一座葵花形叠拱桥结构设计

孙全利

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060）

1 工程概况

广西省桂林市阳朔县是国家级风景名胜区，览胜桥是阳朔县新城区览胜路跨越遇龙河的控制性工程。经过多轮桥梁方案的综合比选，葵花形叠拱桥在众多方案中脱颖而出，得到业主单位认可，成为最终实施方案。本文重点介绍桥型方案构思、桥梁结构设计及施工方案和要点。

2 自然条件

阳朔县属亚热带季风气候区，气候四季分明。据气象资料，多年平均气温19.0℃，极端最低气温-3℃，极端最高气温39.5℃，7月最热。受季风影响，境内雨量充沛，多年平均降雨量1 934.8 mm，最大年降雨量为2 443.9 mm。雨季一般在4～8月，占全年降雨量的80%。

桥位地势较为平坦，为河谷阶地-侵蚀堆积地貌，区域上属岩溶（喀斯特）地貌单元。钻探期间实测陆地钻孔孔口标高：109.25～117.16 m(1985国家高程基准)。据现场勘察资料，场地揭露基岩为泥盆系（D）灰岩，但基岩上覆厚度不等的第四系粉质黏土、中砂、卵石、砾砂，且岩溶较发育。

3 主要技术标准

（1）设计车速：60 km/h。

（2）设计荷载：城-A级，人群荷载按《城市桥梁设计规范》（CJJ 11—2011）规定取值。

（3）桥梁纵坡：1.65%人字坡；横坡：车行道双向2.0%，人行道单向1.5%。

（4）设计洪水频率：100 a一遇。

（5）通航条件：桥位处河段不通航。

（6）地震基本烈度：不大于Ⅵ度。

4 桥型方案构思

考虑到览胜桥桥位处自然条件及大桥位于著名风景区地理位置的需要，桥型方案选择在注重安全性、经济性和舒适性的基础上，同时也应该注重建筑艺术设计，使原本生硬的钢筋混凝土结构具有人文景观方面的内涵。因此，需要选择最合适的桥梁结构体系使桥梁与周边环境相融合。通过对桥型方案设计前期资料的研究和桥位处实地踏勘，发现该项目有如下一些特点。

（1）桥梁背景是桂林市阳朔县富有地方特色的漓江山水，从景观设计角度考虑，桥梁不宜再设计高耸的主塔或者主拱肋，以免与当地的山水特色相冲突，因此，基本排除了斜拉桥、悬索桥和下承式拱桥等桥型方案的可能性。

（2）阳朔县内已有几座不同类型的拱桥，如跨越漓江的阳朔大桥为两孔的上承式混凝土拱桥，拱上建筑采用立柱式型式，另有跨越遇龙河的矮山大桥，为单孔的上承式混凝土拱桥，拱上建筑采用腹拱圈型式。因此，新建桥梁必须考虑与现有的桥梁型式不雷同，使漓江流域上的桥梁成为形式别样，且和谐相融的桥梁系列，以增添城市景观。

（3）桥位处在区域上属喀斯特地貌单元，根据勘察资料知场地内基岩为泥盆系（D）灰岩，但基岩上有覆厚度不等的第四系粉质黏土、中砂、卵石、砾砂，且岩溶较发育。常规拱桥在拱脚处产生较大水平推力，因此桥位处不宜选择常规拱桥方案。

经多次方案比较后，最终览胜桥选用（37+60+37）m上承式系杆葵花形叠拱桥结构，该方案结构新颖，桥型舒展轻盈，以青色隽秀的群山和碧绿色的遇龙河河面为背景，白色为主色调，桥体造型犹如张开翅膀的海鸥欢迎远方来客。该方案能较好地与当地的山水特色相协调[1]，其总体效果见图1。

图1 览胜桥总体效果图

5 桥梁结构设计

5.1 总体布置

该方案桥梁全长138.14 m，上部结构选用（37+60+37）m的上承式系杆葵花形叠拱桥结构，桥梁与河道正交，主跨跨越河道，边跨跨越景观休闲带[2]，立面布置见图2。桥梁横断面全宽58 m，中间设4.0 m露空带以增加桥下亮度。单侧路幅桥面宽：6.5 m（人行道）+6.5 m（辅道）+1 m（绿化带）+13 m（车行道）=27 m。为使结构受力简单明确，施工方便，每单侧路幅采用两幅桥设计，即桥梁横向四幅设计，每幅桥宽为13 m，横断面布置见图3。

5.2 主拱圈

中跨主拱圈两端固结，计算跨径60 m，采用等截面悬链线箱型拱，矢跨比1/7.5，拱轴线系数m=1.167。主拱圈截面高度1.3 m，采用单箱四室箱形截面，顶底板厚度18 cm，至拱脚加厚至50 cm；中腹板和边腹板厚度均为50 cm，腹拱和次腹拱以下段加厚至75 cm。

5.3 边跨梁

桥梁两侧的边跨采用一端简支一端固结的钢筋混凝土曲杆箱型截面梁，其中直线段长10 m。边跨曲线标准段轴线线形为二次抛物线形，梁高1.3 m，梁宽13.0 m，采用单箱四室截面；顶底板厚20 cm，至拱脚部位加厚至50 cm；中腹板和边腹板厚度均为50 cm，腹拱和次腹拱以下段加厚至75 cm。

边跨直线标准段梁高2.0 m，梁宽1.3 m，采用单箱四室截面；顶底板厚20 cm；中腹板和边腹板厚度均为50 cm，至支点处加厚至75 cm。

边跨直线段与曲线段结合处采用厚3.5 m的强大横梁过渡。

图2 览胜桥立面图（单位：cm）

图3 览胜桥横断面图（单位：cm）

5.4 腹拱圈

在墩顶设置腹拱，由于其跨径相对较小，故拱轴线采用圆弧曲线。腹拱在施工过程中拱脚设置临时不完全铰，在运营阶段封铰转变为无铰拱。腹拱采用单箱四室等高度箱形截面，高度0.8 m，腹拱顶底板厚度均为18 cm，至拱脚加厚至30 cm，腹拱腹板厚度为60 cm。

5.5 次腹拱圈

在边跨梁与腹拱以及腹拱与主拱上设置次腹拱，次腹拱的设置替代了常规的拱上立柱设置，由于其跨径较小，拱轴线亦采用圆弧曲线。次腹拱在施工过程中拱脚亦设置临时不完全铰，在运营阶段封铰转变为无铰拱。腹拱采用单箱四室等高度箱形截面，高度0.8 m，次腹拱顶底板厚度均为18 cm，至拱脚加厚至30 cm，次腹拱腹板厚度为60 cm。

5.6 体外束系杆

为平衡拱脚的水平推力，在拱上建筑连续梁及边跨梁内设置体外束系杆，系杆贯穿整个主桥，两端锚固在边跨梁的端部，体外束的张拉力通过边跨传递到拱脚来平衡主拱圈水平推力。系杆的立面线形为折线形，在拱上建筑连续梁和边跨梁内系杆转向处设置转向槽，转向槽由钢管制作，要求平顺、光滑。另外，为使体外束系杆受力合理，方便牵引，在拱上建筑连续梁和边跨梁内每隔一定距离设置滚轴定位装置支撑系杆，并采取一定措施避免系杆的振动。

体外系杆索采用可换索式专用环氧喷涂钢绞线成品索，配套锚具为OVMXG.T15-27可换索式系杆锚具，每幅桥共10束。钢绞线标准强度为fpk=1 860 MPa，张拉控制应力为0.65 fpk。

5.7 拱上建筑

拱上建筑采用钢筋混凝土连续实心板，连续板支点分别设在边跨梁、次腹拱顶部、腹拱顶部和中跨主拱圈上。连续板采用等高度截面，板中心线处厚0.75 m，顶板宽13.0 m，底板宽8.8 m，外侧悬臂长2.1 m，桥面横坡由调整连续板横向板厚得到。

5.8 桥梁基础

根据地质勘察报告，主拱桥墩处岩溶较发育，存在多处溶洞和溶隙，考虑到上部重型结构特点，主拱基础钻孔桩按柱桩设计，采用三排直径1.5 m的钻孔灌注桩基础。要求桩基穿过岩溶发育区域并嵌入微风化灰岩层，以控制因基础不均匀沉降而产生的位移量。

6 施工方案及要点

6.1 施工方案

览胜桥为上承式系杆葵花形叠拱桥结构，形式美观、独特，但同时结构受力也相当复杂。根据桥梁结构特点和场地情况，该桥设计采用的主要施工过程如下：

（1）场地平整及施工墩台；

（2）搭设支架并预压，施工边跨梁和主拱圈；

（3）搭设支架及施工腹拱圈；

（4）搭设支架及施工次腹拱圈；

（5）张拉第一批体外束，拆除主拱圈支架；

（6）分段浇筑拱上建筑连续板；

（7）张拉第二批体外束，拆除边跨梁支架；

（8）桥面系施工；

（9）腹拱圈及次腹拱圈临时铰封铰；

（10）成桥运营。

6.2 施工要点

考虑到施工过程对桥梁内力分配的影响较大，为了保证桥梁施工安全和质量，施工控制至关重要，施工过程中要合理选择施工方法和落架顺序，必要时并对其进行监测。

（1）对于跨度较大的葵花形叠拱桥，落架施工时尽量采用间隔拆除、分阶段施工的方法，并在受力较大的关键阶段采用循环卸落支架的方法，确保结构安全[3]。

（2）在条件允许的前提下，尽量使用屈服强度较大的支架，可以加快施工进度[3]。

（3）在拆除支架和循环卸落支架的过程中，应对关键截面的应力和位移进行监测，若发现应力及变形过大，则应及时停止支架卸落或拆除，并恢复支撑系统[3]。

7 结语

城市桥梁的设计，要求设计者不仅要具有扎实的结构知识，而且还要有对建桥环境的深刻理解，览胜桥设计在这方面做了有益的实践。同时，上承式系杆葵花形叠拱作为一种新颖的结构形式，桥梁型式舒展轻盈，造价经济合理，且桥型对环境有较强的适应性。

（1）葵花型叠拱桥突出的美观效果及其造型酷似海鸥的外形特征，尤其是设计的次腹拱圈，像海鸥展开的双翼，使得它与环境和谐相融，适合作为人文景观桥修建在旅游城市和一些著名风景区。

（2）在桥梁数量多、型式单一的地区，人们对常规桥型难免产生审美疲劳；作为一种新型的桥梁，葵花形叠拱桥能给人一种型式新颖、眼前一亮的感觉。

（3）作为预应力拱式刚架体系，大大降低了拱圈对桥梁墩台的推力作用，对地基承载力要求不高，因此对地质情况适用性好。

通过览胜桥的建设以及本文的介绍，希望能推动葵花形叠拱桥在国内的发展，同时，对于该桥型的设计和施工为同行提供一些借鉴。

[1]陈艾荣,盛勇,钱锋.桥梁造型[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2]戴利民,罗喜恒,励晓峰,等.桂林解放桥拱桥设计[J].上海公路,2001（2）：27-28.

[3]王剑.葵型拱桥落架施工控制与仿真分析[D].天津:天津大学,2007.