惠州市鹅城大桥总体设计及创新

赵佳男，曲 慧，夏 洪

[1.同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海市 200092；2.湖北建科国际工程有限公司惠州分公司，广东 惠州 516002]

1 工程概况

鹅城大桥主线桥梁全长1 119.5 m，位于广东省惠州市隆生大桥下游0.9 km，东江大桥上游1.3 km，距下游新开河与东江汇流口约0.5 km，距下游惠州东江水利枢纽约16 km。主桥长460 m，北引桥长240 m，南引桥长419.5 m。鹅城大桥设计在惠州市城市总体规划、“丰”字交通主框架总体布局规划的指导下完成。鹅城大桥作为一座加密桥梁，功能定位为兼具交通和凸显景观功能的城市主干路桥梁。主线采用双向6 车道，设计速度为50 km/h，主桥两侧分别设置3 m 非机动车道和2 m 人行道。

大桥所处东江河段，在天然节点及人工护岸等条件下，该河段河槽平面位置基本稳定，东侧为现状航道水域，西侧为未来扩容航道水域，桥址区河段水位平稳，常水位为11.5 m，现状河床底标高约0.025 m，水深最深为11.475 m。

东江在鹅城大桥段规划为内河Ⅲ级航道，单通航孔布置，采用单孔双向通航。单个通航孔净宽尺度Bm≥145，通航净高Hm≥10 m，最高设计通航水位17.16 m，最低设计通航水位9.24 m。通航孔代表船型为1 000 t 级货船，同时按照提升一级设防，通航孔两侧桥墩按照不低于2 000 t 级船舶撞击力进行设计。其余水中桥墩根据水深能够通行的船舶进行设防，所有水中墩均布置防船撞装置。

大桥设计基本风速W1 作用U10= 28.9 m/s，W2作用U10= 34.5 m/s。桥址区工程地质场地稳定，新构造运动较弱，全新活动断裂未进入桥位。基岩为微风化泥质砂砾岩，埋深在50 m 以下,上层为中风化泥质砂砾岩，中风化层中存在反复夹层，为全风化泥质砂砾岩，河槽内覆盖层主要为粉质黏土、粗砂、圆砾、卵石。地震基本烈度为6 度, 地震基本加速度峰值为0.05g，场地类别为II 类，抗震设防分类为甲类，采用基于性能的两水准，两阶段减隔震设计方法，E1 地震作用重现期为475 a，E2 地震作用重现期为2 000 a。

2 主桥景观设计特点

主桥方案以东江之“水”、惠州之“鹅”为主要元素进行演绎设计。空间拱肋和中心塔整体感观优美简洁，细部构造刻画传神，再配合放射性拉开的吊杆索面，形象地勾勒出天鹅曼妙的身姿。

主桥方案造型呼应了“鹅城”的千年美称。拱肋将天鹅双翼的美丽形态凝固下来，富有张力的造型呈现出一种蓄势待发的静态美和一种平衡的力量感。空间拱肋之间通过阵列有序的风撑杆件相连，配合以散射布置的吊杆，在精细雕刻天鹅翅膀形态的同时，进一步增强了全桥的层次感。

景观视点方面，桥位处水域开阔，具有多角度良好的景观视野，可以全方位展现桥梁方案的不同立面形态。桥梁建成后将成为区域重要的景观建筑。

远眺，由桥塔和拱肋勾勒出的天鹅造型，犹如两只美丽的天鹅在东江上曲颈游曳，在宁静的江面上，姿态轻盈优美，为东江增添了独特的美丽情调。

近观，由空间拱肋和风撑描画出的天鹅羽毛洁白如雪，为山水优美的惠州增加了生机与活力。天鹅的造型使桥塔简洁现代，富有动态感，展现了惠州和谐的生态环境。图1 为鹅城大桥效果图。

图1 鹅城大桥景观效果图

3 桥长及桥跨跨径布置

桥梁跨径布置应根据桥梁建设条件和功能景观需求合理确定。桥墩位置和桥梁跨径布置需要考虑现状河床断面情况和堤坝环境，满足防洪水利影响、水上航道等级要求及周边道路要求。同时，在结构受力合理、满足自身功能的前提下，还要考虑桥面的舒适性、桥梁景观性、桥梁跨度的经济性等多因素[1-2]。

3.1 通航孔位置需满足“巷道效应”影响

由于主桥桥位上下游1 km 范围内均有现状桥梁，考虑本桥位新建桥梁后，与上下游两座桥梁将一起形成“巷道效应”，为了保障通航条件的顺畅和安全，桥梁采用单孔双向通航方案，并与上下游桥梁通航孔对应布置。

首先，要保证鹅城大桥主桥的通航孔与上游隆生大桥（40 m+185 m+40 m 中承式系杆拱桥）的通航孔对应布置，因此确定了主桥中墩的布置位置；其次，桥位下游的东江大桥为多孔上承式拱桥（7 孔净跨75 m），考虑船舶通行时航道的顺畅，需要开辟东江大桥第二孔为通航孔，满足通航条件。

3.2 主跨跨径需满足东江III 级航道要求

鹅城大桥桥轴线法线方向与水流流向交角为4°，设单孔双向通航，通航净宽不小于145 m，桥梁通航净空尺度满足III 级航道要求。为远期航道发展和船舶航运预留提升空间，与航道部门最终确定本次主桥单跨基本跨径为180 m，并留两个主跨为180 m的通航孔。东侧180 m 桥跨作为现阶段使用通航孔，西侧180 m 桥跨作为未来可能扩容的预留通航孔。鹅城大桥主桥通航孔布置见图2。

图2 鹅城大桥主桥通航孔布置示意图

3.3 主桥刚度、结构受力和景观造型因素

主桥跨径布置为50 m+180 m+180 m+50 m，在主跨180 m 两侧分别布置一个50 m 边跨。通过计算分析，50 m 边跨的设置，有效提高拱跨刚度约21%。由于边跨的平衡作用，主桥180 m 拱跨总体受力更加有利，同时主桥边跨跨径与引桥协调统一，确定引桥与主桥衔接范围基本跨径为50 m 左右。

主桥景观造型是本项目的一个设计亮点和重点。拱肋尾部的钢结构是展现造型方案美学创意的重要手段。拱肋尾部布置在50 m 边跨范围上，如果边跨与主跨主梁结构连续，那么拱肋造型更容易处理，且主桥的主梁与拱肋均采用钢结构，拱肋与主梁的材料质感相同，景观上更为顺畅。

3.4 引桥跨径布置受水利防洪和经济性影响

常水位下，桥位处东江河面宽度约为620 m，为尽量减少大堤内桥墩数量，减少桥墩阻水面积，降低阻水率，尽可能缩短桥梁总体长度，节约造价。南北两岸引桥采用多跨连续梁桥跨越两岸大堤和江滨路：引桥基本跨径与主桥边跨匹配，采用基本跨径为50 m 左右；北引桥跨径布置为3×46.5 m+2×47.75 m；南引桥跨径布置为51.5 m+52 m+51.5 m+3×46.5 m。南引桥大堤以外范围，由于不受阻水率限制，综合考虑结构经济性，桥梁跨径布置为4×30 m。鹅城大桥全桥桥梁跨径布置见图3。

图3 鹅城大桥纵断及跨径布置图（单位：m）

4 通航孔主桥总体设计

鹅城大桥通航孔主桥跨径布置为50 m+180 m+180 m+50 m，总长460 m，采用4 跨连续斜跨空间异型系杆拱桥方案[3-4]，桥面标准断面宽度为45 m，边拱脚桥面人非绕拱脚外侧，桥面加宽为49.5 m。主桥标准段桥宽为45 m，桥面布置为：2 m（人行道）+3 m（非机动车道）+2.5 m（拉索区）+0.5 m（边防撞护栏）+11.75 m（机动车道）+0.5 m（边防撞护栏）+4.5 m（中央拱区）+0.5 m（边防撞护栏）+11.75 m（机动车道）+0.5 m（边防撞护栏）+2.5 m（拉索区）+3 m（非机动车道）+2 m（人行道）=45 m。

钢梁钢拱结构，拱梁固结、墩梁分离体系，中间鹅塔采用钢塔与主梁固结。全桥采用减隔震设计。鹅城大桥主桥桥型布置见图4。

图4 鹅城大桥主桥桥型布置图（单位：m）

4.1 主梁设计

主梁采用正交异性钢桥面板分离式多片梁结构，主梁中心梁高为3.5 m；拱跨标准段采用分离式双小边箱+ 双工字梁结构，横向采用箱型横梁连接，顶板镂空；梁跨标准段采用半封闭双小边箱结构，采用倒T 形横梁连接；中拱脚和边拱脚拱梁固结区和梁跨边支点均采用全封闭整箱结构[5]。主梁平面布置如图5 所示。

图5 主梁平面布置图（单位：m）

拱跨范围内，双分离小边箱外侧腹板为斜腹板，内侧腹板采用直腹板，小边箱顶宽为4.406 m，底宽为4.994 m，中间两片工字梁腹板间距为3.96 m，箱型横梁布置间距为9 m，与梁上吊索锚点相对应，吊索锚固在小边箱的外侧斜腹板上；拱跨范围内，小边箱与工字梁之间净距为10.274 m，梁跨范围内两小边箱之间的净距为24.5 m，倒T 形横梁布置间距为3 m，主梁采用Q345qD 桥梁结构钢。主梁横断面布置见图6。

图6 主桥横断面布置（单位：m）

4.2 拱肋系统

拱肋由五大系统组成，包括主拱肋、副拱肋、主副拱肋之间的斜杆、两副拱之间的曲杆以及曲杆之间的水平拉索等构件。拱肋系统和鹅塔采用Q345qD桥梁结构钢。

主拱肋为4 根空间斜跨偏态拱肋，副拱肋为空间曲面拱肋，主副拱均采用八边形断面，斜杆和曲杆均采用四边形断面，在曲杆之间通过张拉柔性拉索来提供曲杆的面内刚度。鹅塔采用平面曲线塔柱，鹅塔截面采用八边形截面。

4.3 吊索

主桥共布置4 个对称索面，每个索面布置17 根吊索，成空间放射性布置，全桥共68 根。吊索在主拱肋上为不等距布置，布置间距在2.5～8.4 m 变化；吊索在梁上为等距布置，顺桥向布置间距为9 m。吊索采用7 mm 标准强度1 860 MPa 高强镀锌平行钢丝吊索，最长32.906 m，最短9.874 m，规格为PES（C）7-109、PES（C）7-121 和PES（C）7-151 型高强镀锌平行钢丝索体。

索梁锚固采用锚箱结构形式，吊索锚箱锚固在主梁的边腹板上。索拱锚固根据索力大小和拱内锚固空间大小，分别采用锚管形式和锚梁结构形式。锚管锚固结构利用隔板加导管组合结构，将索力通过导管传递到隔板上，最终传递到拱壁。锚梁锚固结构为在拱内设置锚梁构造，将索力通过锚梁传递到拱壁。图7 为拱上锚固构造示意图。

图7 拱上锚固构造

4.4 水平索

2 根曲杆和副拱合并节点之间，张拉2 根水平拉索，提供曲杆的面外刚度。拉索采用标准强度1 860 MPa 高强镀锌平行钢丝拉索，2 根拉索长度分别为18.3 m 和16.0 m（最短），规格为PES（C）7-55型高强镀锌平行钢丝索体。索体两端采用耳板与曲杆和副拱的合并点连接。

4.5 桥墩基础

主桥中墩采用双肢薄壁花瓶墩，两肢墩柱与顶平台的连接处采用椭圆倒角，并结合刻槽实现较好的景观效果，墩高约29.5 m。墩底下设整体矩形承台，承台尺寸为29 m×24 m，承台下设30 根D2.0 m钻孔灌注桩。主桥次边墩采用带横系梁的花瓶墩，桥墩下设置哑铃型承台，承台下设24 根D1.8 m 钻孔灌注桩。主引桥过渡墩采用带横系梁的花瓶墩，桥墩下设置哑铃型承台，承台下设12 根D1.8 m 钻孔灌注桩。承台均埋置在河床以下，桥墩采用C40 混凝土，桩基础采用C35 水下混凝土。

5 工程技术特点及创新应用

惠州市鹅城大桥景观造型独特，与惠州地域文化高度融合。设计过程应用了较多新技术、新材料、新设备，是惠州当地景观桥梁建设的一个新的里程碑。该桥具有如下技术特点和创新应用：

（1）创新性地采用分离式多片箱梁的新型主梁结构，与空间斜跨偏态拱肋系统协同受力，拱梁之间布置空间放射性四索面，形成系杆拱桥。

（2）创新性地采用竖向和水平向分离的组合式支撑体系，竖向力由拉索球钢支座承担，水平向力由金属三角阻尼器来承担，满足正常使用及地震下的位移和刚度需求。

（3）钢主梁桥面铺装采用正交异性钢桥面+超高性能混凝土轻型组合桥面结构，基本消除钢桥面疲劳开裂风险，提高结构耐久性。

（4）中墩上多排支座，采用测力支座，实时监测多支座反力分配情况，动态监控桥梁情况。

6 结 语

惠州市鹅城大桥的建设，是支持惠州市发展和城市基础设施建设的需要，是完善周边交通建设、支持惠州市经济发展、支撑粤港澳大湾区城市发展的需要。大桥于2021 年11 月开工建设，预计2024 年建成。