广州从化大桥工程桥墩景观及结构设计

汪荷玲

（广州市市政工程设计研究总院，广东 广州 510060）

0 引言

随着经济的发展和人们审美观的提高，人们不但关注桥梁建筑质量问题，并日益关注桥梁景观的景观设计，尤其是城市桥梁，其景观设计对城市的发展和文化传递有着重要的意义。而桥梁墩柱是极其重要的组成部分，其美学与力学性能的优劣直接决定着桥梁整体的美观与质量，在城市桥梁中，桥梁墩柱占据了人们很大的视线范围，其美观与否就显得尤为重要。

故本文将针对广州从化大桥桥墩，进行桥墩景观及结构设计，并提出多种方案进行对比选型。

1 工程概况

广州从化大桥全桥长466 m，主桥采用单跨136 m下承式倒三角钢管拱桥（见图1），引桥采用30 m、35 m预应力混凝土连续箱梁桥，全桥跨径组合为：2×30m+3×35m+136m+3×35m+2×30m=466 m。主桥主梁采用单箱多室鱼腹式断面（见图2），主墩采用弧形板式墩，群桩基础。引桥上部结构采用单箱三室鱼腹式断面（见图3），引桥桥墩采用与主桥桥墩外形相近的板式墩，桩基础。广州从化大桥桥型见图1。

2 桥墩设计原则

本桥在进行下部结构设计时，遵循以下设计原则：

（1）协调统一

一座大桥梁设计工程庞大，涉及主桥、引桥等多重元素，要想设计出富有标志性建筑，就必须要考虑到“从多样中寻求统一”[1]。广州从化大桥从整体来看，主桥采用了下承式拱桥，拱式结构曲线优美，线形流畅，富有变化，视觉效果好，具有较强的感染力。从而主桥主梁和引桥主梁分别采用单箱多室鱼腹式断面和单箱三室鱼腹式断面，梁体底板与边腹板均由一条圆弧线连成一体，通过曲线美与主拱结构遥相呼应。为了与上部结构外形风格协调统一，桥墩亦采用了具有曲线美感的花瓶墩结构，使得桥墩线型与主梁曲线美完美结合，融合为一体。但为了避免与以往的花瓶墩雷同，本桥桥墩设计时，通过对桥墩墩身横向勾勒弧线凹槽，墩帽纵、横桥向设置成钻石型扩头，使得桥墩造型多变不呆板。从而又体现了“从统一中寻求多样”[1]这一思想。

（2）对称设计

对称美无论是大自然中，还是社会生活中，到处可见，在桥梁中也不例外。桥梁的对称不仅能够表现出力学上的平衡，又能够融入艺术的原理[2]。广州从化大桥的结构对称不仅体现在纵向跨径对称，纵坡对称。亦体现在横向，上部结构和下部结构关于道路中心线对称，桥墩本身亦是关于结构中心线对称的。

3 桥墩方案选型

桥墩按形态分类可分为柱形桥墩、各种空心墩、板式桥墩等形式。

图1 从化大桥桥型图（单位：m）

图2 主桥主梁跨中横断面

图3 引桥35 m跨主梁横断面

（1）柱式墩

常用的双柱式桥墩（见图4）造型简洁，桥墩墩身自重较小，但美观性能一般，外观单调。况且其整体风格与从化大桥拱桥桥型以及上部鱼腹式主梁外形不协调，违背了“从多样中寻求统一”这一原则。若采用此类柱式桥墩，会给人以头重脚轻的感觉。

图4 双柱式桥墩

（2）花瓶状板式墩

花瓶状板式墩通过曲线变化将墩顶和墩底连起来成花瓶状，并通过墩身局部刻槽，凹槽在墩身底部到墩顶逐步加宽呈花瓣形，见图5。此类型桥墩轻巧美观，简单大方，市政桥梁设计中经常用到，但与本桥上部鱼腹式主梁外形衔接起来不顺畅，且景观上没有特点。

图5 花瓶状板式墩

（3）从化大桥桥墩

结合主桥拱桥桥型及上部主梁曲线构造的特点，本桥拟采用板式花瓶墩造型（见图6）。相对于传统的花瓶墩，本桥桥墩设计时在以下几点做了改造：a.桥墩表面增加纵向装饰与凹槽。通过桥墩墩身局部刻槽，一方面可以强化竖向的方向性，产生挺拔直立的感觉[3]；另一方面，装饰线也起到很强的分割作用，将大块混凝土化整为零，从而改善了单调呆板的表面[3]。加上凹入部分使反光面减少，对减轻笨重的体积感，改善单调呆板的表面都很有利。b.桥墩墩帽纵、横向做成钻石型扩头，显著改善了视觉效果。再者配以混凝土的材料质感，整体协调，力量与安全感体现较好。另外钻石型扩头起到了很好过渡作用，使下部桥墩与上部主梁自然、顺畅的连接，同时也体现了力学连续感。

图6 本桥板墩

4 结构设计

从化大桥桥墩采用花瓶形板式桥墩，墩帽纵桥向为钻石型扩头。引桥桥墩构造尺寸（见图7）：30 m连续梁和35 m连续梁分别采用不用的尺寸。35 m连续梁墩底尺寸为400 cm×140 cm截面，墩帽尺寸800 cm×300 cm，花瓶墩弧形变宽高度为300 cm；30 m连续梁墩底尺寸为300 cm×120 cm截面，墩帽尺寸550 cm×200 cm，花瓶墩弧形变宽高度为150 cm。设计时应注意花瓶墩弧形变宽高度应根据墩高和上部荷载适当调整，原则上既要使墩底与墩顶顺畅过渡，又要满足支座反力的抗剪要求。桥墩立面采用“拱形门”刻槽（凹槽深度10 cm）来增加桥墩立面的变化。

图7 从化大桥引桥桥墩构造（单位：mm）

主桥桥墩构造尺寸（见图8）：墩底尺寸为1800cm×300 cm截面，墩帽尺寸2 680 cm×480 cm，花瓶墩弧形变宽高度为750 cm。由于主桥支座反力大，故支座中心线均布置在桥墩变化截面以内。主桥桥墩高，花瓶墩弧形变宽变高度取值较大，以便墩底与墩顶顺畅过渡。主桥桥墩横向较宽，故采用两个“拱形门”刻槽（凹槽深度10 cm）来改善桥墩单调呆板的表面。

图8 从化大桥主桥桥墩构造（单位：cm）

花瓶形桥墩的结构设计，包括桥墩墩底的受压设计、制动力和活载偏载作用下的墩底偏心受压计算、墩帽的支点竖向截面抗剪切设计与墩帽的钢筋骨架设计。桥墩的受压设计是一种常规设计方法，设计中应用较多，对于墩帽支点截面的抗剪设计与墩帽骨架钢筋设计[4]，做简要介绍（引桥）。

拉杆计算高度：h=1.8 m

拉杆钢筋截面面积：As=12 000 m2

钢筋中心距外缘距离as=0.086 m

拉杆压力线在拉杆计算高度范围顶面的作用点至墩台边缘的距离a=0.15h0=0.26 m

拉杆有效高度h0=1.714 mha=s+6d=0.27 m

撑杆压力线与拉杆拉力线的夹角θ1=θ2=tan-1[h0/（x+a）]=70°

撑杆计算高度：t=bsinθ+hacosθ=0.77 m

设计反力Nd=7 000 kNDd=Nd/sinθ=7 303 kNTd=Nd/tanθ=2 083 kN

系杆钢筋拉应变ε=[Td/（As·Es）+0.002]cot2θi=0.000 245

撑杆混凝土核心抗压强度设计值fcd,s=[fcu,k/（1.43+304ε1）]=19.2≤0.48 fcu,k

撑杆抗压承载力验算：

γ0Dd=8 043 kN≤tbsfcd,s=17 740.8 kN满足规范要求；

拉杆抗拉承载力验算：

γ0Td=2 291 kN≤fsdAs=4 471 kN满足规范要求。

5 结语

（1）根据钻石外形特点，应用在花瓶形桥墩中，通过断面棱角切面的变化，在形成富有艺术感的桥墩造型时，又保证了桥墩的结构设计安全，是现在桥梁美学的一次美丽尝试。

（2）桥墩的建筑美学服从于全桥的建筑风格。对于大中桥梁，桥墩的美学首先应该满足桥梁的视觉安全感。据此确定桥墩的基础造型。通过桥墩上的线条变化、截面变化、立面凹槽甚至局部挖空改变桥墩的单调枯燥建筑形式。

（3）在现代化城市建设中，桥梁景观设计越来越重要，在遵循桥梁总体景观规划布局下，方案设计应满足城市建筑风格理念，达到景中有桥、桥中有景的有机结合。

参考文献：

[1]姚建锋.桥梁造型与景观设计探析[J].江西建材,2015,157(4):150,153.

[2]张杰,孙建光.桥梁美学设计方法探讨[J].公路交通技术,2014(1):150-153.

[3]兰燕.桥墩造型及其抗震性能研究 [D].陕西西安:长安大学,2005.

[4]JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].