浅析龙门大桥的设计创新

摘  要：桥梁是城市基础设施的重要组成部分，特别是大、中桥梁的建设对当地政治、经济等都具有重要意义。因此，桥梁工程应根据所在地的作用、性质和未来发展需要，除符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求外，还应按照美观和环保原则进行设计，考虑因地制宜、就地取材、便于施工和养护等因素。本文以桂林龙门大桥的设计为研究对象，介绍桥梁方案构思、结构体系、施工方案、桥梁景观上的创新，为类似桥梁的设计提供借鉴。

关键词：龙门大桥;设计;V腿连续梁;桥梁景观

中图分类号：U442.5    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）05-0000-00

1 工程概况

新建桂林龙门大桥工程全长1.495公里，东起铁山工业园铁山一路，跨漓江，向西与万福路东延伸段相接。龙门大桥是万福路跨越漓江的重要节点，其中桥梁段长度为720m。主桥桥型采用少支架施工的三跨预应力镂空式连续梁，跨径组合为65m+106m+65m=236m，横向为双幅桥梁布置。

2 主要技術标准

（1）道路等级：主线为城市快速路;（2）桥梁结构的设计基准期：100年;（3）桥梁设计荷载：汽车荷载为城-A级，人群荷载3.5kN/㎡[1];（4）桥梁结构设计安全等级：一级;（5）桥梁标准横断面：人行道3m+非机动车3.5m+机非防撞护栏0.5m+机动车12m+中央防撞护栏0.5m+机动车12m+机非防撞护栏0.5m+非机动车3.5m+人行道3m;（6）桥面坡度：桥面最大纵坡为2.47%;桥面横坡：车行道及非机动车道向外2%，人行道向内1%;（7）通航标准：通航标准VI（2）级的通航标准，最高通航水位145.359m，通航净空8.8m，净宽82m;（8）设计水位：主线桥梁按百年一遇洪水频率，洪水位147.13m;规划漓江东侧堤园路按20年一遇洪水频率，洪水位146.31m;（9）环境类别：I类;（10）地震烈度：抗震设防烈度为 6度，设计基本地震加速度为0.05 g;（11）防撞等级：SA，SAm;（12）桥面防水等级：I级。

3 方案构思

在项目建设之初，建设方提出以下要求：

（1）漓江上不建议采用高耸的结构物，避免破坏漓江原有的景观风貌;（2）桥梁跨径布置要满足通航要求;（3）由于漓江汛期长、水量大，需要尽量减少水中桥墩;（4）桥梁方案尽可能需要做到视觉通透;（5）桥梁方案需要很好地融入桂林山水的风景画面;（6）在满足以上要求的前提下尽可能节约造价，并减少日后运营养护的难度。

鉴于龙门大桥设计需要满足通航标准VI（2）级的通航标准（通航净空8.8m，净宽82m），又不能考虑带有上构的结构方案，常规思路可采用大跨径连续梁桥或上承式拱桥。大跨度连续梁桥的缺点是支点梁高一般达到跨径的1/16到1/18，按106m跨径将达到近7m，非常厚重。若采用上承式拱桥方案，则需要设置大吨位推力基础，在桂林岩溶地区的地质条件下实施难度将大大增加。因此结合拱桥和连续梁桥的优点，大胆创新采用了造价相对低廉的大跨镂空预应力混凝土连续梁结构;同时设置腹拱，一方面缩小V腿上的主梁跨径，同时与桂林独特的山型相呼应，与桂林山水相融合。该桥型为国内首座大跨度镂空式（腹拱-V腿）预应力连续梁，桥梁效果图1所示。

4 大跨度镂空预应力连续梁的结构精细化分析

国内常规的V腿连续梁桥的V腿角度较大，V上跨径小，偏向于结构化，景观造型不美观。本桥V腿角度较坦，接近于拱桥，V上主梁跨径大，同时增设腹拱，结构的创新带来了相对复杂的结构受力体系，对结构计算要求较高。设计过程采用了Midascivil/870和桥梁博士3.6两种软件分别建模进行计算，重点对预应力钢筋砼主梁和钢筋砼V腿和腹拱的受力情况进行考察，确保结构在承载能力极限状态和正常使用极限状态均能满足规范要求[2]。

同时对腹拱与主梁的连接方式进行了结构体系优化比选：方案一、固结：主梁、V腿和腹拱形成三角区，提高了结构刚度，对腹拱拱脚受力有利;无须设置支座，易于后期养护。方案二、支撑：主梁、V腿和腹拱形成三角区，提高了结构刚度，对腹拱拱脚受力有利，但腹拱拱顶剪力较大，须加厚该位置腹板厚度，故结构受力优势不显著;后期支座维护难度较大，不易更换。方案三、分离：释放了腹拱顶部的剪力和弯矩，但V腿间主梁跨径变大，以拉弯为主，主梁应力控制难度增大;腹拱对结构刚度的贡献度下降，导致结构内力均有不同程度增大。主梁受力状态较差，结构整体性较弱。

综合考虑受力和运营养护等因素，最终选定受力相对合理并且耐久性较好的固结方式。

5 主桥桥墩基础的选型

岩溶地区的大跨径桥梁基础选型是一个难题，本项目通过对扩大基础方案与钻孔桩基础方案进行比选，从结构受力和施工难易分析：

（1）扩大基础虽整体刚度好、抗水平力能力较强，但根据地质资料，基岩埋深起伏较大，岩面倾斜，溶洞及基坑止水问题，施工较难，风险大。（2）钻孔桩基础可穿过顶板较薄的溶洞、溶沟、溶槽等不良地质层，进入稳定的基岩中，从而能充分发挥石灰岩强度高的优点;施工时，可采用钻孔平台及围堰进行基础施工，风险较小。

经综合分析，主桥桥墩采用钻孔桩基础。要求完整嵌入石灰岩不小于2m。

6 岩溶地区大型桥梁基础长短桩受力性能研究

由于桥位处地质情况复杂，针对钻孔桩基础进行专项研究。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》[3]，常规桥梁同一桥墩不宜采用不同桩长。以往常用的桩基计算软件也不支持同一基础不同桩长的计算。

因桂林属于卡斯特地貌，岩溶广泛发育，同一桥墩下，岩面差异巨大。因此不可避免地会出现同一墩台基础出现不同桩长的情况。如果仅按相同嵌岩深度的要求，可能会出现同一基础，最短的桩长仅5～6米，最长桩长达到30多米。由于桩基刚度不同，在群桩受力时将产生较大的差异。我们采用多种新型桩基计算软件对桩基计算进行复核，并进行了专门的三维有限元模型进行计算分析。根据最终的计算结果，设计通过控制桩长差异，有效降低桩基受力的不均匀性，并降低施工的难度和成本。

在施工期间，由于桥位处场地岩溶发育强烈，桩基础施工遇到溶洞时，钢护筒采用多级嵌套方式深入到溶洞底板，确保不塌孔。

7安全快速化施工方案设计

由于漓江常年水位141.2m，百年一遇洪水位147.13m，汛期长、水量大，水位变化大。除了满足成桥状态的防洪要求，还要满足施工期间的行洪要求。以往国内出现过洪水期支架被冲垮的案例，因此在本项目中，施工方案设计引起高度重视。本项目采用少支架并预留通航孔的施工方案，支架、栈桥、钻孔桩平台高度均满足50年一遇洪水位，确保施工期间的结构、施工机械设备和人员的生命安全。同时在可能的前提下，尽可能减少节段浇筑数量，缩短工期，有效地配合了桥梁的早日建成通车。

该项目建设虽然规模相比以往漓江上的桥梁更大，并且采用全混凝土结构，同样遭遇溶洞、洪水等不利的自然、地质条件，但工期仅2年不到（22个月）的时间就能建成，堪称桂林漓江建桥史上的奇迹。

8 桥梁景观设计

城市橋梁既要成为城市独特的风景线，为城市添光彩，又要与自然美景相融合，这也是龙门大桥方案构思的核心思路，即紧紧围绕“世界旅游名城”和“山水甲天下”主题展开，既考虑与城市优美环境相融合，又践行简约朴实的优良传统。

（1）龙门大桥采用拱形结构形式，主要体现曲线美，来源于漓江水绵延流淌，给人恬静、心旷神怡之感。（2）两个大拱圈代表窗口，给人以通透的感觉，寓意透过窗口向世界展示桂林，展示中国。（3）通过剪影手法，将桂林山之美借到两个大拱圈之中。桂林的山奇异、险峻、连绵，堪称山峦叠嶂。大拱圈中的小腹拱，就是从连绵的山峰峻岭中简化而来，寓意桂林的山，同时形成“山”子形状。（4）龙门大桥体现融合进城市美景，而不是突兀的独自成景。设计时，控制好桥梁的高度，达到将其嵌入山水美景当中，成为美景的一部风，充分体现旅游城市的宁静、秀美，避开了工业城市的繁华、压抑。（5）除了桥梁结构景观造型外，还对龙门大桥夜景灯光进行设计：通过在梁侧、梁底、副拱设置LED投光灯，打造多彩变换的桂林山水、漓江夜色。

9 结语

桂林龙门大桥设计克服了桥位处复杂的水文、地质、通航条件，大桥造型优美，建筑造型融入桂林山水。目前已通车两年多，建成后不仅满足了城市交通功能，同时也为桂林市增添了一处优美的城市风景。龙门大桥的建设，可为类似工程的设计提供借鉴和参考。

参考文献

[1] CJJ 11-2011.城市桥梁设计规范[S].

[2] JTG 3362-2018.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3] JTG D63-2007.公路桥涵地基与基础设计规范[S].

收稿日期：2019-08-12

作者简介：焦利涛（1984—），男，河南滑县人，本科，工程师，研究方向：桥梁工程设计。

Design Innovation of Longmen Bridge

JIAO Litao

（Tongji University Architectural Design（Group）CO.，Ltd， Shanghai  200092）

Abstract： Bridges are an important part of urban infrastructure， especially the construction of large and medium bridges is of great significance to local politics and economy. Therefore， the bridge should be designed according to the role， nature and future development of the location， in addition to meeting the requirements of advanced technology， safety， reliability， durability， and economic rationality， the bridge should also be designed in accordance with the principles of aesthetics and environmental protection. Factors such as ground extraction， ease of construction and maintenance. This article takes the design of Guilin Longmen Bridge as the research object， and introduces the innovation of the bridge scheme concept， structural system， construction scheme， and bridge landscape to provide reference for similar bridge designs.

Keywords： Longmen Bridge; design; V-leg continuous beam; bridge landscape