋跨最終布置為（20+25+30+25+20）m五跨上承式鋼筋混凝土拱橋。

調(diào)整設(shè)計(jì)方案，橋梁設(shè)計(jì)縱斷面高出小區(qū)地塊僅0.9m，通過(guò)小區(qū)大門前道路適當(dāng)上抬，小區(qū)車輛可直接出門后上橋。

橫江南岸道路填方均高降低至2m，土方工程量減少，附近村莊道路接入方便。

橋梁兩側(cè)縱坡采用3.5%，坡長(zhǎng)135m，滿足非機(jī)動(dòng)車道縱坡設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

城市中橋梁方案的選擇已不僅僅是滿足通行功能，還須考慮周邊建設(shè)條件，對(duì)居民生活影響程度，景觀造型與環(huán)境的融合性，并充分考慮防洪安全、結(jié)構(gòu)安全、使用安全等多種復(fù)雜因素。橋梁設(shè)計(jì)人員在選擇橋梁方案時(shí)，需具有總體意識(shí)，路橋綜合考慮；以人為本，注重路橋銜接處理，提高舒適度；另辟蹊徑，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化上下功夫，通過(guò)綜合分析、不斷磨合最終滿足各方需求，達(dá)到形式與內(nèi)容的高度統(tǒng)一。