复杂条件下城市桥梁方案综合分析

刘瑞勋 （安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 引言

城市桥梁在设计上受到多种因素的影响，功能上要满足基本的交通要求和道路规划要求，景观上要与环境和谐统一，并服从城市规划总体意图。在设计过程中，周围建筑物、地下管线、用地布局、河道规划等都会成为城市桥梁设计的制约条件。如何在错综复杂的条件下选择一个最优的设计方案则常常需要设计人员不拘一格，开阔思路，综合分析，从不同的角度来打磨设计方案。

以下以黄山市桃花岛大桥为例，重点介绍复杂条件下城市桥梁方案的综合分析方法。

2 桃花岛大桥概况

黄山市桃花岛位于黄山市屯溪区，是由于横江分汊成南、北两条水道而形成的岛屿，总占地面积约30hm2，以开发旅游地产为主。目前岛内西半部分的别墅群区已经投入使用，岛内居民通往市区的唯一出口为跨越北分洪道的桃花岛北桥。

图1 桃花岛南大桥地理位置图

本次设计桃花岛大桥为南桥，跨越横江南分洪道，北接桃花岛，南接市区横江西路。

横江南分洪道河道宽约110m，河道北岸为桃花岛环岛圈堤，南岸尚未有任何岸坡防护设施，但已规划有沿河大堤。

3 初步设计方案

通过对桥址处勘察发现，该桥位处横江北分洪道，与下游横江桥现有的两座空腹式拱桥最大距离1km，三桥在平面位置上围绕桃花岛呈三角形分布。

图2 现状桃花岛北桥

按照景观设计的一致性、相融性原则，新桥设计方案一主推与现状老桥外形基本相同的空腹式上承板拱桥，景观主体取意“三桥同辉”，充分体现融入特色，强调整体氛围。

方案二仍以拱式结构为主基调，采用波浪系杆式中承拱桥，三跨联拱映照连绵起伏的黄山，如盘龙游弋于云海，体现了山水画廊的空蒙意境；又如“徽骆驼”，安静却又跳跃，体现了今日徽州人、徽州景，诠释“徽山皖韵”的独特魅力。

方案三采用斜拉桥结构，但主塔采用椭圆拱形塔，似镜面看画里风光，如笑脸与桃花相映成趣，恰如人行明镜中，鸟度屏风里，形成了“镜花水月”的唯美意境。

新桥三种设计方案主题突出，各具特色，经综合分析对比，最终采用与两座老桥结构外形一致的方案一，即空腹式拱桥方案，取意“三桥同辉”。

图3 桥梁景观方案比较表

桥梁结构设计时，考虑到桃花岛北桥布置为5孔32.5m空腹式等跨径钢筋混凝土板拱桥，结合横江南分洪道河道规划宽度、水文及两侧地形情况，桃花岛南桥初步方案确定采用4孔32.5m空腹式等跨径钢筋混凝土板拱桥。

4 设计方案实施限制条件及存在的问题

本次设计桃花岛南桥平面按照规划线位布置，纵断面控制因素较多，主要有：河道防洪标准、横江水系的规划防洪水位、黄山机场净空要求、北侧桃花岛现状及小区的高程衔接、平纵衔接、规划防洪堤高程处理、南侧小区地坪高程等。如何在不改变景观造型条件下，将桥梁纵面与结构合理衔接是本桥设计难点。

根据桥位处洪水评价报告，桃花岛南桥设计水位采用131.85m，鉴于拱桥结构的特殊性，规范要求无铰拱设计洪水位不宜超过拱圈高度的2/3，且拱顶底面至计算水位的净高不得小于1.0m，推算出各跨拱顶桥面设计标高均不小于135.9m。

图4 初步方案纵断面示意图

由初步方案纵断面布置可以看出，此方案存在几个主要的问题：

①由于横江北岸路面高程在130.5m左右，且小区大门距河道边仅65m，设计纵断面高出小区地块2.9m，桥梁实施后，小区车辆需通过辅道绕行110m后在纵坡落地处才能上桥；

②横江南岸道路填方均高接近4m，土方工程量大，且附近村庄道路接入困难；

③规划横江堤顶为防洪大堤，需预留防洪通道，并进行适当改移与桥梁总体布置相适应；

④桥梁纵坡为3.93%和-4.0%，不利于非机动车行驶,交通安全存在隐患。

图5 小区车辆绕行示意图

针对方案中存在的几个问题，在经建设单位与各相关权益单位沟通后，回复确认桃花岛小区不同意通过辅道绕行的上桥方案，避免造成社会矛盾，另外，纵坡过大不利于居民非机动车安全出行，社会影响较大，应尽量降低道路纵坡。

5 设计方案存在问题的解决

由于桥位处景观要素限定了附近三座桥梁宜尽量形式统一，河道断面基本固定，设计防洪水位固定，两侧桥头道路与小区需顺接且纵坡不能过大，但拱桥桥型本身却要求桥面较高，以满足防洪需求。因此，受客观条件制约，必须进一步优化拱式桥梁方案，使得桥面高程得以降低。

经再次分析拱桥纵坡成因后，确认形成拱桥纵坡过高的关键因素在于近岸侧边孔的控制高程。按照“无铰拱设计洪水位不宜超过拱圈高度的2/3，且拱顶底面至计算水位的净高不得小于1.0m”的要求，当各孔拱桥采用等跨布置时，由于拱矢高与跨径是成一定比例的，边孔跨径大，相应的矢高越大，在设计水位一定情况下，边孔的桥面标高相应越高，而且小区大门距河道边仅65m，桥梁纵坡降低有限，最终导致小区大门处设计纵面与实际路面高差近3m。

经综合分析，要降低桥面高程，相应的解决方案就是采用不等跨布置。在经过结构计算确定了合理的边中跨比后，桥跨最终布置为（20+25+30+25+20）m五跨上承式钢筋混凝土拱桥。

调整设计方案，桥梁设计纵断面高出小区地块仅0.9m，通过小区大门前道路适当上抬，小区车辆可直接出门后上桥。

横江南岸道路填方均高降低至2m，土方工程量减少，附近村庄道路接入方便。

桥梁两侧纵坡采用3.5%，坡长135m，满足非机动车道纵坡设计要求。

6 结语

城市中桥梁方案的选择已不仅仅是满足通行功能，还须考虑周边建设条件，对居民生活影响程度，景观造型与环境的融合性，并充分考虑防洪安全、结构安全、使用安全等多种复杂因素。桥梁设计人员在选择桥梁方案时，需具有总体意识，路桥综合考虑；以人为本，注重路桥衔接处理，提高舒适度；另辟蹊径，在结构优化上下功夫，通过综合分析、不断磨合最终满足各方需求，达到形式与内容的高度统一。