城市大断面梁拱组合式拱桥桥型整体构思及设计分析

2022-01-07安徽国顺交通咨询设计研究院有限公司安徽合肥230051

安徽建筑 2021年12期

闫斌（安徽国顺交通咨询设计研究院有限公司，安徽合肥 230051）

0 引言

在科学技术不断发展的背景下，现代化城市规模不断扩大，桥梁逐渐成为了一道亮丽的风景，人们对城市桥梁的景观要求也逐渐提高，城市桥梁不仅要具备使用功能，还应具备良好的美学效果。在此背景下，拱桥桥型受到了人们的高度重视。因此对此项课题进行研究，具有十分重要的意义。

1 工程概况

桥梁工程位于繁昌县新城区，整体走向为东西向，所在道路规划为城市主干路，红线宽度为45m。其中，安定西路跨西门河老桥分两幅总宽度为21m：北半幅始建于1998年，跨径为6m+16m+6m板梁桥，桥梁宽度为12.5m。南半幅始建时间为1970年，桥型为拱桥，跨度为19m，桥梁宽度为8.5m。由于安定西路在改造后，红线的宽度为45m，故老桥的宽度与要求不符，因此，需要拆除老桥重新建设。

安定西路在道路桩号K9+007.0处跨越西门河，老桥需拆除重建。依据道路走向与西门河之间的关系，桥梁设计为正桥。依据西门河上口宽桥梁规模确定为：（20+35+20）m飞燕式梁拱组合桥，效果图如图1所示。接下来，本文会以该工程为例，对城市大断面梁拱组合式拱桥桥型整体构思及设计加以分析，如下所述。

图1 桥梁工程效果图

2 城市大断面梁拱组合式拱桥桥型整体构思及设计

2.1 桥梁总体布置思路

结合上文可知，由于老桥与城市道路建设要求不符，因此，需要拆除老桥重建，将道路走向和与西门河之间的关系作为依据，将桥梁类型设计为飞燕式梁拱组合桥。为满足供水和燃气公司的需要，桥梁北侧需要外延D600给水管和D200燃气管过桥，其宽度为1.75m。桥梁横断面整体布置思路为：北侧给水、燃气压力管过桥区1.75m+人行道4.0m+非机动车道 3.5m+侧分带 1.5m+机动车道13.5m+中央分隔带1.5m+机动车道 13.5m+侧分带 1.5m+非机动车道3.5m+人行道 4.0m 南侧=48.25m。桥梁布置方式以四幅桥为主，中幅桥的宽度为14.7m，北侧边幅桥的宽度为10.2m，南侧边幅桥的宽度为8.4m，四幅桥桥面之间需要做防水构造。

上部结构为：上部结构：（20+35+20）m飞燕式梁拱组合桥。

下部结构：桩接承台接实体桥墩，桩接承台接扶臂式桥台，均采用钻孔灌注桩基础。设计河道断面如图2所示。

图2 设计河道断面

2.2 上部结构设计

2.2.1 一般构造设计

本桥梁工程上部结构以飞燕式梁拱组合桥为主，跨径布置为（20+35+20）m，其中，两端边跨为1/2拱+5.62m直线段，主拱圈没有铰拱，同时还将腹拱圈设置到了主拱圈上，属于双铰拱。

上部结构采用飞燕式梁拱组合桥，跨径布置为（20+35+20）m；其中，两端边跨为1/2拱+5.62m直线段，主拱圈为无铰拱；主拱圈上设置腹拱圈，为双铰拱。主拱圈拱、腹拱圈和梁板所采用的施工方法为满堂支架法。

主拱圈拱、腹拱圈和梁板均采用满堂支架法施工。

2.2.2 梁拱设计

梁拱的结构为钢筋混凝土实体结构，设计施工材料为高强度钢筋混凝土，其强度为C50。中幅桥的梁顶板宽度为7.4m，底板宽度为11.7m两端梁的高度分别为1.05m和1.27m。桥墩近梁高度为0.65m～0.84m，拱的宽度为11.6m，厚度为0.8m，北侧和南侧边幅桥梁顶板宽度为10.225m，底板宽度为7.2m，两端梁高 1.5m，桥墩附近的梁高为0.65m。桥梁工程的主拱圈轴线为二次抛物线。中跨主拱圈的跨径为35m，矢量高度为 5.5m，矢跨比为 1:6.364。边跨1/2拱+5.62m直线段，拱圈计算跨径是 28.6m，矢高为 5.25m，矢跨比为 1:5.447。

2.2.3 腹拱圈

本桥梁工程复拱圈的结构类型为钢筋混凝土，所采用的混凝土为高强度混凝土，其强度等级为C50。

中幅桥拱的宽度为11.7m，其厚度为40cm；北侧边幅桥的桥拱宽度为7.225m，厚度为40cm。本工程腹拱圈的轴线主要是二次抛物线，矢量高度为2.5m，跨径为 9m，矢量跨比为 1:3.6。腹拱圈类型以双铰拱为主，腹拱和主拱之间的连接方式为混凝土铅垫铰，腹拱圈和梁板之间的连接方式为钢球铰支座连接。

2.2.4 钢索设计

出于抵抗连拱水平力的考虑，在桥梁设计时对钢索平衡进行了运用，简言之，就是将8束XGY15-19型简易式钢绞线钢索应用到中幅桥之中，并且在北侧边幅桥采用了6束XGY15-19型简易式钢绞线钢索，而南侧边幅桥所采用的钢绞线钢索为5束。

钢索设计：本桥梁工程的钢索设计，对XGY15-19型简易式钢绞线钢索进行了应用，同时将B型环氧钢绞线成品索体作为选择。所选预应力钢绞线拥有较高的强度和弹性模量，在生产和检验的过程中需要遵循《预应力混凝土用钢铰线》（GB/T5224-2014）标准。

管道：在梁拱结构内，所采用的预埋管与简易式钢绞线钢索的型号相匹配。通过套管连接的方式，对钢索在梁拱断缝处进行处理，以确保钢索和套管间的自由滑动性能。

张拉控制：在本桥梁工程中，每束钢索的张拉破断力为4948kN（f=1860MPa），为使结构安全性得到保证，将钢索安全系数设计为全系数η=1.8～2.5。由于分批张拉会导致施工质量受到影响，因此，在实际施工阶段，应选择不同的钢索张拉控制应力。

张拉顺序：分为两期，其中，中幅桥一期为6束15-19，二期为2束15-19；北侧边幅桥一期为4束15-19，二期为2束15-19；南侧边幅桥一期为3束15-19，二期为2束15-19。

在主拱圈、腹拱圈和腹拱圈上梁板浇筑结束后，一期钢束张拉方能进行，与此同时，还要做好防腐油脂的灌注，同时将灌浆孔和排气孔封住。

在桥面铺装和附属设施施工结束后，二期钢束张拉才能进行，在张拉的同时，还要做好防腐油脂的灌注，同时将灌浆孔和排气孔封住。

2.3 下部结构设计

2.3.1 桥墩设计

桥墩由两部分组成，分别是南桥墩和北桥墩，桥墩类型为实体桥墩，其基础为桩接承台基础，桩基础为钻孔灌注桩。墩帽和墩身应用了强度为C45的钢筋混凝土，承台所使用的混凝土材料为C35钢筋混凝土，而桩基由于位于水下，故采用了强度等级为C35的水下钢筋混凝土。

在调整桥面横坡时，需要将梁高、铺装层厚度变化作为依据，桥墩布置形式为水平布置。

桥帽上方的宽度为 1.6m，在 1.2m高度范围内其宽度会增加到3m，总高度为1.95m，北半幅的长度为23.575m，南半幅的长度为21.825m。墩身宽度为2.5m，高度为3m，墩身北半幅长度为22.575m，南半幅长度为20.825m。

承台外轮廓的尺寸为23.82/22.30m（横桥向）×7.6m（顺桥向），厚度为2.5m。

本工程的桥墩，桩基础类型为钻孔灌注桩，属于双排桩，单幅桥墩数量总共为12根，桩的直径为1.5m，横桥向间距分别为 3.9 和 4.2m，后排桩的间距为5m，桩基长度为8m。桩基设计将嵌石桩作为依据，持力层以中风化砂岩为主，桩底入岩的桩径不能小于4倍，在施工时，需要对桩长和入岩深度进行同时控制。

2.3.2 桥台设计

桥台由两部分组成，分别为南桥台和北桥台，同时将宽度为2cm的沉降缝设置到桥台中间。桥台形式为伏壁式，桩接基础为承台式基础，类型为钻孔灌注桩。

桥台各部分使用的混凝土类型为C35钢筋混凝土结构，其中，桩基采用了C35水下钢筋混凝土。

本工程设计将钻孔灌注桩基础作为桥台基础，其形式为双排桩，每座桥台所使用的钻孔灌注桩数量为12根。承台基础采用钻孔灌注桩基础，为双排桩，单座桥台共计12根。承台的宽度为5.6m，厚度为2m，承台的长度为25.45/23.70m。其中，钻孔灌注桩的桩径为1.2m，横桥向的间距以 4.45m/4.1m 为主，其中，前后排桩间距为3.4m，桩基础的长度为10m。