棲林渡大橋橋型方案設計研究

王勝軍 楊紅梅

（1.四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610041；2.四川省西南大地集團有限公司，四川 成都 610032）

0 引言

橋梁的初步設計是施工圖設計的基礎，而橋型方案的選擇又是初步設計的重中之重，是合理設計、方便施工、控制造價的關鍵。因此，根據地形、地質、地貌、水文及河段特征，從技術先進、安全實用、經濟美觀的角度出發，選擇合理的橋型方案意義重大。

棲林渡大橋為G4218線康定至新都橋段高速公路中的一座橋梁。G4218線康定至新都橋段高速公路位于甘孜州康定市境內，是川藏南線進藏大通道的組成部分，沿線民族文化獨特，旅游資源豐富。

棲林渡大橋跨越力曲河，橋梁設計需要滿足景觀要求，并要考慮施工的可行性和經濟合理性。本文對其橋型方案設計進行研究。

1 工程概況

整個河段大致呈一向北凸出的弧形河灣。枯水期河面高程3485.6m，河床水面寬9～15m，水深一般為0.5～1.1m。100年一遇的設計洪水水位為3488.0m。河床覆蓋層最大厚度20.6m，相應谷底基巖面高程3466.5m。

橋址區處于高山高原區，區內兩岸地勢平坦寬闊，兩側山坡地形切割一般，坡度較平緩，一般為30°～40°。

橋址區及其兩岸出露的地層由松散堆積巖組和軟硬相間層狀工程地質巖組組成。地層巖性以第四系松散堆積物、三疊系上統兩河口組中段板巖和粉砂質板巖夾石英砂巖、三疊系上統兩河口組上段板巖夾少量巖屑石英砂巖為主。

設計荷載：公路-Ⅰ級，橋面凈寬：2×11.65m，設計洪水頻率：1/100[1]，通航標準：不通航。地震動峰值加速度:0.26g。

2 橋型方案的比選

2.1 確定橋型方案的原則

（1）景觀要求。本橋地處康定高原地區，下承式拱橋的造型最像月亮，高原心月與康定情歌相得益彰，能契合地域文化特色，同時下承式拱橋吊桿有規律的重復、有秩序地變化就像琴弦一樣激發出韻律美，使人們感到精神上的輕松、愉快，因此橋型方案需采用下承式拱橋方案。

（2）抗震要求。橋址位于高烈度地震區，所選下承式拱橋橋型必須要能夠適應高烈度地震區要求。而橋墩較矮，約5m高，橋墩剛度較大，如果采用拱墩固接，因剛度大將導致結構的地震響應太大，因此上部結構不能與下部結構固接，上下部結構在運營階段必須分離，上下部結構之間只能通過設置減隔震支座來適應高烈度地震區的要求[2]。

（3）施工要求。所選橋型必須能夠適應地形特點，滿足所需施工設備少、工藝簡單，以減少施工難度，加快施工進度，節省投資金額，保證施工質量。

（4）造價要求。在滿足施工要求的情況下，所選橋型必須同時滿足工程數量省、造價低、投資少、經濟合理的要求。

2.2 橋型方案

為滿足工程數量省、造價低、投資少、經濟合理的要求，宜采用下承式鋼管混凝土拱橋。鋼管混凝土是在薄壁圓形鋼管內填充混凝土而形成的一種復合材料，它一方面借助內填混凝土增強鋼管壁的穩定性，同時又利用鋼管對核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態，從而使其具有更高的抗壓強度和抗變形能力。

鋼管混凝土本質上屬于套箍混凝土，因此，除具有一般套箍混凝土的強度高、塑性好、質量輕、耐疲勞、耐沖擊等特點外，還具有以下幾個方面的獨特優點：

（1）鋼管本身就是耐側壓的模板，因而澆筑混凝土時，可省去支模、拆模等工序，并可以適應先進的泵送混凝土工藝；

（2）鋼管本身就是鋼筋，它兼有縱向鋼筋和橫向箍筋的作用，既能受壓，又能受拉；

（3）鋼管本身又是勁性承重骨架，在施工階段可起勁性骨架作用，在使用階段又是主要的承重結構，因此可以節省腳手架，縮短工期，減少施工用地，降低工程造價；

（4）在受壓構件中采用鋼管混凝土，可大幅度節約材料。理論分析和工程實踐都表明，鋼管混凝土與鋼結構相比，在保持結構自重力相近和承重能力相同的條件下，可節省鋼材約50%，焊接工作量顯著減少；與普通鋼筋混凝土相比，在保持鋼材用量相當和承載能力相同的條件下，可減少構件橫截面積約50%，混凝土和水泥用量以及構件自重也相應減少一半[3]。

綜上所述，初擬以下兩個方案：

方案一：鋼管拱與連續梁組合結構方案，見圖1。橋梁跨徑布置：30+120+30m，橋梁總長188.06m，橋梁標準全寬為28.5m。拱肋軸線采用四次拋物線，矢跨比為1/5。拱肋斷面由兩根并排橫置直徑D為1500mm灌混凝土鋼管組成，見圖2。拱肋受壓，預應力混凝土主梁受拉，該平衡體系的相互作用，使得拱與梁的彎矩大大減小，拱梁受力均勻，拱的水平推力也由結構自身平衡。吊桿采用組合吊桿，橫向并排，縱向間距按6m 設置，吊桿采用Ф15.2mm環氧噴涂鋼絞線擠壓成型吊桿索體，極限抗拉強度為1860MPa，吊桿下端6m長范圍內設計啞光不銹鋼套管。橋面梁為預應力混凝土箱梁，整體性好。拱橋橋臺為肋板臺接群樁基礎。

圖1 方案一立面布置

圖2 方案一跨中剖面

此方案連續箱梁對拱肋有非保向力作用，能大大提高拱肋穩定性，可以設計成單片肋，無橫撐，橋梁結構簡潔通透。此方案可以采用先梁后拱施工方法，大大降低拱肋施工難度[4]。鋼管節段可以在已施工完畢的預應力混凝土箱梁上進行運輸、吊裝、組拼等一系列操作，無需為施工拱肋專門搭設棧橋或平臺。施工過程中無需調整系桿拉力。施工工藝成熟，不存在技術上的問題。因為拱腳部位有箱梁的約束作用，線彈性穩定系數高，雖然是單肋拱，但線彈性穩定系數高達15.1。此外，本方案伸縮縫較少，橋面系為預應力混凝土箱梁，易養護。

方案二：單跨簡支下承式鋼管混凝土系索拱方案（拱梁分離方案），見圖3 和圖4。橋梁跨徑布置：25+125+25m，橋梁總長183.0m，橋梁標準全寬為30m。拱肋軸線采用懸鏈線，矢跨比為1/5，拱軸系數為1.5，拱肋斷面由左右兩側各一組啞鈴型灌混凝土鋼管組成，每組啞鈴型鋼管由兩根直徑1200mm灌混凝土鋼管組成，見圖4。系桿采用環氧噴涂鋼絞線成品系桿，每一拱肋設置8 根Ф15.2mm鋼絞線系桿，系桿分批張拉，系桿拉力平衡拱肋恒載推力和運營階段的拱肋活載推力。吊桿縱向間距按6.8m設置，吊桿采用Ф15.2mm環氧噴涂鋼絞線擠壓成型吊桿索體，極限抗拉強度為1860MPa，吊桿下端6m長范圍內設計啞光不銹鋼套管。橋面梁由工字鋼橫梁及其上的波折鋼-混凝土組合橋面板組成，橫梁均采用“工”形截面。拱橋橋臺為肋板臺接群樁基礎。

圖3 方案二立面布置

圖4 方案二跨中剖面

此方案兩拱肋之間必須設置橫撐來提高橫向剛度和穩定性，而橫撐在建筑效果上，影響了橋梁結構的通透性，易造成行車壓抑感。此方案為滿足鋼管運輸、吊裝、組拼等一系列操作，需為施工拱肋專門搭設棧橋或平臺。為滿足拱肋受力要求，施工過程中需要多次調整系桿拉力，施工過程較繁瑣。因為拱腳部位缺乏墩或梁的約束作用，線彈性穩定系數較低，只有4.13。此外，此方案伸縮縫較多，鋼混組合橋面系對養護專業要求高，全壽命周期范圍養護成本高[4]。

2.3 優缺點比選

方案一與方案二的優缺點對比見表1。

表1 各方案優缺點對比

經過對比分析，得出結論：

方案一采用鋼管拱與連續梁組合結構方案，具有景觀效果好，施工簡便，成橋后線彈性穩定系數高，易養護，造價較低等優點，為最佳方案[5]。

3 結束語

棲林渡大橋位于甘孜州康定市境內，是川藏南線進藏大通道的組成部分，沿線民族文化獨特，旅游資源豐富，為能契合地域情歌文化特色采用下承式拱橋方案。同時橋址又地處高烈度地震區（水平地震動峰值加速度為0.26g），為了減少結構的地震響應，必須采用上部與下部結構分離方案，為此特擬定鋼管拱與連續梁組合結構方案和單跨簡支下承式鋼管混凝土系索拱方案。雖然兩個方案均具有下承式拱橋的造型特點，但通過深入分析景觀效果、施工過程、穩定系數、后期養護、工程造價等諸多因素，鋼管拱與連續梁組合結構方案較常規下承式拱橋方案（拱梁分離方案）具有很大的優勢，是最優選擇。