淺談平原地區中大跨度橋梁設計

張河錦

（余姚市交通規劃設計研究院，浙江 寧波 315040）

1 工程概況

余姚市陶家路江三期整治工程，是余姚市“擴大北排工程”中的重要內容，工程南起大河門江，北至陶家路江二期起點（泗門泵站），河道寬度63～70 m不等，河道總長約5.137 km。工程建設內容包括河道拓浚，新建堤防護岸，橋梁新建、改建，新建市政道路、景觀綠化、涵洞等和拆除重建后海舍閘。本文主要內容為橋梁新建、改建設計方案的論述。其余不再贅述。

根據河道改造總體布置及行洪阻水分析計算的要求，該項目部分橋梁水中無法設置，要求采用一跨過河的橋梁設計方案，且需考慮與沿河的道路的平交，設計洪水位與沿岸道路的高差較小，對該項目單跨60～70 m 跨度橋梁的結構建筑高度提出了較高的要求。其河道斷面如圖1 所示。

圖1 河道典型斷面（單位：mm）

2 橋梁設計方案構思

2.1 橋梁設計原則

鑒于該項目河道改造的斷面及橋址處的構造物特點，并充分考慮沿線景觀因素，該橋梁設計方案擬執行以下設計原則[1-3]：

（1） 橋跨布置應滿足規劃水系及現狀河道的通航、泄洪等要求。

（2）遵循“安全、適用、經濟、美觀和耐久”的建橋原則下，考慮與周邊環境協調，外形美觀，盡量采用標準化、系列化和機械化，不刻意追求新奇橋型，日后方便維修、養護，造價經濟合理。

（3）應充分考慮未來河道、地塊開發需要，預留橋下游步道通道，盡可能方便布設、預留過河管線空間。

（4）采用雙幅橋梁，二幅橋梁之間留有一定的空隙，確保施工期間不中斷交通，保證行人行車的同時，也保證橋上施工不受影響。

（5）原則采用一跨過河，盡量采用低高度梁高，方便橋頭二側接線，以及適應平交道口的平縱線型。

2.2 橋梁設計方案的初想

在確定以上設計原則后，對于60～70 m 的單孔橋梁可采取的設計方案進行論述。

2.2.1 系桿拱橋

系桿拱橋（此次結合項目特點以下承式系桿拱橋為例）主要由拱肋、系桿、吊桿、橫梁、橋面系組成。橋梁荷載通過橋面系傳遞至橫梁，橫梁傳遞至系桿，由系桿、吊桿與拱肋組成的組合體系共同受力，一般為單孔橋梁，形成“拱肋受壓、系桿受拉”的受力模式，是一種非常成熟的橋型，其主要構造詳見圖2 所示。簡支單孔系桿拱合理跨徑一般在50 ～300 m。

圖2 系桿拱主要構造示意圖

系桿拱橋具有結構高度小、跨越能力大、景觀效果好、易于維修養護等優點，是單跨橋梁的最佳橋型選擇。

2.2.2 鋼桁架梁橋

鋼桁架梁橋按照橋面位置的不同分為上承式桁架梁橋、下承式桁架梁橋、雙層桁架梁橋，其由主桁、聯結系、橋面系及橋面組成。主桁是主要承重構件，由弦桿、腹桿組成，橋梁荷載一般先作用于縱梁，再傳遞至橫梁，然后傳遞至主桁架。簡支單孔鋼桁架梁合理跨徑一般在40 ～120 m。

鋼桁架梁橋具有建筑高度小、剛度大的優點，但其造價較高、橋面突兀感強、后期維修養護較難，常用于鐵路橋梁、人行天橋中，公路橋中也有少量采用。

2.2.3 門式剛架梁橋

單跨門式剛架梁橋是橋臺背面承受土壓力，橋梁上部結構和下部結構剛結在一起，由于其結構特性，是一種省去支座和伸縮裝置的單跨框架橋梁形式，其立面構造詳見圖3 所示。由于簡支單孔門式剛架梁橋合理跨徑一般在10 ～65 m，一般斜交角度宜超過75°。

圖3 門式鋼架立面示意圖（單位：cm）

門式剛架梁橋因上下部都需要在現場搭設支架施工，主要適用于地質條件較好，跨徑較小的單孔橋梁中，其具有后期養護部位少（無支座及伸縮縫）、橋面平順、造價較低等優點。

2.2.4 斜腿剛構梁橋

單斜腿剛構橋的壓力線和拱相似，彎矩比門式剛架小，主梁跨徑縮短，梁高相對簡支梁較小，支承反力有所增加。合理跨徑一般在40～200 m。

斜腿剛構外形尺寸小，橋下凈空大，橋下視野開闊，混凝土用量少；但鋼筋的用量較多，斜腿伸入水中存在一定的阻水。從橋梁美學方面來說，在視覺上結構輕盈、造型美觀，適合跨路、跨越深溝的橋梁，其立面構造詳見圖4 所示。

圖4 斜腿剛構立面示意圖（單位：cm）

2.2.5 無背索斜拉橋

無背索斜拉橋是對常規斜拉橋造型的突破，無背索后傾的塔身形狀表現出相對纖細的橋面強大穩固支撐的力量感，給人醒目深刻的感受。與常規斜拉橋不同，無背索斜拉橋橋塔僅有單側索，橋塔的受力表現為在斜拉索索力及自身重力作用下的懸臂梁。為了確保主塔處于良好的受力狀態，無背索斜拉橋的塔身一般都設計成傾斜的，依靠塔身的自重力矩來平衡斜拉索的傾覆力矩，因此組成了梁塔結構的平衡體系。合理跨徑一般在50～200 m。

無背索斜拉橋造型美觀大氣，建筑高度可以得到較好的控制，同時也存在造價較高，施工難度大等問題，目前國內外已建成較多類似橋梁，由于其易成為地方標志性建筑，一般為城市景觀要求高時使用。

3 橋梁設計方案比選

根據該項目的河道改造情況，3 種橋梁方案的跨徑均在70 m 左右，斜交角度為5°～15°不等。目前對于L=70 m 左右跨徑的單孔跨徑橋梁可選的形式有系桿拱、鋼桁架梁橋、門式剛架、斜腿剛構、無背索斜拉橋等幾種結構形式。結合上述方案的介紹，對以上幾種橋梁的設計方案進行匯總分析，詳見表1、表2所列。

表1 單孔中大跨度橋梁方案比選表

表2 單孔中大跨度橋梁建筑高度對比表

從以上比選綜合考慮，系桿拱是此類橋梁方案中最優的方案，鋼桁架梁其次，但考慮到系桿拱近年來所呈現的病害看，需優先考慮采用剛性系拱；從施工難易程度看，由于此類橋址環境橋下凈空尺寸小，若大量采用支架現澆會造成后期支架基礎不便拆除，增加施工措施成本，應盡可能地減少支架現澆工程量。為此，采用工程預制，現場拼裝的鋼桁架橋梁較有優勢。

橋型方案的選擇，往往取決于橋址環境，故在方案的擬定時應對現場進行充分的勘察，注重施工的可操作性和后期的養護難易程度，這樣才能選擇最適合平原地區中大跨度的橋梁方案。

4 結語

對于單孔中大跨度（約50～100 m）的橋梁方案選擇，應首先考慮的是橋址環境。橋址環境往往對結構形式和結構高度有較高的限制要求，如筆者所論述的項目，沿河有被交道路和房屋，若結構高度不加以控制，將會導致橋頭交叉口范圍存在較大的抬高，對交叉口區域周邊的道路接坡范圍及拆遷量影響巨大。同時，若有多座橋梁時還需考慮全縣的景觀協調配合。因此，只有對現場環境充分掌握，方能做好最優的橋型方案比選。