張家界市西部旅游通道楊家界大道橋梁設(shè)計

胡方健，繆嫜妮

[上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200125]

1 工程概況

張家界市西部旅游通道楊家界大道工程，南起張桑高速公路教字埡互通，經(jīng)過興隆村、康家堰、黃關(guān)塔、青龍埡隧道、中湖坪，北至武陵源景區(qū)楊家界門票站（見圖1），全長約12.3 km，其中橋涵占30%，隧道約占4%。本項目的建設(shè)對張家界打造武陵山片區(qū)旅游交通樞紐城市，早日實現(xiàn)“旅游勝地夢、全面小康夢”的目標(biāo)，具有重要的推動作用。

圖1 工程區(qū)位圖

本項目于2015 年年底啟動設(shè)計，2016 年年底開始施工，并于2019 年竣工，建安費(fèi)約10.1 億元。

本項目主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：道路等級為一級公路，設(shè)計行車速度為60 km/h，通行規(guī)模按雙向4 車道+雙硬路肩（城鎮(zhèn)段按雙向4 車道+雙人非），路基總寬22 m（城鎮(zhèn)段按24.5 m和30 m），地震基本烈度為6度。本項目設(shè)計涉及路線、路基路面、橋梁、隧道、水工結(jié)構(gòu)、綠化、排水等專業(yè)[1]。

2 總體設(shè)計理念

基于對工程特點和建設(shè)條件的分析，本工程采用“ON THE ROAD”設(shè)計主題，借鑒國內(nèi)一些旅游公路的設(shè)計理念[2-4]，依靠生態(tài)、科技、人本三大技術(shù)手段，使游客于路上隨處感受張家界最本色的自然風(fēng)光和地方文化，打造“你站在橋上看風(fēng)景，看風(fēng)景的人在樓上看你，你和風(fēng)景融為一體的夢的意境”。以兩條思路貫穿工程設(shè)計始終：（1）自然之路——還原真實、本色、自然、生態(tài)的湘西風(fēng)情；（2）體驗之旅——展現(xiàn)安全、舒適、溫馨、多樣的休閑旅行。

基于以上思路，在本工程設(shè)計中遵循以下理念：

（1）最小破壞理念。根據(jù)環(huán)境敏感度設(shè)計，避免造成不可恢復(fù)損壞，盡量減少建設(shè)用地，選用環(huán)保方案。

（2）最大保護(hù)理念。集中取土作為路基填土和綠化土。保護(hù)原狀苗木，完工后再利用。研究野生動物生態(tài)，布局全線動物通道。

（3）寬容設(shè)計理念。設(shè)計中始終遵循“不應(yīng)強(qiáng)迫駕駛員改變狀態(tài)來適應(yīng)道路，不苛求駕駛員以絕對正確的判斷、敏捷的反應(yīng)彌補(bǔ)由于道路本身因素所造成的事故隱患”。

（4）靈活設(shè)計理念。因地制宜地劃分為公路段和城鎮(zhèn)段，選用不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（5）適應(yīng)性設(shè)計理念。取材應(yīng)適應(yīng)當(dāng)?shù)亓?xí)慣。結(jié)合山嶺區(qū)特點，選用耐久、易養(yǎng)護(hù)的材料。結(jié)合自然設(shè)計，力求完美融合。

（6）全生命周期設(shè)計理念。從旅游公路建設(shè)的長效性，堅持工程構(gòu)筑物的全生命周期設(shè)計理念。

（7）綜合設(shè)計理念。各個專業(yè)在全過程中不斷優(yōu)化、溝通、調(diào)整、銜接與落實，實現(xiàn)綜合效益的提升。

3 橋梁工程設(shè)計概況[1]

工程中共有橋梁20 座，總長約3.7 km。按單座橋梁總長分類，含大橋14 座、中橋和小橋6 座、涵洞25座，橋涵占比約30%。

橋梁布置和結(jié)構(gòu)型式選擇按照安全可靠、適用耐久、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、與環(huán)境協(xié)調(diào)的原則，結(jié)合路線線形、地形、地質(zhì)、材料來源、材料運(yùn)輸、周圍環(huán)境等條件綜合考慮。

根據(jù)總體設(shè)計方案，橋梁分為公路段和城鎮(zhèn)段，主要差別在于橋面橫向布置和總寬、設(shè)計荷載及其附屬設(shè)施等。公路段橋面布置為：0.5 m（防撞護(hù)欄）+10.25 m（車行道）+0.5 m（中央分隔墩）+10.25 m（車行道）+0.5 m（防撞護(hù)欄）=22.0 m。城鎮(zhèn)段橋面布置為：0.25 m（欄桿）+2.5 m（人行道）+2.5 m（非機(jī)動車道）+1.5 m（綠化帶）+7.5 m（機(jī)動車道）+0.5 m（防撞護(hù)欄）+1 m（中分帶）+0.5 m（防撞護(hù)欄）+7.5 m（機(jī)動車道）+1.5 m（綠化帶）+2.5 m（非機(jī)動車道）+2.5 m（人行道）+0.25 m（欄桿）=30.5 m。

為便于建設(shè)、保證質(zhì)量和加快進(jìn)度，橋梁結(jié)構(gòu)按常規(guī)的公路做法，大量采用裝配式結(jié)構(gòu)，選用25～35 m裝配式小箱梁，并按結(jié)構(gòu)連續(xù)設(shè)計，在小半徑彎道和大跨徑區(qū)段采用現(xiàn)澆連續(xù)梁橋。

由于本工程地處我國中南山區(qū)，地形起伏較大，地質(zhì)條件多變，河流曲折且設(shè)防流量大，橋梁墩臺設(shè)計涉及大量的場地處理和結(jié)構(gòu)防護(hù)等工作。工程沿線還存在大量農(nóng)田，橋臺放坡受限較多，大量采用坡腳擋墻。

4 橋梁設(shè)計特點

4.1 充分融合市政標(biāo)準(zhǔn)的山區(qū)公路

本項目特點之一為公路與城鎮(zhèn)道路共存與融合，公路段和城鎮(zhèn)段橋梁照片如圖2、圖3 所示。橋梁需適應(yīng)道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要措施如下：

圖2 公路段橋梁

圖3 城鎮(zhèn)段橋梁

（1）有針對性地布置主梁小箱梁，盡量錯開濕接縫與輪跡線。

（2）根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分各特征路段的橋梁設(shè)計荷載，并保證結(jié)構(gòu)在公路和市政標(biāo)準(zhǔn)下的安全性。

（3）根據(jù)人行道和觀景臺布置橋面鋪裝，設(shè)置外包式基座提升橋梁外形連續(xù)性，比選多種人行道欄桿、地磚和燈桿方案提升景區(qū)品質(zhì)。

（4）根據(jù)道路縱橫布置合理設(shè)置橋面排水，公路段按市政排水方式設(shè)置集中式排水管，并接入地面雨水系統(tǒng)。

4.2 大規(guī)模應(yīng)用裝配式結(jié)構(gòu)

本項目橋梁標(biāo)準(zhǔn)段上部采用標(biāo)準(zhǔn)化建造方案，選用交通部標(biāo)準(zhǔn)系列的25～35 m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁。小箱梁共計89 跨，占橋梁總跨數(shù)的78.7%，并按先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)形式（8 號橋照片見圖4，總長490 m）。標(biāo)準(zhǔn)段下部結(jié)構(gòu)采用排架墩，基礎(chǔ)按一柱一樁。橋臺根據(jù)地形分別采用輕型橋臺、肋板式橋臺和重力式橋臺。施工時，先建造臨時通道，再施工基礎(chǔ)和橋墩，采用架橋機(jī)逐孔安裝小箱梁、逐墩張拉負(fù)彎矩鋼束，然后施工橋面系及附屬。

圖4 小箱梁橋現(xiàn)場照片（8 號橋）

4.3 盡力降低結(jié)構(gòu)對流域的影響

本項目線路大部分位于山腰下，多次跨越主河道及相關(guān)支流。本項目位于河流中上游區(qū)域，當(dāng)?shù)赜炅砍渑妫拥榔骄鶑搅髁看笄疑胶樗蛔兓瘎×?，故設(shè)計時按水文資料預(yù)留較多過水?dāng)嗝妫顦蚨蛰S線盡量設(shè)置于主河槽靠外側(cè)區(qū)域并順沿河道主流線方向（見圖5）。上述措施能充分降低橋梁結(jié)構(gòu)對水流的影響，也能保護(hù)橋梁在沖刷和沖擊下的自身安全。

圖5 橋墩斜交調(diào)整（16 號橋）

對于線路與河道斜交較大的區(qū)域，橋墩占據(jù)河道過多空間并影響局部景觀時，設(shè)計調(diào)整為大跨徑現(xiàn)澆梁，并少設(shè)水中墩（見圖6）。

圖6 河道淺灘區(qū)橋梁處理（4 號橋）

對于線路與河道平行的區(qū)域，多個橋墩難以避讓激流時，設(shè)計調(diào)整為大跨徑現(xiàn)澆梁并設(shè)門架墩（見圖7、圖8）。

圖7 河道激流區(qū)橋梁處理（11 號橋，立面）

圖8 河道激流區(qū)橋梁處理（11 號橋，橋下）

對于洪水期流量較大且可能發(fā)生泥石流災(zāi)害的區(qū)域，將涵洞調(diào)整為中等跨徑橋梁并增強(qiáng)橋臺護(hù)坡（見圖9）。

圖9 涵洞改橋（3 號橋）

4.4 盡力降低工程對生態(tài)的影響

本項目周圍存在大量無人居住區(qū)域，且當(dāng)?shù)卦忌直Ｗo(hù)措施得當(dāng)。本項目建設(shè)的構(gòu)造物在完工后應(yīng)盡可能不影響野生動物在地面的活動空間，尤其是水域附近范圍，應(yīng)留出通道（見圖10）?？傮w設(shè)計在初步設(shè)計中對一部分路基段做適當(dāng)調(diào)整，在不顯著增加工程費(fèi)用的前提下，盡力做到對生態(tài)環(huán)境和野生動物的保護(hù)。

圖10 線路下方通行道預(yù)留（10 號橋）

5 橋梁設(shè)計難點——與河道近平行的大跨徑連續(xù)梁橋

本項目11 號橋局部的橋梁中心線幾乎與河道平行，如果仍然采用小箱梁+排架墩的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，橋墩將會極大地影響水流并導(dǎo)致其他問題。故設(shè)計最終采用40 m+60 m+40 m大跨徑變高度預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁以減少布墩，并設(shè)置門架墩（見圖11）以令橋墩基礎(chǔ)避開河床中的巨石。但這給設(shè)計帶來較多難題，具體如下：

圖11 11 號橋的總體布置圖

（1）大跨徑連續(xù)梁中支點門架墩跨徑達(dá)27 m。如果采用墩梁固結(jié)框架，將令橋墩和基礎(chǔ)承受較大彎矩。如果采用主梁支承在門架梁上，雖然設(shè)計和施工較為簡單且能解決基礎(chǔ)受彎問題，但結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)偏高且外形不佳。如果采用主梁橫梁向外伸出并以支座支撐橋墩的形式，雖然結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，但設(shè)計和施工難度很大。經(jīng)過對現(xiàn)場建設(shè)條件的充分比較，選擇采用方案三，最終通過設(shè)計和施工等多方努力，取得了較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（2）上述門架墩設(shè)計時，橋墩基礎(chǔ)需避讓河道激流、河床巨石和山體。在基礎(chǔ)平面設(shè)計穩(wěn)定后，還需設(shè)計順延河道的直立式擋墻，以保護(hù)橋墩和基礎(chǔ)不受激流沖刷、漂浮物和滾石撞擊，擋墻頂面填土恢復(fù)綠化。此外，橋墩附近山體的斜面還有較大的地表流水（見圖12），需在橋墩基礎(chǔ)外側(cè)設(shè)置硬質(zhì)護(hù)坡和截水溝，以避免地表流水沖刷橋墩基礎(chǔ)土體，進(jìn)而影響橋梁安全。

圖12 山體地表水引導(dǎo)處理

（3）由于跨徑布置原因，另一個中墩位于一座小山頭的腰部。但經(jīng)勘察，該山頭為松散坡積土夾少量石塊。如果挖除橋墩附近土體，需付出較大代價且影響鄰近主山體穩(wěn)定。如果不挖除，則面臨運(yùn)營期坍方風(fēng)險。經(jīng)過多方討論，最終采用對該山頭實施逐級開挖、并設(shè)分級混凝土擋墻的措施。實施完畢后，再逐步恢復(fù)橋位附近綠化。

6 結(jié)語

（1）本項目于2016 年年底開工建設(shè)，并于2019年8 月竣工通車，至今無重大安全問題。楊家界大道的開通運(yùn)營為推動當(dāng)?shù)芈糜伟l(fā)展起到了重要作用。

（2）本項目屬于有較高要求的山區(qū)公路與城鎮(zhèn)道路相結(jié)合的復(fù)雜工程，設(shè)計人員經(jīng)過設(shè)計和施工配合的磨煉，相關(guān)業(yè)務(wù)能力獲得了較大的提升，尤其是在公路與市政橋梁風(fēng)格融合、裝配式橋梁設(shè)計、環(huán)境保護(hù)設(shè)計等方面積累了豐富的經(jīng)驗。期望本文能對今后相關(guān)工程設(shè)計提供借鑒。