縱橫梁體系全鋼系桿拱橋總體設計

任清順，張胡芝，夏東旭，甘嵐

（四川西南交大土木工程設計有限公司，成都 610031）

1 項目背景

通濟橋位于成都市天府新區華陽鎮，橫跨府河，是連接府河東西片區的重要交通要道。該橋是原橋被洪水沖垮后的新建橋梁，原橋為7孔實腹式石拱橋，橋寬10 m，又名中興橋，修建于清朝道光五年（1825年），是川西歷史文物古橋，于2010年遭遇罕見洪水主橋墩被沖垮，兩岸交通繞行較遠，嚴重阻礙了交通。

在延續原橋歷史人文內涵的前提下，為適應新時代發展需求，新建通濟橋采用單孔下承式系桿拱橋（見圖1），主跨為148 m，橋寬30 m。設計洪水頻率為200 a一遇[1]。

圖1 成橋實景圖

2 主要技術標準

1）道路等級：城市次干道。

2）設計時速：30 km。

3）設計活載：城-A級。

4）橋面布置：橋寬30 m，雙向4車道+非機動車道+人行道。

5）橋下通航標準：Ⅵ級航道，單孔雙向凈空尺度為50 m（底寬）×43 m（頂寬）×6 m（凈高）。

6）設計洪水頻率：P=0.5%，對應的設計洪水位為476.90 m。

7）結構設計基準期：100 a。

8）地震動峰值加速度：0.10g；場地特征值周期：0.45 s。

3 場地條件

通濟橋位于華陽街道辦錦江社區西，橫跨府河，呈東西走向。橋位處地貌單元為成都平原岷江水系一級階地，地形平坦、開闊。

場地位于成都市，屬亞熱帶季風型氣候，風向以北稍微偏東的風向為主導，風速常年平均值為1.2 m/s，年雨量主要集中在7~8月份，全年平均降雨量處于900~1 000 mm。

橋位處錦江河道現狀寬度約85 m，規劃河道寬120 m，往雙流岸偏移，河道上下游均為規則的河堤。錦江此段常水位高程為472.79 m，設計洪水頻率為200 a一遇時，洪水位高程為476.90 m。航道為Ⅵ級航道，而且由于橋位斜跨河道，經通航論證，采用一跨過河的方式進行橋型設計。通常主孔跨度首先要滿足橋下通航要求，還要考慮主墩防船撞的安全[2]。因此，受場地條件控制，本橋主橋跨度為148 m。

綜合考慮橋位處特殊的歷史人文環境，結合新時代下人們對美好建筑的向往，秉承繼往開來的人文精神，橋型選用單孔下承式系桿拱橋，景觀上保留原橋的拱形，結構造型簡約、流暢，剛柔并濟，曲線優美，寓意該橋成為聯結新舊時代的交通紐帶和人文歷史的傳承。

4 橋梁總體設計

橋梁總體設計按照安全、耐久、適用、環保、經濟和美觀的原則進行[3]。

4.1 線路平縱設計

根據場地規劃線路中線，結合道路交叉口現狀和通航要求，線路與河道呈斜交25°布置。

規劃線路寬度為30 m，主橋考慮行人和非機動車過橋，橋寬設計為30 m，引橋受兩側既有建筑物控制，橋寬設計為19 m。

受橋下通航因素以及兩岸引道橋下通行凈空限制，全橋線路縱坡均采用6%，橋下通航凈高按6 m設置，以滿足200 a一遇最高洪水位通航要求。全橋總長331.44 m，其中，主橋全長262.44 m，主橋采用一跨過河的下承式系桿拱橋方案，引橋采用預應力混凝土連續梁橋方案。主橋人行道和非機動車道于主橋兩端接緩梯道下地，不經過引橋，為增大底層道路空間利用率，引橋橋墩為獨柱式Y形墩。

4.2 橫斷面設計

主橋橋梁全寬30 m，橋梁橫向斷面布置為：兩側各布置3.5 m寬人行道、2.0 m寬吊桿保護區及2.0 m寬停車帶，車行道寬14 m雙向通行，橋面設1.5%的“人”字橫坡，如圖2所示。引橋橋寬19 m，路幅布置為0.5 m防撞墻+2 m停車帶+14 m車行道+2 m停車帶+0.5 m防撞墻。

圖2 主橋橫斷面圖（單位：cm）

4.3 主拱圈方案比選

根據既定的全鋼系桿拱橋方案，梁體采用鋼梁，結合業主的景觀需求，在同等跨徑、橋寬布置下，對拱圈進行方案比選。設計2種不同的主拱方案，如圖3、圖4所示。

圖3 箱型截面鋼拱圈方案

圖4 鋼管桁架拱圈方案

圖3 所示箱型截面鋼拱圈受力明確，線條簡單大氣，涂裝紅色，顯得活潑有朝氣。實際工程中使用較多。施工技術成熟，難度相對較低，施工工期短，造價相對較低。

圖4 所示鋼管桁架拱肋由多根細鋼管通過連接構件相連形成桁架式拱肋，其造型新穎，線條多樣。但是拱肋各構件受力較復雜，局部失穩等問題較多，且2片拱肋之間不能設置橫承，整體受力較差。拱肋結構對施工工藝要求較高，工期較長，造價較高。

通過比選，最終選擇圖3所示鋼箱矩形截面主拱方案作為實施設計方案。

4.4 橋跨布置

新建通濟橋橋梁全長331.44 m，是孔跨布置為2×28.5 m+148 m+28.5 m+28.94 m的下承式系桿拱橋，與河道斜交布置，受橋位處通航及行洪控制，主橋跨徑為148 m。東、西兩岸引橋分別為2×28.5 m和28.5 m+28.94 m的兩跨預應力混凝土連續梁橋。橋型布置如圖5所示。

圖5 橋型布置圖(單位：cm）

4.5 主橋主要結構設計

4.5.1 加勁梁設計

加勁梁按縱、橫梁結構體系鋼梁設計，梁長152.9 m，高2.5 m，局部拱粱結合段處高度采用線性過渡至3.5 m。2片箱型主縱梁左右間距為21 m，橫梁縱向按3.0 m間距布置；主縱梁寬度為2 m。橫梁設計為“工”字形截面，腹板厚14 mm，下翼緣板厚度16～18 mm，頂板為橋面板。端部拱梁結合段處橫梁采用單箱雙室箱型截面，用以保證結構的整體性能。主梁施工方法為工廠制造節段，現場拼裝施工，采用的縱橫向節段劃分的方式有效地解決了施工現場的運輸和拼裝問題[4]。

4.5.2 鋼箱拱肋設計

左右拱肋平行布置，橫向間距為21 m；拱肋采用懸鏈線線型設計，拱軸系數為1.5，計算跨度148 m，矢高37 m，矢跨比為1∶4。拱肋結構按箱型截面設計，橫向2.0 m，等寬，截面高度由拱頂的2.0 m漸變至拱腳的3.5 m，截面厚度系數為n=0.274 090 43。橫向兩拱肋間沿縱向按間距33.0 m，共布置3道橫撐，橫撐為單箱單室截面，頂、底板及腹板鋼板厚度均為16 mm。采用節段預制拼裝施工，最大節段長度為41 m，吊裝質量為76.65 t。

4.5.3 系桿設計

橫橋向在拱肋對應位置均設4束可更換式環氧涂層型鋼絞線成品系桿。單根索體均采用直徑為15.20 mm，抗拉強度為1 860 MPa的鋼絞線，每根索體由37根鋼絞線外套PE（聚乙烯）組成，每根鋼絞線均噴涂環氧涂層。每根系桿公稱截面面積為5 143 mm2，破斷力為9 570 kN，安全系數均大于2.5。系桿采用可更換式錨具體系直接錨固于拱粱結合段后隔板處。

系桿采用分次張拉工藝施工，與主拱加載程序相匹配，其作用為平衡拱肋恒載推力，提高結構受力安全儲備。

4.5.4 吊索設計

本橋共包含15對吊索，縱向布置間距為9.0 m。吊索采用噴涂型環氧鋼絞線束，每根吊索由19根標準抗拉強度為1 860 MPa的φs15.20 mm噴涂型環氧鋼絞線組成，公稱截面面積2 641 mm2，破斷力為4 915 kN，采用擠壓型錨具。吊索兩端均采用銷鉸式分別與主梁和拱肋連接，張拉端位于梁頂處。

4.6 下部結構設計

主橋承臺采用整體式承臺，下部設12根直徑為1.8 m的鉆孔樁，按嵌巖樁設計。主橋下部結構采用蓋梁柱式墩。

交界墩為墩柱+蓋梁形式，蓋梁為矩形截面，3個間距10.5 m、直徑2.5 m的墩柱與蓋梁連接，基礎為樁基。

4.7 主橋夜景照明設計

主橋主拱圈采用紅色，寓意原橋豐富的歷史人文特色，夜景照明通過橋面燈光點綴烘托出主拱肋、主梁及吊桿等主要結構構件，結合時空及色彩，對橋梁景觀效果進行深層次展現，將全橋主拱肋優美的曲線線條呈現出來，簡潔的燈光點綴，同時，賦予橋梁結構一定的現代化氣息，使得主橋結構與周圍環境融為一體，整體協調統一。通濟橋主橋夜景照明效果如圖6所示。

圖6 通濟橋主橋夜景照明效果

5 結語

通濟橋大橋設計過程中，本著結構安全可靠、經濟、美觀的設計原則，兼顧結構技術和人文藝術，延續原橋特定的歷史人文特色，結合現代化城市橋梁特色，景觀造型上保留原橋拱形，結構線條簡潔流暢，剛柔并濟，在確保結構安全可靠的交通功能前提下，實現了人文歷史的傳承。大橋的建成通車，不僅為洪水泛濫的錦江府河段兩岸交通提供了便利，也為天府新區的區域建設增加了一道靚麗的城市風景。大橋已于2015年8月建成通車。