城市大斷面梁拱組合式拱橋橋型整體構思及設計分析

閆 斌 （安徽國順交通咨詢設計研究院有限公司，安徽 合肥 230051）

0 引言

在科學技術不斷發展的背景下，現代化城市規模不斷擴大，橋梁逐漸成為了一道亮麗的風景，人們對城市橋梁的景觀要求也逐漸提高，城市橋梁不僅要具備使用功能，還應具備良好的美學效果。在此背景下，拱橋橋型受到了人們的高度重視。因此對此項課題進行研究，具有十分重要的意義。

1 工程概況

橋梁工程位于繁昌縣新城區，整體走向為東西向，所在道路規劃為城市主干路，紅線寬度為45m。其中，安定西路跨西門河老橋分兩幅總寬度為21m：北半幅始建于1998年，跨徑為6m+16m+6m板梁橋，橋梁寬度為12.5m。南半幅始建時間為1970年，橋型為拱橋，跨度為19m，橋梁寬度為8.5m。由于安定西路在改造后，紅線的寬度為45m，故老橋的寬度與要求不符，因此，需要拆除老橋重新建設。

安定西路在道路樁號K9+007.0處跨越西門河，老橋需拆除重建。依據道路走向與西門河之間的關系，橋梁設計為正橋。依據西門河上口寬橋梁規模確定為：（20+35+20）m飛燕式梁拱組合橋，效果圖如圖1所示。接下來，本文會以該工程為例，對城市大斷面梁拱組合式拱橋橋型整體構思及設計加以分析，如下所述。

圖1 橋梁工程效果圖

2 城市大斷面梁拱組合式拱橋橋型整體構思及設計

2.1 橋梁總體布置思路

結合上文可知，由于老橋與城市道路建設要求不符，因此，需要拆除老橋重建，將道路走向和與西門河之間的關系作為依據，將橋梁類型設計為飛燕式梁拱組合橋。為滿足供水和燃氣公司的需要，橋梁北側需要外延D600給水管和D200燃氣管過橋，其寬度為1.75m。橋梁橫斷面整體布置思路為：北側給水、燃氣壓力管過橋區1.75m+人行道4.0m+非機動車道 3.5m+側分帶 1.5m+機動車道13.5m+中央分隔帶1.5m+機動車道 13.5m+側分帶 1.5m+非機動車道3.5m+人行道 4.0m 南側=48.25m。橋梁布置方式以四幅橋為主，中幅橋的寬度為14.7m，北側邊幅橋的寬度為10.2m，南側邊幅橋的寬度為8.4m，四幅橋橋面之間需要做防水構造。

上部結構為：上部結構：（20+35+20）m飛燕式梁拱組合橋。

下部結構：樁接承臺接實體橋墩，樁接承臺接扶臂式橋臺，均采用鉆孔灌注樁基礎。設計河道斷面如圖2所示。

圖2 設計河道斷面

2.2 上部結構設計

2.2.1 一般構造設計

本橋梁工程上部結構以飛燕式梁拱組合橋為主，跨徑布置為（20+35+20）m，其中，兩端邊跨為1/2拱+5.62m直線段，主拱圈沒有鉸拱，同時還將腹拱圈設置到了主拱圈上，屬于雙鉸拱。

上部結構采用飛燕式梁拱組合橋，跨徑布置為（20+35+20）m；其中，兩端邊跨為1/2拱+5.62m直線段，主拱圈為無鉸拱；主拱圈上設置腹拱圈，為雙鉸拱。主拱圈拱、腹拱圈和梁板所采用的施工方法為滿堂支架法。

主拱圈拱、腹拱圈和梁板均采用滿堂支架法施工。

2.2.2 梁拱設計

梁拱的結構為鋼筋混凝土實體結構，設計施工材料為高強度鋼筋混凝土，其強度為C50。中幅橋的梁頂板寬度為7.4m，底板寬度為11.7m兩端梁的高度分別為1.05m和1.27m。橋墩近梁高度為0.65m～0.84m，拱的寬度為11.6m，厚度為0.8m，北側和南側邊幅橋梁頂板寬度為10.225m，底板寬度為7.2m，兩端梁高 1.5m，橋墩附近的梁高為0.65m。橋梁工程的主拱圈軸線為二次拋物線。中跨主拱圈的跨徑為35m，矢量高度為 5.5m，矢跨比為 1:6.364。邊跨1/2拱+5.62m直線段，拱圈計算跨徑是 28.6m，矢高為 5.25m，矢跨比為 1:5.447。

2.2.3 腹拱圈

本橋梁工程復拱圈的結構類型為鋼筋混凝土，所采用的混凝土為高強度混凝土，其強度等級為C50。

中幅橋拱的寬度為11.7m，其厚度為40cm；北側邊幅橋的橋拱寬度為7.225m，厚度為40cm。本工程腹拱圈的軸線主要是二次拋物線，矢量高度為2.5m，跨徑為 9m，矢量跨比為 1:3.6。腹拱圈類型以雙鉸拱為主，腹拱和主拱之間的連接方式為混凝土鉛墊鉸，腹拱圈和梁板之間的連接方式為鋼球鉸支座連接。

2.2.4 鋼索設計

出于抵抗連拱水平力的考慮，在橋梁設計時對鋼索平衡進行了運用，簡言之，就是將8束XGY15-19型簡易式鋼絞線鋼索應用到中幅橋之中，并且在北側邊幅橋采用了6束XGY15-19型簡易式鋼絞線鋼索，而南側邊幅橋所采用的鋼絞線鋼索為5束。

鋼索設計：本橋梁工程的鋼索設計，對XGY15-19型簡易式鋼絞線鋼索進行了應用，同時將B型環氧鋼絞線成品索體作為選擇。所選預應力鋼絞線擁有較高的強度和彈性模量，在生產和檢驗的過程中需要遵循《預應力混凝土用鋼鉸線》（GB/T5224-2014）標準。

管道：在梁拱結構內，所采用的預埋管與簡易式鋼絞線鋼索的型號相匹配。通過套管連接的方式，對鋼索在梁拱斷縫處進行處理，以確保鋼索和套管間的自由滑動性能。

張拉控制：在本橋梁工程中，每束鋼索的張拉破斷力為4948kN（f=1860MPa），為使結構安全性得到保證，將鋼索安全系數設計為全系數η=1.8～2.5。由于分批張拉會導致施工質量受到影響，因此，在實際施工階段，應選擇不同的鋼索張拉控制應力。

張拉順序：分為兩期，其中，中幅橋一期為6束15-19，二期為2束15-19；北側邊幅橋一期為4束15-19，二期為2束15-19；南側邊幅橋一期為3束15-19，二期為2束15-19。

在主拱圈、腹拱圈和腹拱圈上梁板澆筑結束后，一期鋼束張拉方能進行，與此同時，還要做好防腐油脂的灌注，同時將灌漿孔和排氣孔封住。

在橋面鋪裝和附屬設施施工結束后，二期鋼束張拉才能進行，在張拉的同時，還要做好防腐油脂的灌注，同時將灌漿孔和排氣孔封住。

2.3 下部結構設計

2.3.1 橋墩設計

橋墩由兩部分組成，分別是南橋墩和北橋墩，橋墩類型為實體橋墩，其基礎為樁接承臺基礎，樁基礎為鉆孔灌注樁。墩帽和墩身應用了強度為C45的鋼筋混凝土，承臺所使用的混凝土材料為C35鋼筋混凝土，而樁基由于位于水下，故采用了強度等級為C35的水下鋼筋混凝土。

在調整橋面橫坡時，需要將梁高、鋪裝層厚度變化作為依據，橋墩布置形式為水平布置。

橋帽上方的寬度為 1.6m，在 1.2m高度范圍內其寬度會增加到3m，總高度為1.95m，北半幅的長度為23.575m，南半幅的長度為21.825m。墩身寬度為2.5m，高度為3m，墩身北半幅長度為22.575m，南半幅長度為20.825m。

承臺外輪廓的尺寸為23.82/22.30m（橫橋向）×7.6m（順橋向），厚度為2.5m。

本工程的橋墩，樁基礎類型為鉆孔灌注樁，屬于雙排樁，單幅橋墩數量總共為12根，樁的直徑為1.5m，橫橋向間距分別為 3.9 和 4.2m，后排樁的間距為5m，樁基長度為8m。樁基設計將嵌石樁作為依據，持力層以中風化砂巖為主，樁底入巖的樁徑不能小于4倍，在施工時，需要對樁長和入巖深度進行同時控制。

2.3.2 橋臺設計

橋臺由兩部分組成，分別為南橋臺和北橋臺，同時將寬度為2cm的沉降縫設置到橋臺中間。橋臺形式為伏壁式，樁接基礎為承臺式基礎，類型為鉆孔灌注樁。

橋臺各部分使用的混凝土類型為C35鋼筋混凝土結構，其中，樁基采用了C35水下鋼筋混凝土。

本工程設計將鉆孔灌注樁基礎作為橋臺基礎，其形式為雙排樁，每座橋臺所使用的鉆孔灌注樁數量為12根。承臺基礎采用鉆孔灌注樁基礎，為雙排樁，單座橋臺共計12根。承臺的寬度為5.6m，厚度為2m，承臺的長度為25.45/23.70m。其中，鉆孔灌注樁的樁徑為1.2m，橫橋向的間距以 4.45m/4.1m 為主，其中，前后排樁間距為3.4m，樁基礎的長度為10m。

3 結論

綜上所述，在城市不斷發展的背景下，橋梁已經成為城市不可缺少的建筑，為滿足城市橋梁的景觀要求，建設單位在經過綜合對比后，選擇了飛燕式梁拱組合橋，此類橋梁結構具有優美的形式，立體空間感非常強，能夠促進橋梁結構和橋梁美學的融合。