新荔枝湾龙津桥设计

徐家慧

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060）

新荔枝湾龙津桥设计

徐家慧

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060）

以新荔枝湾龙津桥为例介绍了软土地基拱桥设计时所考虑的外部边界条件和基本设计思路，是对软土地基拱桥设计理念的一次拓展，提出的设计思想可供类似工程参考。

拱桥；设计；计算；配筋

1 概述

“荔枝湾”现位于广州市荔湾区，起源于公元前200年间的西汉时期。荔枝湾因水而生，因荔而盛，古时是岭南著名的消夏胜地。新中国成立后，在急剧的工业化、城市化进程中，荔枝湾涌变成了人见人厌的“臭水沟”，迫于无奈，1992年政府以石板覆盖其上，并在上面铺上水泥，就成了荔枝湾路。2010年，借承办亚运盛事的契机，广州市、区政府决定对荔枝湾路揭盖复涌，采取截污清淤，调水补水，以恢复河涌风貌，改善自然和人文景观，延续城市记忆。

新荔枝湾龙津桥是一座车行桥，横跨荔枝湾涌，北接泮塘路、逢源路，南接龙津西路，是连接荔枝湾涌两岸人行、车行的重要交通通道。桥位平面图如图1所示。

图1 桥位平面图

2 地质情况

龙津桥所在场地属珠江三角洲河漫滩地貌单元，场地岩土层按成因类型可分为填土层（Qml）、冲洪积成因（Qal+pl）淤泥（淤泥质土）、淤泥质粉细砂、粉细砂、中粗砂、淤泥、淤泥质土、粉质黏土（黏土、粉土）、中粗砂、残积成因（Qel）粉质黏土（粉土），基岩为白垩系上统大朗山组（K2d）粉(细)砂岩和含砾细砂岩夹砾岩。基岩风化作用强烈，采用中、微风化基岩作为桥梁桩基持力层。典型地质剖面情况见表1。

表1 典型地质剖面情况

3 总体设计

3.1 技术标准

（1）荷载标准：城-A级，人群荷载4.25 kN/m2。

（2）桥面纵横坡设置：最大纵坡i纵=4%，横坡i横=1.5%。

（3）主拱矢跨比约1/4，拱轴线采用二次抛物线Y=4fx2/L2。

（4）边拱拱轴线采用圆曲线R=36 m。

（5）抗震设防标准：抗震设防烈度为7度，地震峰值加速度值为0.1 g。

（6）城市防洪、排涝标准重现期：设计基准期内洪水位6.66 m。

3.2 桥型方案

荔枝湾承载了千余年岭南的记忆与情感，将“拱”这一中国最古老的桥梁建筑元素运用于跨涌桥梁设计中，宜应能体现对岭南传统文化的传承与继续。龙津桥建筑造型取材于岭南古桥——顺德明远桥，为3孔实腹式石拱桥。但因桥位处于软土地基，不适于采用石拱桥，而宜采用钢筋混凝土拱桥。设计中对实腹式钢筋混凝土拱桥和刚架拱桥两种桥式方案进行了比选，综合考虑刚架拱桥具有自重轻、材料省、整体性能好、对地基承载力要求比其他拱桥低等优点，而实腹式钢筋混凝土拱桥自重大，水平推力大，且在软土地基中被进一步放大，从而增加桥梁下部结构设计难度及工程造价等因素，最终将3孔钢筋混凝土刚架拱桥作为实施方案，桥梁外观通过构造处理，以贴石装饰达到“古桥”的效果。龙津桥立面图、建筑造型图、建成后的样子如图2～图4所示。

图2 龙津桥立面图

图3 龙津桥建筑造型图

图4 建成后的龙津桥

4 结构分析与计算

4.1 计算模型

龙津桥主、边跨拱脚与墩、台固结，为拱梁结合的超静定无铰拱结构体系。温度力计算：

（1）温度变化：桥梁结构按整体有效升温20℃，整体有效降温20℃。

（2）梯度温度按T1=25℃、T2=6.7℃考虑，竖向温度梯度曲线按规范执行。

设计按满堂支架现浇一次成型施工方法考虑。主拱计算模型图如图5所示。

图5 主拱计算模型图

4.2 设计计算

4.2.1 基础形式的比选

拱桥建设需要有良好的地基以承担拱脚的水平推力，而在软土地基上建造混凝土拱桥，它对温度变化及地基变形特别敏感，所产生的瞬间内力往往控制设计。因此，在软土地基上建造拱桥，一般需要强大的墩、台基础抵抗水平推力[1]。因桥位处存在较深的淤泥层，浅埋式扩大基础不适用本桥，而钻孔灌注桩基础是用桩周土的水平土压力及桩身刚度来抵抗上部结构产生的水平推力，同时可通过调整桩数，达到提高桩身刚度和桩周水平土压力的作用，故钻孔灌注桩基础可作为本桥的基础。

4.2.2 结构计算

上部结构计算采用桥梁博士3.0平面杆系分析程序，拱脚与桥墩、台固结，桥面梁体两端竖向支撑，可沿桥梁纵向自由伸缩。

在上部结构恒、活载及温度力的作用下，拱脚将不可避免地发生水平方向的位移，该位移值的大小对上部拱、梁结构设计、计算影响较大。设计中先采用假定拱脚水平强迫位移值的方法确定上部结构的约束边界条件。这样就存在一个问题：强迫水平位移取值大，上部结构计算截面尺寸大，不经济；强迫水平位移取值小，上部结构计算偏于不安全。因此如何正确、合理地模拟墩、台基础对上部结构的约束，是上部结构计算的关键。设计中先初步拟定桩基直径、数量及承台尺寸，再将此拟定的基础尺寸给入，按等刚度换算原则，先求出桩基础在单位水平力和单位弯矩作用下的位移，再反算其水平线刚度和转动刚度，此刚度即为基础对上部结构水平和转动的弹性约束系数，竖向仍按刚性约束计入，计算软件采用了平面有限元程序。再根据上部结构的计算结果对下部桩基、承台进行反复比选和优化，最终确定一个受力合理、可靠、经济的上、下部结构尺寸：主拱圈0.4 cm；主墩承台厚2.0 m，布设2排D1.5 m钻孔灌注桩，每排4根，桩横向间距3.4 m，纵向间距3.5 m，按嵌岩桩设计。

主墩桩基外力计算考虑两种最不利的工况：

（1）成桥运营后，使用阶段主拱及侧拱恒载、混凝土收缩、徐变，满布主拱跨活载，汽车制动力及温度力组合（温降）。

（2）施工过程，主拱施工完成后，侧拱未施工的情况：考虑施工阶段主拱恒载及混凝土收缩、徐变以及温度力(温升）的荷载组合。

4.2.3 群桩计算结果

采用“m”法对桩基内力、位移、配筋进行计算，桩顶以下8 m深度范围为流塑状的淤泥、淤泥质土，土体流变性较大，因不能提供有效的桩周摩阻力而计为桩身自由长度。计算结果见表2。桩顶横向最大水平位移为5.08 mm。

表2 桩计算结果

4.3 结构配筋

主拱配筋按结构计算确定，截面内纵向受力主筋上下对称设置，以适应沿拱圈各截面弯矩的变化，主筋采用直径22 mm的螺纹钢，钢筋间距10 cm，同时，纵向主筋锚固在墩、台身中，锚入深度60 cm。横向分布钢筋设在纵向钢筋的内侧，采用直径12 mm的螺纹钢；横向箍筋的作用是将上下层主筋连系起来，以防主筋在受压时发生屈曲，箍筋横向两两相扣，采用梅花形布置（见图6）。

图6 主拱箍筋布置图

5 结 语

拱桥是桥梁结构中常用的桥型方案之一。在软土地基地区建造拱桥，为减少基础的工程量，应优先考虑采用无推力或少推力的结构体系。龙津桥因受建筑景观、场地环境、地质条件、工期要求等综合因素的影响而采用了少推力的结构体系，设计采用钻孔桩基础抵抗拱桥的水平推力，并用换算刚度法等代下部基础对上部主拱的约束刚度，较真实地模拟了软土地基上拱桥的受力状况，是一种安全、可靠的计算方法。

[1]范立础．桥梁工程[M]．北京：人民交通出版社，1987.

U442.5

B

1009-7716（2016）12-0050-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.015

2016-08-29

徐家慧（1973-），女，河南确山人，高级工程师，从事路桥设计工作。