江湾大桥总体设计

彭志苗，曹旭华，陈 伟

（广东省建筑设计研究院，广东 广州 510010）

1 工程概况

广东省韶关市曲江大道项目起点位于西河镇大村张屋岭，终点位于曲江区府前西路与环城公路交叉口。项目道路技术等级为城市主干路，路线全长约5.944 km，设置江湾特大桥1座，大桥1座，平行匝道1对，平面交叉12处。图1为曲江大道项目道路总体布局。

图1 曲江大道项目道路总体布局

2 主要技术标准

（1）道路等级：采用一级公路（兼顾城市道路功能）；

（2）设计速度：主线60 km/h；匝道40 km/h；

（3）车道数：双向8车道，跨越北江桥梁部分两侧设置非机动车道及人行道；

（4）桥梁设计基准期：100 a；

（5）桥梁设计安全等级：一级；

（6）桥梁结构所处环境条件类别：Ⅰ类；

（7）汽车荷载：城-A级兼顾公路-I级；

（8）桥面净高要求:行车道不小于5 m，人行道不小于2.5 m；

（9）桥梁标准宽度:主桥为44.5 m，引桥33 m/42 m；

（10）通航标准：内河Ⅲ级（3）通航；

（11）工程为甲类桥梁，抗震设防烈度按Ⅶ度考虑，地震动加速度峰值 0.05 g。

3 主桥设计

大桥起点位于曲江大道与规划1路交叉口处，终点位于曲江大道与韶冶横路交叉口处，推荐方案主桥长318 m，为整幅钢混组合独塔斜拉桥。

3.1 方案立意及设计思想

桥梁设计既要有合理的结构，又要有优美的感观，同时采用较经济的设计和成熟的施工。打造兼顾造型优美、质量上乘的桥梁。

拟建的江湾大桥位于芙蓉新城南侧，其建成将成为武江区与曲江区南北通道上的标志性桥梁，是当地居民的骄傲。考虑城市的长远发展，在修建跨越城市河流的桥梁时，力争使新建桥梁成为城市标志性建筑。

桥梁设计中应选择结构合理、桥型美观的方案，参考已经在本区域河流上建成的桥梁，力争不雷同、有新意，使其成为城市道路网上的一处景点，增加城市桥梁与周围景观的立体美学效果。

3.2 项目周边现状桥梁分析

（1）现状桥梁

该项目周边已经建成的跨江大桥有十余座：东河铁路桥，5座预制梁桥，3座上承式混凝土拱桥，2座下乘式钢管混凝土拱桥。

（2）现状桥梁景观分析

项目周边桥梁中以拱桥和预制预应力混凝土梁为主，桥梁跨径小且单一，只满足功能性要求，景观差且雷同。

该桥设计立足于丰富韶关桥梁的文化，采用异于周边的桥型结构，以体现韶关的城市魅力。

3.3 总体设计思路

（1）桥梁标准横断面

人非道4.5 m+防护栏0.5 m+车行道15.5 m（4 m为预留的有轨电车）+防护栏1.0 m+车行道15.5 m+防护栏0.5 m+4.5 m人非道=42 m（33 m宽无人非道，主桥人非道压缩为3 m）（见图2）。

图2 主桥标准断面（单位：m）

（2）主桥跨径的拟定

根据大桥两岸的地形、地貌、通航和河流水文特点，对推荐桥位拟定了一种跨径三种结构型式的桥型方案。

方案一：100 m+180 m+100 m三跨预应力混凝土双矮塔斜拉桥（2种索塔形式）；

方案二：33 m+102 m+183 m三跨钢混组合梁独塔斜拉桥；

方案三：100 m+180 m+100 m三跨变截面波形刚腹板连续梁桥。

（3）主墩位置选择

规划的桥位位于河道转弯处（与市规划的线路基本一致），根据河床演变，北江河床呈北高南低，江湾大桥主塔设在北江靠近北岸一侧。

3.4 桥梁工程方案设计

3.4.1 主桥方案选取

综合桥址区河道、通航、地质等主要控制因素，江湾大桥主跨应大于180 m。该跨度可供选择的主桥型式有大跨度梁式桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥等基本桥型。

从该项目周边已经建成的桥梁型式看，拱桥占大多数，因此本次设计不考虑此类桥。大跨梁式桥是采用最多的一种结构型式，外观简洁，施工方便，造价低廉。该项目主跨达180 m，主墩墩高仅15 m，相对大跨连续刚构桥，桥墩高度偏小。采用连续梁桥结构可满足要求，但其跨度一般要求不超过160 m，可以考虑采用波形钢腹板梁方式来减轻结构重量。本次设计提出波形钢腹板梁式桥作为一个方案来进行比选。

矮塔斜拉桥是介于连续梁（刚构）桥与斜拉桥之间的一种桥型，索塔较矮，构造简单，施工难度小。其跨度处于梁式桥与普通斜拉桥经济跨度之间。主跨跨度在100～300 m，矮塔斜拉桥也具有较大的竞争优势。

斜拉桥可以选择双塔或独塔斜拉桥。由于该河道宽度在450 m左右，通航净宽要求不小于180 m，选择双塔400 m左右斜拉桥可以跨越河道，但造价较高。独塔斜拉桥方案也是一个不错的方案，同等跨度的独塔斜拉桥索塔要比双塔矮塔斜拉桥塔高宏伟壮观。

3.4.2 主桥拟定方案介绍

（1）预应力混凝土双塔矮塔斜拉桥方案

韶关，简称“韶”，得名于丹霞的名山韶石山。该方案从奇峻的丹霞地貌抽象出挺拔的桥塔造型，给人刚劲有力、气吞万里之气象，寓意韶关人民不惧艰难险阻，奋勇直前的向上精神（见图3）。

图3 主桥方案立意过程

主桥跨径拟定为：100 m+180 m+100 m三跨预应力混凝土矮塔斜拉桥。两个主塔在河岸的内侧对称布置（一个塔柱可能布在深水中），满足单向双孔通航要求。

主梁采用预应力混凝土单箱多室结构。

桥塔采用钢筋混凝土+钢管混凝土组合或全钢筋混凝土结构。人字形索塔是在塔顶处增加一塔冠，改变了矮塔呆板造型（见图4）；山形索塔是在索塔构造中植入具有立体感强的山形造型，与该桥北江岸侧山体融为一体（见图5）。

（2）钢混组合独塔斜拉桥方案

独塔斜拉桥方案，配独特椭圆形造型索塔，显得索塔高大挺拔，简洁美观，对于曲线的使用，别具匠心，产生出很好的美学效果。

图4 矮塔斜拉桥桥型图（人字形索塔）

图5 矮塔斜拉桥桥型图（山形索塔）

韶关市又被称为广东的北大门，索塔造型设计与韶关风采楼形态相似。风采楼立于市区，西望武水，东临浈江，整座建筑雄伟独特。该桥亦似丹霞山珠峰“长老峰”，仰望直插云宵的山体，丹崖千丈，气势不凡。该桥与长老峰遥相呼应，它的建成将成为韶关市的标志性建筑。图6为主桥方案立意过程。

图6 主桥方案立意过程

主桥为跨径33 m+102 m+183 m三跨预应力钢混独塔斜拉桥，采用半漂浮体系。

斜拉桥采用独塔双索面结构，主塔造型为拱塔型（见图7），主梁为钢混合式箱形梁结构。

（3）波形钢腹板连续梁桥方案

主桥为跨径100 m+180 m+100 m三跨波形钢腹板连续梁桥（见图8）。

上部结构采用波形钢腹板PC组合箱梁。主梁采用分幅式单箱单室变截面直腹板箱梁,单幅宽18.5 m。

图8 波形钢腹板桥桥型图

3.4.3 主桥方案比选

对拟定的三种桥型方案进行了同等深度的综合比较。所拟定的桥型方案在技术上均是可行的，但独塔斜拉桥桥型美观宏伟，索塔造型挺拔优美，其造型更符合韶关市风情，技术含量较高，主梁轻巧，造价合理，景观独特，故予以推荐。

3.4.4 主桥施工图设计

3.4.4.1 结构体系

施工图阶段主桥采用的是33 m+102 m+183 m三跨独塔钢混连续斜拉桥方案，索塔处设竖向支座+纵向弹性约束体系。

桥宽：风嘴1.0 m+人非机动车道3.0 m+拉索区1.75 m+防撞墙0.5 m+车行道11.50 m+有轨电车9.0 m+车行道11.50 m+防撞墙0.5 m+拉索区1.75 m+人非机动车道3.0 m+风嘴1.0 m=44.5 m（见图 9）。

图9 主桥桥面组成

3.4.4.2 主梁

主梁采用钢混结合梁，主跨及次边跨采用钢箱梁，节段吊装施工；边跨采用混凝土箱梁，支架现浇施工，钢混结合段2 m，钢箱梁加强段长度为3 m，合龙段长度为4 m。钢主梁采用整体式扁平单箱五室流线形断面，中心处梁高为4.055 m，两边的风嘴能降低风压和提高临界风速，箱内设除湿机防锈。钢箱梁钢材主要采用Q345qD和Q370qD，主桥箱梁桥面全宽44.5 m。图10为钢主梁标准横断面。

图10 钢主梁标准横断面（单位：cm）

为了协调美观，混凝土梁外形同钢箱梁外形保持一致。主梁采用C55混凝土，单箱五室截面（3个大室和2个小边室）。由于钢箱梁与混凝土箱梁铺装层高度不同，为保证结构整体外观高度相同，混凝土箱梁梁高采用4.0 m（沿中心线处）。混凝土箱梁断面全宽44.5 m，顶面宽42.5 m，底面宽23.1 m。考虑边跨压重需要，混凝土梁段顶板厚度采用32 cm，底板厚度为30 cm，腹板厚为50 cm。主梁纵向按全预应力构件设计，横向按部分预应力A类构件设计。图11为混凝土箱梁标准横断面。

图11 混凝土箱梁标准横断面（单位：cm）

3.4.4.3 主塔

索塔采用椭圆形造型。塔高109.5 m，桥面以上高92 m，塔上索距2.0 m。塔柱采用矩形断面，并采用空心断面。顺桥向宽度上塔柱为4.5～6.5 m，中塔柱为6.5 m，下塔柱为6.5～3.0 m。塔柱壁厚为1.2～2.0 m。上、中塔柱横桥向宽度为5.0 m，下塔柱横桥向宽度为5.0～12.0 m。横桥向采用曲线变化线形，其中桥面以下外侧、内侧采用圆弧线形，桥面以上塔柱内外侧均采用椭圆线形。上塔柱外侧椭圆长、短轴半径为a=86.0 m、b=57.2 m，内侧椭圆长、短轴半径为a=76.0 m、b=47.2 m，下塔柱外侧圆弧半径为9 637.12 m，内侧圆弧半径为R=3 286.12 m。主塔外侧设置景观凹槽，凹槽宽0.8 m，深0.2 m。

桥塔设置一道横梁，横梁高度为6.0 m，采用空心矩形断面，顶、底板厚度均为0.8 m，横梁中设置两道横隔板，横隔板厚度0.5 m，横梁下缘与主塔相交处采用曲线顺接。桥塔、横梁均采用C50混凝土。

索塔基础采用哑铃型圆端型承台+大直径灌注群桩基础，减小水的阻力和增强自身防撞功能（见图12）。

图12 主塔基础（单位：cm）

3.4.4.4 斜拉索

斜拉索在混凝土箱梁上锚固于对应的箱梁横隔板处斜底板下缘，共7对，14根斜拉索。斜拉索在混凝土梁上的顺桥向间距为6 m。斜拉索在钢箱梁上锚固于钢箱梁边腹板的锚箱上，主塔北侧共6对，12根斜拉索，南侧共13对，26根拉索。斜拉索在钢箱梁上的顺桥向间距为12 m。斜拉索在塔上的竖向间距均为2.0 m。

斜拉索采用250型高强度环氧涂层钢绞线斜拉索，标准强度fpk=1 860 M Pa。拉索型号工采用5种，分别为 43φs15.2、55φs15.2、61φs15.2、73φs15.2、109φs15.2。主梁端设置外置阻尼减振器。

3.5 溶洞勘察

由于桥位位于北江弯道上，主塔在深水中，桥梁桩基础施工中，遇到溶洞的情况很多、很密。

根据施工图详勘成果，揭示本场地主要地层岩性为粗砂（饱水）、砂卵石（饱水）、中等风化石灰岩、中等风化角砾岩。作为地下隐蔽工程，给施工带来很大困难，如处理方法不当，往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、梅花孔、漏浆、塌孔等事故发生。

该桥桩基施工前应进行超前钻，主桥主塔基桩直径较大，采用一桩三孔布置。在超前钻基础上开展物探（弹性波 CT），弹性波方法原理见图13、图14。

以实测和收集该区域本次物探勘查的钻孔柱状图、弹性波 CT解译成果等数据为主，辅以超前水平钻勘查成果，建立数据仓库，采用动态、分级建立模型的技术，选择地层精细程度，在建模参数设置后，自动建立模型，加以人机交互修改完善，使之与实际地质情况相吻合。图15为主塔岩溶发育分布3D成果图。

图13 跨孔弹性波CT工作示意图

图14 弹性波CT工作布置图

图15 主塔岩溶发育分布3D成果图

图16为主墩16#桩基的弹性波CT剖面。物探推测溶洞顶标高接近塌孔（实际施工中出现了部分塌孔）处标高，表明本次物探勘察成果能较好地反映异常地质体的埋深和规模。

通过弹性波CT剖面和 3D影像，基本圈定了岩溶强发育带和岩溶裂隙发育带的规模、埋深，可为设计和施工提供基础资料和建议。图17为基桩持力层灰岩3D图。

图16 16#桩基础弹性波 CT综合断面图

图17 基桩持力层灰岩3D图

综上所述，弹性波CT推断的地质结果基本可以满足本次勘察的精度要求。

4 结论

桥梁方案的选定，其影响因素很多，选择合适的型式和造型，不仅要考虑工程造价和施工难度，还有考虑城市的发展和人民对美好生活环境改善的愿望。初探是分析桥位处地质条件。该桥桥位处地质复杂，溶洞较多，建议超前钻和CT物探相结合，分析地层，最大限度地调整桥位。桥型一旦实施，具有不可逆性，这就需要设计者和决策者从全局着手，避开不良地质段。同时，还应为后期发展留有空间，权衡利弊，避免后期为了改善交通而加宽或拼宽情况出现。