塘前路拱形連續剛構橋總體設計

方衛國，夏 至，朱純海，施霄飛

(江蘇中設集團股份有限公司 無錫市 214072)

1 工程概況

塘前路橋位于江陰市澄江街道，起點位于通江南路，終點位于環城西路，跨越錫澄運河，位于杏春橋南側，塘前路橋工程全長約456.896m，道路等級為城市次干路，道路紅線寬度為33m。

本項目的實施進一步拉大城市框架，優化城市空間布局，提高城市空間利用效率，突出城市地域特色，推進江陰錫澄運河區域由交通樞紐城市向有實力、有活力、有競爭力區域性中心城市轉變。

2 橋梁總體方案構思

橋梁設計以功能性為主，注重性價比，充分考慮工程造價和后期維護成本，造型風格遵循適用、經濟、美觀、綠色的總體原則。城市景觀橋梁應充分挖掘地域歷史文化內涵，體現橋梁的時代性、藝術性和力學美。

塘前路橋地處江陰歷史風貌景觀區，作為江陰城市名片的重要節點，其設計定位從以下兩方面考慮：

(1)景觀定位：歷史沉淀、人文底蘊。

(2)功能性定位：按規劃要點要求無縫對接區域道路，滿足防洪要求，考慮橋下預留通道的需求。

2.1 設計控制條件

(1)與規劃道路交叉口銜接，規劃路網標高控制。西側與通江路交叉口控制標高5.4m，東側與環城西路交叉口控制標高4.2m，錫澄運河至通江路交叉口距離約180m，至環城西路交叉口距離約120m。

(2)錫澄運河河口規劃寬度62m，規劃為旅游航道，參考限制性Ⅶ級航道通航標準，常水位標高為1.971m，凈高要求不小于3.5m，凈寬要求不小于18m。

(3)預留橋底通道—運河公園綠道，同時公園綠道可兼做防汛通道。運河公園綠道凈寬按5m設計，凈高按2.5m控制。

(4)橋梁縱斷面、橫斷面布置需滿足行人及非機動車上下橋的需求，縱坡不大于2.5%。

2.2 總體布置

本著滿足行洪要求，充分考慮該處設計控制條件，并結合橋梁景觀效果及與兩端交叉口的銜接，橋梁跨徑按(35+50+35)m布置。

橋梁范圍內縱斷面由i=2.35%和i=-2.11%的兩段縱坡相接，i=2.35%坡長189m，i=-2.11%坡長267.896m，豎曲線類型為凸型豎曲線(圖2)。

2.3 方案構思

錫澄運河的歷史源遠流長，橋梁的景觀設計也需要融入運河的文化元素，以形成真正的橋梁與周邊環境的融合。錫澄運河船來船往，交通繁忙。其中，古代運河船身具有一定的造型特點，綜合考慮中國古代船身元素，構思了以“古船河韻”為主題的橋梁方案，以呼應源遠的中國古典文化，以及璀璨的運河文化。

“古船”的弧形船身造型運用于橋梁造型設計當中，可獲得張力感極強的橋梁方案，最大程度地取得橋梁與江陰水鄉地區的人文與環境景觀協調。

根據方案的景觀構思，結合橋位處現場設計控制條件，本橋采用鋼結構或鋼-混凝土混合梁設計更能凸顯結構景觀造型，但由于本項目限額設計要求的造價控制，設計最終選定預應力混凝土拱形連續剛構橋方案。

3 結構設計

拱形連續梁橋是一種帶V形支撐的連續梁橋,具有結構新穎、受力合理、造價經濟等特點。拱形連續梁，其本質是屬于連續梁體系，它是借鑒拱橋的造型，通過將變截面連續梁的根部厚度進行加高，再通過調整梁底線形，使梁底面形成一個拱形結構，其受力特性與V形支撐連續梁一致，梁底面曲線可以是懸鏈線、拋物線，小跨結構還可以設計為圓曲線。

本項目橋梁結構方案采用(35+50+35)m的預應力混凝土拱形連續剛構橋。梁底面曲線采用圓曲線，拱形連續剛構的矢跨比為1/9.4。

橋梁標準橫斷面為3.0m(人行道)+4.0m(非機動車道)+2.0m(側分帶)+15.0m(機動車道)+2.0m(側分帶)+4.0m(非機動車道)+3.0m(人行道)=33m。見圖6。

3.1 上部結構設計

為滿足橋梁景觀造型效果，主梁采用倒梯形斷面(船型斷面)，單箱三室結構，跨中梁高180cm，主墩處承臺頂面至梁頂高760cm，主梁梁底采用圓曲線。主梁邊腹板斜率隨梁高變化，邊腹板表面為空間曲面，考慮空間曲面結構受力復雜，適當加厚邊腹板尺寸，邊腹板厚度取35cm。中腹板厚度55～90cm，頂底板厚度28cm，單幅箱梁頂板寬度1650cm，箱梁及V腿底寬取600cm。

主墩墩頂梁高180cm，腹板厚度55～75cm，頂底板厚度28cm，箱梁頂板寬度1650cm，箱梁底寬取1405.6cm，邊腹板斜率不變。

V腿采用實心梯形斷面，V腿與主墩交界處斷面高約150cm，與主梁交界處斷面高約180cm，V腿高度隨主梁梁底曲線變化。見圖10。

主梁縱向預應力采用12～15Φs15.2規格的鋼絞線束。橋面板采用3Φs15.2規格的鋼絞線束。由于本橋矢跨比較小，V腿配置15Φs15.2規格的鋼絞線束，以改善V腿應力狀態。

上部結構混凝土用量指標1.24m3/m2,預應力鋼束用量指標51kg/m2，普通鋼筋用量指標228kg/m2。

3.2 下部結構設計

V腿下橫梁采用梯形斷面(船型墩)，梯形斷面頂寬100cm，作為預留平臺可供設置造型雕塑，梯形斷面底寬500cm，高240cm；V腿下橫梁橫橋向寬1000cm。為保證橋梁景觀效果，V腿下橫梁底面設置在常水位下方10cm左右。

鑒于本橋采用剛構體系，承臺采用高樁承臺，以減小基礎剛度，降低結構溫度應力。為減小阻水面積，承臺設計為圓端形。承臺平面尺寸為11×7.3m，承臺厚為2.5m。主墩基礎采用雙排鉆孔灌注樁基礎，樁徑為1.5m。

橋臺采用薄壁式橋臺，基礎為雙排鉆孔灌注樁基礎，樁徑為1.2m。

3.3 結構計算分析

3.3.1總體結構計算分析

總體縱向計算采用空間桿系結構驗算，根據橋梁施工流程劃分計算階段。并按A類預應力構件對主梁在施工階段、使用階段進行抗裂、應力、承載能力驗算。

結構分析采用橋梁空間有限元計算程序Midas Civil，結構采用空間梁單元模擬，上部結構72單元，斜腿24單元，承臺6單元，樁基240單元。

計算模型及邊界條件如圖13。

結構主要計算結果如圖14。

頻遇效應組合作用下，結構正截面最大拉應力為0.4MPa<0.7ftk=1.855MPa；最大主拉應力為0.8MPa<0.5ftk=1.325MPa。準永久效應組合作用下，主梁不出現拉應力，主梁抗裂驗算滿足規范要求。

由圖15和圖16可知，承載能力極限狀態下主梁的正截面抗彎強度和斜截面抗剪強度均滿足規范要求。

3.3.2橫向框架模型計算分析

橫向框架模型取1m節段計算，結構采用梁單元模擬，模型共96個單元。

橋面板最大拉應力為0.74MPa<0.7ftk=1.855MPa；橋面板最大主拉應力為0.13MPa<0.5ftk=1.325MPa，橋面板抗裂驗算滿足規范要求。橋面板最大壓應力為10.7MPa<0.5fck=16.2MPa，橋面板持久狀況下混凝土的應力驗算滿足要求。由圖19可知，橋面板承載能力極限狀態驗算滿足規范要求。

根據橫向框架計算模型分析結果，進行邊腹板的截面驗算和裂縫驗算，如表1和表2所示，計算結果表明邊腹板的截面驗算均滿足規范要求。

表1 邊腹板承載能力驗算

表2 邊腹板裂縫驗算

4 施工方案

上部結構采用支架分塊現澆施工方案。拱形連續剛構橋為多次超靜定結構，不宜一次性整體澆注。由于本橋為規劃旅游航道，具備滿堂支架施工條件，通過節段分塊澆注，可以減小由于收縮徐變引起的次內力，從而改善結構受力狀態。

5 結語

塘前路橋選用拱形連續剛構橋作為城市文化的載體，同時上部結構斷面創新性的采用船型斷面，在國內同類橋梁中尚屬首次。通過精心構思和設計，將其塑造成為一座地標性建筑，充分反映區域經濟發展和歷史文化底蘊。

系統梳理了塘前路橋的總體方案設計構思和結構設計特色，希望能為城市景觀橋梁設計提供有益的思路，同時也為今后類似橋梁的設計提供一定的借鑒。