徐家慧

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060）

新荔枝灣龍津橋設(shè)計(jì)

徐家慧

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060）

以新荔枝灣龍津橋?yàn)槔榻B了軟土地基拱橋設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的外部邊界條件和基本設(shè)計(jì)思路，是對(duì)軟土地基拱橋設(shè)計(jì)理念的一次拓展，提出的設(shè)計(jì)思想可供類似工程參考。

拱橋；設(shè)計(jì)；計(jì)算；配筋

1 概述

“荔枝灣”現(xiàn)位于廣州市荔灣區(qū)，起源于公元前200年間的西漢時(shí)期。荔枝灣因水而生，因荔而盛，古時(shí)是嶺南著名的消夏勝地。新中國(guó)成立后，在急劇的工業(yè)化、城市化進(jìn)程中，荔枝灣涌變成了人見人厭的“臭水溝”，迫于無(wú)奈，1992年政府以石板覆蓋其上，并在上面鋪上水泥，就成了荔枝灣路。2010年，借承辦亞運(yùn)盛事的契機(jī)，廣州市、區(qū)政府決定對(duì)荔枝灣路揭蓋復(fù)涌，采取截污清淤，調(diào)水補(bǔ)水，以恢復(fù)河涌風(fēng)貌，改善自然和人文景觀，延續(xù)城市記憶。

新荔枝灣龍津橋是一座車行橋，橫跨荔枝灣涌，北接泮塘路、逢源路，南接龍津西路，是連接荔枝灣涌?jī)砂度诵?、車行的重要交通通道。橋位平面圖如圖1所示。

圖1 橋位平面圖

2 地質(zhì)情況

龍津橋所在場(chǎng)地屬珠江三角洲河漫灘地貌單元，場(chǎng)地巖土層按成因類型可分為填土層（Qml）、沖洪積成因（Qal+pl）淤泥（淤泥質(zhì)土）、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、粉細(xì)砂、中粗砂、淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土（黏土、粉土）、中粗砂、殘積成因（Qel）粉質(zhì)黏土（粉土），基巖為白堊系上統(tǒng)大朗山組（K2d）粉(細(xì))砂巖和含礫細(xì)砂巖夾礫巖?；鶐r風(fēng)化作用強(qiáng)烈，采用中、微風(fēng)化基巖作為橋梁樁基持力層。典型地質(zhì)剖面情況見表1。

表1 典型地質(zhì)剖面情況

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）荷載標(biāo)準(zhǔn)：城-A級(jí)，人群荷載4.25 kN/m2。

（2）橋面縱橫坡設(shè)置：最大縱坡i縱=4%，橫坡i橫=1.5%。

（3）主拱矢跨比約1/4，拱軸線采用二次拋物線Y=4fx2/L2。

（4）邊拱拱軸線采用圓曲線R=36 m。

（5）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：抗震設(shè)防烈度為7度，地震峰值加速度值為0.1 g。

（6）城市防洪、排澇標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)洪水位6.66 m。

3.2 橋型方案

荔枝灣承載了千余年嶺南的記憶與情感，將“拱”這一中國(guó)最古老的橋梁建筑元素運(yùn)用于跨涌橋梁設(shè)計(jì)中，宜應(yīng)能體現(xiàn)對(duì)嶺南傳統(tǒng)文化的傳承與繼續(xù)。龍津橋建筑造型取材于嶺南古橋——順德明遠(yuǎn)橋，為3孔實(shí)腹式石拱橋。但因橋位處于軟土地基，不適于采用石拱橋，而宜采用鋼筋混凝土拱橋。設(shè)計(jì)中對(duì)實(shí)腹式鋼筋混凝土拱橋和剛架拱橋兩種橋式方案進(jìn)行了比選，綜合考慮剛架拱橋具有自重輕、材料省、整體性能好、對(duì)地基承載力要求比其他拱橋低等優(yōu)點(diǎn)，而實(shí)腹式鋼筋混凝土拱橋自重大，水平推力大，且在軟土地基中被進(jìn)一步放大，從而增加橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度及工程造價(jià)等因素，最終將3孔鋼筋混凝土剛架拱橋作為實(shí)施方案，橋梁外觀通過(guò)構(gòu)造處理，以貼石裝飾達(dá)到“古橋”的效果。龍津橋立面圖、建筑造型圖、建成后的樣子如圖2～圖4所示。

圖2 龍津橋立面圖

圖3 龍津橋建筑造型圖

圖4 建成后的龍津橋

4 結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算

4.1 計(jì)算模型

龍津橋主、邊跨拱腳與墩、臺(tái)固結(jié)，為拱梁結(jié)合的超靜定無(wú)鉸拱結(jié)構(gòu)體系。溫度力計(jì)算：

（1）溫度變化：橋梁結(jié)構(gòu)按整體有效升溫20℃，整體有效降溫20℃。

（2）梯度溫度按T1=25℃、T2=6.7℃考慮，豎向溫度梯度曲線按規(guī)范執(zhí)行。

設(shè)計(jì)按滿堂支架現(xiàn)澆一次成型施工方法考慮。主拱計(jì)算模型圖如圖5所示。

圖5 主拱計(jì)算模型圖

4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

4.2.1 基礎(chǔ)形式的比選

拱橋建設(shè)需要有良好的地基以承擔(dān)拱腳的水平推力，而在軟土地基上建造混凝土拱橋，它對(duì)溫度變化及地基變形特別敏感，所產(chǎn)生的瞬間內(nèi)力往往控制設(shè)計(jì)。因此，在軟土地基上建造拱橋，一般需要強(qiáng)大的墩、臺(tái)基礎(chǔ)抵抗水平推力[1]。因橋位處存在較深的淤泥層，淺埋式擴(kuò)大基礎(chǔ)不適用本橋，而鉆孔灌注樁基礎(chǔ)是用樁周土的水平土壓力及樁身剛度來(lái)抵抗上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平推力，同時(shí)可通過(guò)調(diào)整樁數(shù)，達(dá)到提高樁身剛度和樁周水平土壓力的作用，故鉆孔灌注樁基礎(chǔ)可作為本橋的基礎(chǔ)。

4.2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

上部結(jié)構(gòu)計(jì)算采用橋梁博士3.0平面桿系分析程序，拱腳與橋墩、臺(tái)固結(jié)，橋面梁體兩端豎向支撐，可沿橋梁縱向自由伸縮。

在上部結(jié)構(gòu)恒、活載及溫度力的作用下，拱腳將不可避免地發(fā)生水平方向的位移，該位移值的大小對(duì)上部拱、梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算影響較大。設(shè)計(jì)中先采用假定拱腳水平強(qiáng)迫位移值的方法確定上部結(jié)構(gòu)的約束邊界條件。這樣就存在一個(gè)問(wèn)題：強(qiáng)迫水平位移取值大，上部結(jié)構(gòu)計(jì)算截面尺寸大，不經(jīng)濟(jì)；強(qiáng)迫水平位移取值小，上部結(jié)構(gòu)計(jì)算偏于不安全。因此如何正確、合理地模擬墩、臺(tái)基礎(chǔ)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的約束，是上部結(jié)構(gòu)計(jì)算的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)中先初步擬定樁基直徑、數(shù)量及承臺(tái)尺寸，再將此擬定的基礎(chǔ)尺寸給入，按等剛度換算原則，先求出樁基礎(chǔ)在單位水平力和單位彎矩作用下的位移，再反算其水平線剛度和轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，此剛度即為基礎(chǔ)對(duì)上部結(jié)構(gòu)水平和轉(zhuǎn)動(dòng)的彈性約束系數(shù)，豎向仍按剛性約束計(jì)入，計(jì)算軟件采用了平面有限元程序。再根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果對(duì)下部樁基、承臺(tái)進(jìn)行反復(fù)比選和優(yōu)化，最終確定一個(gè)受力合理、可靠、經(jīng)濟(jì)的上、下部結(jié)構(gòu)尺寸：主拱圈0.4 cm；主墩承臺(tái)厚2.0 m，布設(shè)2排D1.5 m鉆孔灌注樁，每排4根，樁橫向間距3.4 m，縱向間距3.5 m，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

主墩樁基外力計(jì)算考慮兩種最不利的工況：

（1）成橋運(yùn)營(yíng)后，使用階段主拱及側(cè)拱恒載、混凝土收縮、徐變，滿布主拱跨活載，汽車制動(dòng)力及溫度力組合（溫降）。

（2）施工過(guò)程，主拱施工完成后，側(cè)拱未施工的情況：考慮施工階段主拱恒載及混凝土收縮、徐變以及溫度力(溫升）的荷載組合。

4.2.3 群樁計(jì)算結(jié)果

采用“m”法對(duì)樁基內(nèi)力、位移、配筋進(jìn)行計(jì)算，樁頂以下8 m深度范圍為流塑狀的淤泥、淤泥質(zhì)土，土體流變性較大，因不能提供有效的樁周摩阻力而計(jì)為樁身自由長(zhǎng)度。計(jì)算結(jié)果見表2。樁頂橫向最大水平位移為5.08 mm。

表2 樁計(jì)算結(jié)果

4.3 結(jié)構(gòu)配筋

主拱配筋按結(jié)構(gòu)計(jì)算確定，截面內(nèi)縱向受力主筋上下對(duì)稱設(shè)置，以適應(yīng)沿拱圈各截面彎矩的變化，主筋采用直徑22 mm的螺紋鋼，鋼筋間距10 cm，同時(shí)，縱向主筋錨固在墩、臺(tái)身中，錨入深度60 cm。橫向分布鋼筋設(shè)在縱向鋼筋的內(nèi)側(cè)，采用直徑12 mm的螺紋鋼；橫向箍筋的作用是將上下層主筋連系起來(lái)，以防主筋在受壓時(shí)發(fā)生屈曲，箍筋橫向兩兩相扣，采用梅花形布置（見圖6）。

圖6 主拱箍筋布置圖

5 結(jié) 語(yǔ)

拱橋是橋梁結(jié)構(gòu)中常用的橋型方案之一。在軟土地基地區(qū)建造拱橋，為減少基礎(chǔ)的工程量，應(yīng)優(yōu)先考慮采用無(wú)推力或少推力的結(jié)構(gòu)體系。龍津橋因受建筑景觀、場(chǎng)地環(huán)境、地質(zhì)條件、工期要求等綜合因素的影響而采用了少推力的結(jié)構(gòu)體系，設(shè)計(jì)采用鉆孔樁基礎(chǔ)抵抗拱橋的水平推力，并用換算剛度法等代下部基礎(chǔ)對(duì)上部主拱的約束剛度，較真實(shí)地模擬了軟土地基上拱橋的受力狀況，是一種安全、可靠的計(jì)算方法。

[1]范立礎(chǔ)．橋梁工程[M]．北京：人民交通出版社，1987.

U442.5

B

1009-7716（2016）12-0050-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.015

2016-08-29

徐家慧（1973-），女，河南確山人，高級(jí)工程師，從事路橋設(shè)計(jì)工作。