淺析龍門大橋的設計創新

摘? 要：橋梁是城市基礎設施的重要組成部分，特別是大、中橋梁的建設對當地政治、經濟等都具有重要意義。因此，橋梁工程應根據所在地的作用、性質和未來發展需要，除符合技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理的要求外，還應按照美觀和環保原則進行設計，考慮因地制宜、就地取材、便于施工和養護等因素。本文以桂林龍門大橋的設計為研究對象，介紹橋梁方案構思、結構體系、施工方案、橋梁景觀上的創新，為類似橋梁的設計提供借鑒。

關鍵詞：龍門大橋;設計;V腿連續梁;橋梁景觀

中圖分類號：U442.5? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2019）05-0000-00

1 工程概況

新建桂林龍門大橋工程全長1.495公里，東起鐵山工業園鐵山一路，跨漓江，向西與萬福路東延伸段相接。龍門大橋是萬福路跨越漓江的重要節點，其中橋梁段長度為720m。主橋橋型采用少支架施工的三跨預應力鏤空式連續梁，跨徑組合為65m+106m+65m=236m，橫向為雙幅橋梁布置。

2 主要技術標準

（1）道路等級：主線為城市快速路;（2）橋梁結構的設計基準期：100年;（3）橋梁設計荷載：汽車荷載為城-A級，人群荷載3.5kN/㎡[1];（4）橋梁結構設計安全等級：一級;（5）橋梁標準橫斷面：人行道3m+非機動車3.5m+機非防撞護欄0.5m+機動車12m+中央防撞護欄0.5m+機動車12m+機非防撞護欄0.5m+非機動車3.5m+人行道3m;（6）橋面坡度：橋面最大縱坡為2.47%;橋面橫坡：車行道及非機動車道向外2%，人行道向內1%;（7）通航標準：通航標準VI（2）級的通航標準，最高通航水位145.359m，通航凈空8.8m，凈寬82m;（8）設計水位：主線橋梁按百年一遇洪水頻率，洪水位147.13m;規劃漓江東側堤園路按20年一遇洪水頻率，洪水位146.31m;（9）環境類別：I類;（10）地震烈度：抗震設防烈度為 6度，設計基本地震加速度為0.05 g;（11）防撞等級：SA，SAm;（12）橋面防水等級：I級。

3 方案構思

在項目建設之初，建設方提出以下要求：

（1）漓江上不建議采用高聳的結構物，避免破壞漓江原有的景觀風貌;（2）橋梁跨徑布置要滿足通航要求;（3）由于漓江汛期長、水量大，需要盡量減少水中橋墩;（4）橋梁方案盡可能需要做到視覺通透;（5）橋梁方案需要很好地融入桂林山水的風景畫面;（6）在滿足以上要求的前提下盡可能節約造價，并減少日后運營養護的難度。

鑒于龍門大橋設計需要滿足通航標準VI（2）級的通航標準（通航凈空8.8m，凈寬82m），又不能考慮帶有上構的結構方案，常規思路可采用大跨徑連續梁橋或上承式拱橋。大跨度連續梁橋的缺點是支點梁高一般達到跨徑的1/16到1/18，按106m跨徑將達到近7m，非常厚重。若采用上承式拱橋方案，則需要設置大噸位推力基礎，在桂林巖溶地區的地質條件下實施難度將大大增加。因此結合拱橋和連續梁橋的優點，大膽創新采用了造價相對低廉的大跨鏤空預應力混凝土連續梁結構;同時設置腹拱，一方面縮小V腿上的主梁跨徑，同時與桂林獨特的山型相呼應，與桂林山水相融合。該橋型為國內首座大跨度鏤空式（腹拱-V腿）預應力連續梁，橋梁效果圖1所示。

4 大跨度鏤空預應力連續梁的結構精細化分析

國內常規的V腿連續梁橋的V腿角度較大，V上跨徑小，偏向于結構化，景觀造型不美觀。本橋V腿角度較坦，接近于拱橋，V上主梁跨徑大，同時增設腹拱，結構的創新帶來了相對復雜的結構受力體系，對結構計算要求較高。設計過程采用了Midascivil/870和橋梁博士3.6兩種軟件分別建模進行計算，重點對預應力鋼筋砼主梁和鋼筋砼V腿和腹拱的受力情況進行考察，確保結構在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態均能滿足規范要求[2]。

同時對腹拱與主梁的連接方式進行了結構體系優化比選：方案一、固結：主梁、V腿和腹拱形成三角區，提高了結構剛度，對腹拱拱腳受力有利;無須設置支座，易于后期養護。方案二、支撐：主梁、V腿和腹拱形成三角區，提高了結構剛度，對腹拱拱腳受力有利，但腹拱拱頂剪力較大，須加厚該位置腹板厚度，故結構受力優勢不顯著;后期支座維護難度較大，不易更換。方案三、分離：釋放了腹拱頂部的剪力和彎矩，但V腿間主梁跨徑變大，以拉彎為主，主梁應力控制難度增大;腹拱對結構剛度的貢獻度下降，導致結構內力均有不同程度增大。主梁受力狀態較差，結構整體性較弱。

綜合考慮受力和運營養護等因素，最終選定受力相對合理并且耐久性較好的固結方式。

5 主橋橋墩基礎的選型

巖溶地區的大跨徑橋梁基礎選型是一個難題，本項目通過對擴大基礎方案與鉆孔樁基礎方案進行比選，從結構受力和施工難易分析：

（1）擴大基礎雖整體剛度好、抗水平力能力較強，但根據地質資料，基巖埋深起伏較大，巖面傾斜，溶洞及基坑止水問題，施工較難，風險大。（2）鉆孔樁基礎可穿過頂板較薄的溶洞、溶溝、溶槽等不良地質層，進入穩定的基巖中，從而能充分發揮石灰巖強度高的優點;施工時，可采用鉆孔平臺及圍堰進行基礎施工，風險較小。

經綜合分析，主橋橋墩采用鉆孔樁基礎。要求完整嵌入石灰巖不小于2m。

6 巖溶地區大型橋梁基礎長短樁受力性能研究

由于橋位處地質情況復雜，針對鉆孔樁基礎進行專項研究。根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》[3]，常規橋梁同一橋墩不宜采用不同樁長。以往常用的樁基計算軟件也不支持同一基礎不同樁長的計算。

因桂林屬于卡斯特地貌，巖溶廣泛發育，同一橋墩下，巖面差異巨大。因此不可避免地會出現同一墩臺基礎出現不同樁長的情況。如果僅按相同嵌巖深度的要求，可能會出現同一基礎，最短的樁長僅5～6米，最長樁長達到30多米。由于樁基剛度不同，在群樁受力時將產生較大的差異。我們采用多種新型樁基計算軟件對樁基計算進行復核，并進行了專門的三維有限元模型進行計算分析。根據最終的計算結果，設計通過控制樁長差異，有效降低樁基受力的不均勻性，并降低施工的難度和成本。

在施工期間，由于橋位處場地巖溶發育強烈，樁基礎施工遇到溶洞時，鋼護筒采用多級嵌套方式深入到溶洞底板，確保不塌孔。

7安全快速化施工方案設計

由于漓江常年水位141.2m，百年一遇洪水位147.13m，汛期長、水量大，水位變化大。除了滿足成橋狀態的防洪要求，還要滿足施工期間的行洪要求。以往國內出現過洪水期支架被沖垮的案例，因此在本項目中，施工方案設計引起高度重視。本項目采用少支架并預留通航孔的施工方案，支架、棧橋、鉆孔樁平臺高度均滿足50年一遇洪水位，確保施工期間的結構、施工機械設備和人員的生命安全。同時在可能的前提下，盡可能減少節段澆筑數量，縮短工期，有效地配合了橋梁的早日建成通車。

該項目建設雖然規模相比以往漓江上的橋梁更大，并且采用全混凝土結構，同樣遭遇溶洞、洪水等不利的自然、地質條件，但工期僅2年不到（22個月）的時間就能建成，堪稱桂林漓江建橋史上的奇跡。

8 橋梁景觀設計

城市橋梁既要成為城市獨特的風景線，為城市添光彩，又要與自然美景相融合，這也是龍門大橋方案構思的核心思路，即緊緊圍繞“世界旅游名城”和“山水甲天下”主題展開，既考慮與城市優美環境相融合，又踐行簡約樸實的優良傳統。

（1）龍門大橋采用拱形結構形式，主要體現曲線美，來源于漓江水綿延流淌，給人恬靜、心曠神怡之感。（2）兩個大拱圈代表窗口，給人以通透的感覺，寓意透過窗口向世界展示桂林，展示中國。（3）通過剪影手法，將桂林山之美借到兩個大拱圈之中。桂林的山奇異、險峻、連綿，堪稱山巒疊嶂。大拱圈中的小腹拱，就是從連綿的山峰峻嶺中簡化而來，寓意桂林的山，同時形成“山”子形狀。（4）龍門大橋體現融合進城市美景，而不是突兀的獨自成景。設計時，控制好橋梁的高度，達到將其嵌入山水美景當中，成為美景的一部風，充分體現旅游城市的寧靜、秀美，避開了工業城市的繁華、壓抑。（5）除了橋梁結構景觀造型外，還對龍門大橋夜景燈光進行設計：通過在梁側、梁底、副拱設置LED投光燈，打造多彩變換的桂林山水、漓江夜色。

9 結語

桂林龍門大橋設計克服了橋位處復雜的水文、地質、通航條件，大橋造型優美，建筑造型融入桂林山水。目前已通車兩年多，建成后不僅滿足了城市交通功能，同時也為桂林市增添了一處優美的城市風景。龍門大橋的建設，可為類似工程的設計提供借鑒和參考。

參考文獻

[1] CJJ 11-2011.城市橋梁設計規范[S].

[2] JTG 3362-2018.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[3] JTG D63-2007.公路橋涵地基與基礎設計規范[S].

收稿日期：2019-08-12

作者簡介：焦利濤（1984—），男，河南滑縣人，本科，工程師，研究方向：橋梁工程設計。

Design Innovation of Longmen Bridge

JIAO Litao

（Tongji University Architectural Design（Group）CO.，Ltd， Shanghai? 200092）

Abstract： Bridges are an important part of urban infrastructure， especially the construction of large and medium bridges is of great significance to local politics and economy. Therefore， the bridge should be designed according to the role， nature and future development of the location， in addition to meeting the requirements of advanced technology， safety， reliability， durability， and economic rationality， the bridge should also be designed in accordance with the principles of aesthetics and environmental protection. Factors such as ground extraction， ease of construction and maintenance. This article takes the design of Guilin Longmen Bridge as the research object， and introduces the innovation of the bridge scheme concept， structural system， construction scheme， and bridge landscape to provide reference for similar bridge designs.

Keywords： Longmen Bridge; design; V-leg continuous beam; bridge landscape