景观河道桥梁结构选型分析

王紫玉

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市 100082）

0 引言

随着城市化建设的发展与推进，河道与沿河岸线的景观标准被提升到了新的高度。桥梁作为跨越结构，在河道整体中占据了视觉中心，其节点设计成为景观塑造的重点。如何完成桥梁结构的合理选型变得尤为关键。本文希望借助某工程设计实例，通过边界条件分析，从结构选型的角度进行具体方法论述，为打造景观河道的桥梁设计提供相应参考和样例。

1 设计条件梳理

以某实际工程为例，从设计伊始，应对各项边界控制条件进行梳理，完成跨河桥布设条件列举，以支撑桥型选择设计。

1.1 河道条件

1.1.1 河道性质

在桥梁建设前，河道已按规划条件进行实施，同时兼有行洪、通航等需求，河道与周边按照50 a 一遇洪水位进行设防，通航需求定义为旅游航道。

1.1.2 河道断面

本工程河道规划为复式断面，设置有二级亲水平台，规划上河口宽度为20～32 m，两侧各10 m 绿带，如图1 所示。

图1 河道标准横断面（单位：cm）

1.2 净空控制要求

1.2.1 河道行洪需求

首先，应根据河道规划确定防洪标准，结合桥梁设计规范[1]要求，明确设计洪水频率和水位高程。而后，按照选用的最高设计水位，叠加规范[1]规定的相应安全高度，确定桥下净空控制值，见表1。本工程设计水位高程为5.58 m，如图1 所示，结合工程条件考虑0.5 m 安全高度，最终行洪水位控制高程为6.08 m，限界范围为河道规划上口线以内区域。

表1 非通航河流桥下最小净空

1.2.2 河道通航需求

除前述行洪需求水位与净空要求外，有通航需求河道的桥下净空，还应结合航道等级或净空要求综合确定。本工程通航水位为设计常水位，叠加2.5 m 的通航净空作为控制高程，具体数值为7.58 m，限界范围为河道中心线两侧各4 m 区域。

1.2.3 步道净空需求

本工程河道全线设置通行步道，设置范围均位于河道上口以内，规划步道高程为5.38 m。根据规范[2]要求，桥梁设计应考虑桥下人行步道2.5 m 限界高度要求，通行控制高程值为7.88 m。

结合行洪净空控制高程、通航净空控制高程，本工程最终以最高数值的步道通行控制高程作为桥下净空控制设计值。

1.3 城市设计要求

基于土方平衡的理念与利于地块开发的目标，城市路网设计中各交叉口都有明确的控制性高程，由此决定了道路竖向设计应更加精细化。本工程力争通过“合理的桥梁选型”来严格限定结构的高度，在满足桥下净空的要求的同时，为城市道路竖向设计的优化提供必要条件，避免因桥梁建设过度抬高道路高程而形成道路与地块的阶梯式高差。

1.4 相关部门要求

本工程建设前期，与水务主管部门进行了意见征询和技术沟通，取得了不建议在河道中设置墩柱的意见要求。若必须设置，需进行相关水利计算，并实施河道补偿。

2 相关应对策略

在详尽掌握设计边界条件要求后，还应着眼于对控制条件的梳理和剖析，尽量为桥梁布设争取有利条件。

2.1 探究结构选型

本工程结合减小桥梁结构高度的基本要求，在主体结构材料选用上以钢结构为主，尽量降低结构的自身厚度，但同时也应满足检修的需求。闭口断面梁设计高不小于1.2 m，否则应采用开口断面进行设计，如图2、图3 所示。

图2 钢箱梁闭口断面（单位：cm）

图3 钢箱梁开口断面（单位：cm）

2.2 选用新型材料

在桥面表层铺装上，可选用环氧沥青和浇筑式沥青等材料；在桥面整平层铺装上，可选用超高性能混凝土，并形成轻型组合桥梁结构。

以上材料的选择，在保证耐久性的同时，可有效降低竖向的厚度，为纵断设计创造有利条件。

2.3 调整道路横坡

为满足桥下净空的控高要求，在纵断设计上，除桥梁结构高度和铺装厚度的主要控制因素外，横坡也是需要考量的重点要素。可通过在路段范围设置过渡区间，将桥梁横坡由标准路段的2%调整为1%，桥区排水以纵向排水为主，并适当增加雨水口数量。此项调整对于宽桥改善效果更为明显。

2.4 优化结构细节

除了调整横坡，还可以对结构自身进行优化，将箱型主梁梁底设置为水平形式，梁顶按横坡度设置，结构横桥向设计为变高度，以有效消除横坡对竖向的影响，如图4 所示。

图4 钢箱梁变高度设计（单位：cm）

2.5 挖掘控制要素

（1）对于行洪河道，可在上下游设置漂浮物拦截装置。经论证后，可对安全净空进行削减。

（2）对于通航河道，可结合后期运营策划，对船型进行控制，对通航净空进行优化，并可设定运营管理规定，限制可通航水位。

（3）对于桥下通行步道，可按照通道极限净空进行控制，也可利用河道挡墙，降低桥下步道标高，满足净空要求，如图5 所示。但需做好此处的排水设计。

图5 步道与水位关系示意图

3 结构选型分析

结合边界控制条件分析和优化，对桥梁结构进行选型分类，得到可选用的基本桥型。

3.1 结构选型基本思路

（1）按照梳理后的边界条件，初拟可行的结构选型以供选择。

（2）分析各种选型的优缺点，选择合理的结构体系。

（3）根据周边环境，选定合理的桥型方案，并形成系统。

3.2 简支体系

（1）桥台设置于河道二级平台外侧，采用单跨简支梁桥，如图6 所示。其受力特点明确，但结构厚度相对较大，加大了与周边道路的衔接难度，仅适用于河道宽度小于20 m 的情况。

图6 单跨简支梁桥桥型布置

（2）桥台设置于河道二级平台内侧，采用多跨简支梁桥，各跨梁高不等，如图7 所示。后期通过外装饰进行整体景观打造，适用于河道宽度为20~30 m的情况。

图7 多跨简支梁桥桥型布置

（3）两侧采用框架桥台，中跨为简支梁桥，如图8所示。与多跨简支梁桥方案相比，桥台处整体性刚度提高，适用于河道宽度为20~30 m 的情况。

图8 框架桥台+ 简支梁桥桥型布置

结合体系选择和边界条件，确定此类型适宜的梁型选用表，见表2。

表2 简支体系梁型分类

3.3 连续体系

（1）整体采用三孔闭合框架结构，在河中设置两道侧墙，如图9 所示，有效降低了结构厚度，但加大了与周边道路的衔接难度，仅适用于河道宽度较小的情况。

图9 三跨闭合框架结构

（2）桥台设置于河道二级平台外侧，中墩设置于二级平台内侧，采用三跨连续梁体系。但由于其边跨比较不合理，边支点将会出现负反力，不推荐采用此结构。

结合体系选择和边界条件，确定此类型适宜的梁型选用表，见表3。

表3 连续体系梁型分类

3.4 其他景观类桥

对于其他特殊的结构形式，如索塔类结构，其高耸的特点与河道整体的规模尺度不匹配，并会对城市设计的天际线形成冲击，故建议可采用如下两种结构形式，如图10 和图11 所示。

图10 其他类景观桥桥型布置（斜腿刚构）

图11 其他类景观桥桥型布置（刚架拱桥）

结合体系选择和边界条件，确定此类型适宜的梁型选用表，见表4。

表4 其他体系梁型分类

4 桥梁选型组合应用

针对路网布设和河岸景观，将桥梁可选结构类型进行总体策划，具体结合区位、环境、功能定位等综合因素，对区域内的桥梁形式进行选择、排布并形成序列，可有助于更好地打造河道桥梁景观，形成“一桥一景”的独特风景。

5 结语

近年来，景观河道上的桥梁不仅承载着功能需求，其与周边环境和城市设计的融合也越来越被关注和重视。本文意在通过对实际工程边界条件的梳理和挖掘，论述景观河道的桥梁控制因素和解决对策，为后续类似片区景观河道的桥梁设计提供分析思路。