西洋坪大桥桥型方案设计与比选
2017-03-20
漳州西洋坪大桥位于胜利西路，横跨九龙江，为西环城路的重要组成部分。漳州西洋坪大桥的建设对完善漳州中心城区道路网络、减轻城市内部交通压力、连接九龙江两岸交通、引导过境运输和高校园区交通组织与疏散具有重要的作用。
本项目的建设，是完善中心城区道路路网建设的迫切需要；是连接九龙江两岸交通，方便居民出行的迫切需要；是城市规模拓展与土地开发的迫切需要；是城市经济发展和交通迅速发展的需要；是加速旅游资源开发、全面实现小康社会的需要。在满足交通组织、反映城市特色的前提下，设计中提出了三个桥型比选方案。
一、桥梁设计主要技术标准
道路等级：城市Ⅱ主干道。
计算行车速度：50km/h。
车道及桥宽：主桥按四车道设计，两侧设非机动车道、人行道，机非车道之间设绿化带。
桥梁设计荷载标准：城-A。
桥梁设计洪水频率：1/100。
通航标准：最高通航水位为8.3米（五年一遇水位，标高国家高程系统），内河级航道，单孔双向通航净宽大于50米，单孔单向通航净宽大于35米，通航净高大于6米。
抗震设防标准：设计参数根据西洋坪大桥工程场地《地震安全性评价报告》取值。
桥面坡度及平曲线半径：桥面横向坡度1.5%，桥面纵坡≤2.5%；平曲线最小半径不小于400m。
二、桥位自然条件和工程地质情况
桥梁建设区气候属东南沿海亚热带季风区，属海洋性气候，气候温暖湿润。无霜期330天左右，年平均日照在2000小时以上，年平均气温21.3℃，绝对最高气温41.2℃，极端最低气温-2.1℃，年平均降雨量1515mm，平均相对湿度82%。
本桥位于九龙江两大支流之一的西溪，大桥北岸为漳州城区，自胜利西路至九龙江（西溪）均为城市未建成区，地势平坦，海拔高程6.0m-6.5m，建有防洪堤。
桥位处岩土体类型较多，层位变化大。由上至下其强度渐高，大致分为四部分：上部为软弱土和中软土（包括填土、粉砂、粗砂、粘土、淤泥、粗砂、粉土、粗砂）组成，总厚度10-30m，承载力为45-180Kpa，力学强度低，工程地质性能一般-不良；中上部为中硬土（包括砾砂、残积砂质粘性土、全风化岩）组成，一般厚度9-35m，分布较稳定，力学强度稍高，承载力为235-350Kpa；中下部中硬-坚硬土（包括强风化岩层），局部其厚度巨大，地面载力400-500Kpa，力学强度随深度增加而增大，工程地质性能较好；下部为坚硬土（包括中、微风化岩层），其力学强度高，工程地质性能良好。
三、桥型方案简介
本桥位于漳州市区内，为漳州市重点建设项目。作为城市桥梁，桥型设计应与周围环境相协调，并应展现出城市桥梁美观大方的现代风格。主桥桥型设计应展示桥梁的技术先进性及景观效果，使之成为城市标志性建筑；同时合理控制全桥总投资。设计方案的指导思想为主桥技术先进、造型美观；引桥施工简便，结构经济合理，线型简洁、明快。
根据桥型设计指导思想，并结合工程特点和桥址区域水文、地质等自然条件及标志性建筑的景观要求等因素综合考虑，通航孔主桥桥型方案选择具体考虑如下几条原则：
第一，全面贯彻“安全、实用、经济、美观”的技术方针。
第二，在满足桥梁使用功能和桥下通航要求的前提下，力求桥梁造型新颖，有个性，有特色，与周围环境协调，使之成为具有漳州特色、能提高城市品位的标志性建筑。
第三，选用设计、施工技术成熟，工期适中，易于质量控制的桥型方案，确保桥梁品质。
第四，在造价适中的情况下，选用结构整体性好，承载潜力大的桥型，以确保桥梁的安全性、耐久性。
（一）中承式钢管混凝土拱桥
本方案布置为主桥采用的跨径为（40＋150＋40）m，全长230m中承式钢管混凝土系杆拱桥。
两边跨为上承式，主跨为中承式。本桥桥面较宽，为减少拱肋片数，将拱肋设计在机非分隔带的位置，边跨与中跨的跨度比为0.27。主拱圈采用钢管砼结构，边拱采用钢筋砼结构，主拱拱肋为钢管混凝土弦杆和钢管腹杆组成的桁架构成。桥面设柔性吊杆、拱上立柱、钢筋混凝土横梁与纵梁，拱肋之间设置了水平横撑以保证其横向稳定性。主拱矢跨比为1/5，边孔为1/8。
拱桥立面造型丰富、多姿多彩，能突出主题而且给人们留下深刻的印象。在桥址开阔平坦的地形下，主桥采用飞燕式拱桥，南主墩布置在江中沙州北侧，有利于基础施工，主孔一跨跨越南侧主航道，主跨所在部分水深较大，有利于主跨结构构件运输及安装。南、北边拱分别位于浅水区及沙州上，方便施工。结合北岸的江滨公园主桥远看气势如虹。该方案的布置兼顾适用、经济、安全美观的原则，兼有连续桥型轻盈、线条流畅、与周围环境融合。
（二）预应力混凝土连续梁桥
桥型方案采用（50＋80＋80＋80＋50）m预应力混凝土连续梁，全长340m。
1、上部结构。主梁采用三向预应力体系，梁内纵向束布置了顶板、底板、腹板束。纵向束均采用12Фj15.24钢绞线，标准强度Rby=1860Mpa。支点附近梁内布置了腹板束及顶板束，腹板束均锚具于腹板下部。顶板束锚固于梁顶板的梗肋处，底板束布置边、中跨跨中，中跨底板束锚固于底板锯齿块，两端张拉；边跨底板束一端锚固于梁的端隔墙处，另一端锚固于底板锯齿块上，于锯齿块端张拉。梁体采用C50混凝土。箱梁支点处梁高为4.8m，支点左右各30m范围内梁底利用二次抛物线将梁高由4.8m过渡至2.5m。单幅桥箱梁顶宽14.5m，悬臂长3.75m，顶板厚25cm。中支点处箱梁底宽7.0m，支点处底板厚为70cm，支点左右各30m范围内底板厚度由70cm过渡至25cm，箱梁腹板厚度为60-70cm。横向预应力钢绞线采用3－Фj15.24钢绞线，标准强度Rby=1860Mpa。采用BM15－3和BM15－3P扁锚体系，一端锚固，一端张拉。竖向预应力钢筋采用Ф32高强精轧螺纹钢筋，标准强度Rby=750Mpa。
2、下部结构。主桥主墩采用实腹式板墩，墩宽7.0m，墩厚3m，半幅桥主墩基础采用6根长50mФ2.0m钻孔灌注桩基础，纵向双排布置，桩底置于风化花岗岩中。承台顶面置于常水位下0.5m。承台截面尺寸为12×10.2m，厚度为3m。主桥边墩形式和主桥相同，厚度为1.5m。采用钢筋混凝土花瓶形墩，两端倒圆的矩形截面，墩身宽3.0m，厚1.5m。承台厚2.0m，半幅桥每墩基桩采用4根长40mФ1.5m钻孔桩。
（三）自锚式悬索桥
桥型方案采用（40＋100＋100＋40）m自锚式悬索桥，全长280m。
1、上部结构。主缆采用双索面布置，两端直接锚于梁端，中塔采用塔、梁、墩固结体系，边塔采用塔梁固结、梁墩分离的结构体系。主梁结构等高度钢箱梁，桥面宽33m，梁高1.8m，主塔布置在机非隔离带上，采用钢筋混凝土结构；截面为矩形截面，顺桥向为4.0m，横桥向为2.0m；主缆直接锚固在塔顶上；中塔高为23.8m，两边塔高为18m。本桥主缆采用高强镀锌钢丝，分股锚固，采用墩头锚。吊杆采用钢绞线索，纵向间距8.0m，与悬索桥不同的是，自锚式悬索桥主梁刚度较大，吊杆的作用是协助主梁受力，这样，可以通过矢跨比的调整来调节主梁内水平力的大小，得到合理的受力状态。本桥由主梁来承受活载，主缆来承受恒载。
2、下部构造。本桥墩高较矮，塔墩采用钢筋混凝土柱式墩，为六角形截面，墩身宽4m，厚4.0m。边墩采用钢筋混凝土板式墩，两端倒角的矩形截面，墩身宽4.0m，厚1.5m，本桥目前缺少桥位处的地质资料，下部结构借鉴下游的战备大桥和漳州大桥，基础采用钻孔桩，桩径为2.5m，塔下墩为6根ф2.5m钻孔桩，桩长约50m，边墩设4根ф2.0m钻孔桩，桩长约40m，塔墩承台为两端倒圆的矩形承台。
四、投资估算及方案对比
西坪桥三种桥型方案的投资估算及方案对比见表1。
方案一中承式钢管混凝土拱桥，跨径150m，矢高30m，拱矢度桥面以上约25m，由于钢管拱直接采用斜拉桥中的斜拉索构造，因此钢管拱吊杆的索力调整更为主动，无需压重，与另外两个方案相比，中承式钢管混凝土拱桥仅在与桥面交叉点和吊索吊点处设置横梁来保证桥梁的整体性和梁肋之间的传力，这样使得结构受力更为简单清晰，外观更为简洁明快。
采用中承式拱桥，外形美观，与环境起到了很好的协调作用，利用钢管和混凝土二者结合的受力特点，充分发挥了钢管混凝土的受压性能，符合拱桥的受力特性，结构新颖，受力合理。而且钢管混凝土拱桥是一种新兴的桥型，包含了许多新的设计理论和施工工艺，解决了拱桥高强度材料应用和施工的两大难题，钢管混凝土拱桥是一个在结构受力和美学效果上结合较好的一个方案。因此，将第一桥型方案作为推荐方案。
参考文献：
1、CJJ 11-93 城市桥梁设计准则[S].
2、张师定,桥梁建筑的结构构思与设计技巧[M],人民交通出版社,2002.
3、杨金式,唐虎翔.景观桥梁设计[M],同济大学出版社,2003.
4、GJJ37-90中华人民共和国行业标准《城市道路设计规范》[S].
（作者单位：李国良，莆田市秀屿区建设局；袁安华，福州市规划设计研究院）
