謝春江 廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院 廣東 廣州 510080

廣州市番禺區(qū)南浦三橋橋型方案比選

謝春江 廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院 廣東 廣州 510080

筆者結(jié)合一個(gè)橋梁方案設(shè)計(jì)工程實(shí)例，在滿足橋梁使用功能的前提下，力求造型新穎美觀，布局合理，并使橋梁與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，充分體現(xiàn)“安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀”的原則對(duì)橋梁橋型進(jìn)行比選。

城市橋梁；橋梁景觀；方案比選

橋梁是一種獨(dú)特的構(gòu)筑，它對(duì)河流、峽谷和道路的大空間跨越使人對(duì)其產(chǎn)生特別的情感。橋梁在造型和結(jié)構(gòu)上常常通過(guò)不同構(gòu)件的剛?cè)帷⑶?、長(zhǎng)短形成對(duì)比與組合，這使橋梁更富有節(jié)奏和韻律；橋梁所表現(xiàn)出的強(qiáng)烈水平延伸感及與地形、建筑、周圍環(huán)境的巧妙結(jié)合可以創(chuàng)造出多維的景觀效果。

1、概述

南浦三橋位于番禺區(qū)南浦島上，跨越大石水道，水道江面開闊，寬達(dá)150m，主橋通航孔按單孔雙向V級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，通航凈空寬80m，高8m，最高水位按二十年一遇洪水位考慮。該橋加強(qiáng)了南浦島與大石中心區(qū)的聯(lián)系，而且加強(qiáng)了與廣州新火車站、番禺中心城區(qū)、廣州中心區(qū)、廣州市南沙區(qū)、佛山市順德區(qū)等周邊的聯(lián)系，完善了南浦大道功能，盤活現(xiàn)有的交通資源，為今后南浦島的發(fā)展提供更便利的交通條件，同時(shí)為城市景觀增添一抹亮色。

2、橋梁方案設(shè)計(jì)比選原則

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)，結(jié)合周圍路網(wǎng)交通功能要求，考慮當(dāng)?shù)氐氖┕l件，并結(jié)合地質(zhì)、水文、通航等級(jí)、景觀協(xié)調(diào)和造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理等因素綜合比較選擇，其主要原則是：在滿足橋梁使用功能的前提下，力求造型新穎美觀，布局合理，并使橋梁與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，充分體現(xiàn)“安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀”的原則。

(1)安全：在力求創(chuàng)新的前提下，保證橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性，及營(yíng)運(yùn)中的安全性。

(2)經(jīng)濟(jì)：根據(jù)橋墩高度、橋梁長(zhǎng)度，選用經(jīng)濟(jì)、合理的上部構(gòu)造型式和跨度，擬定合適的結(jié)構(gòu)尺寸；貫徹“全壽命設(shè)計(jì)”理念，進(jìn)行節(jié)約型設(shè)計(jì)。

(3) 適用：選用結(jié)構(gòu)整體性好，高速行車舒適性好，承載潛力大，后期維護(hù)工作量少，費(fèi)用低的橋型方案。

(4) 環(huán)保：在滿足安全舒適的前提下，應(yīng)結(jié)合周邊環(huán)境“最大限度的保護(hù)、最低程度的破壞、最大限度的恢復(fù)”，充分體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念。

(5) 美觀：在造價(jià)適中的情況下，盡量選用結(jié)構(gòu)新穎美觀與環(huán)境協(xié)調(diào)的橋型方案。

根據(jù)以上原則對(duì)廣州市番禺區(qū)南浦三橋進(jìn)行橋梁橋型方案比選。

3、橋型方案的選擇

考慮橋墩、防撞等因素，設(shè)置單個(gè)通航孔時(shí)，跨徑為100～130m，可選擇的橋型較多，根據(jù)本項(xiàng)目的方案構(gòu)思指導(dǎo)思想，提出三種橋型方案進(jìn)行比較。

1、方案一——鋼管混凝土蝴蝶拱橋

廣州番禺區(qū)地處河網(wǎng)密布的珠江三角洲沖積平原，在悠久的歷史長(zhǎng)河中，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化等多方面相互作用，具有典型的水鄉(xiāng)風(fēng)貌和人文特色、自然景色與人文景觀極為和諧的城市形態(tài)。方案以“蝴蝶”為主題，蝴蝶被人們視為吉祥美好的象征，表現(xiàn)了人類對(duì)至善至美的追求。

圖一：鋼管混凝土蝴蝶拱橋主橋立面圖

圖二：鋼管混凝土蝴蝶拱橋效果圖

圖三 鋼管混凝土拱一連續(xù)梁組合體系橋梁主橋立面圖

圖四 鋼砼混合梁獨(dú)塔斜拉橋梁主橋立面圖

主橋跨徑組合為：（30+110+30）m鋼管混凝土蝴蝶拱橋，邊中跨比值為0.272，全橋總寬30.1m。主橋采用整體式設(shè)計(jì)，位于直線上。拱肋采用空間曲線，由兩片拱組成，拱肋與鉛垂面夾角18.20，平面內(nèi)矢高29.8m，平面內(nèi)矢跨比為1/3.69。兩拱拱頂中心間距47.0m，肋均采用圓形截面，拱肋截面從拱頂至橋面鋼橫梁處直徑從1.5m變化到3.0m，鋼板厚度為由16～22mm不等，在接吊桿處設(shè)置加勁肋板。橋面以下拱肋截面為等截面，截面直徑為3.0m，為加強(qiáng)拱座處拱肋的剛度、強(qiáng)度及滿足防撞及防腐要求，橋面鋼橫梁以下拱肋采用勁性骨架混凝土截面。主梁采用扁平鋼箱梁，在全部拱跨范圍內(nèi)連續(xù)成一個(gè)整體，并在與拱肋相交處通過(guò)強(qiáng)大的鋼橫梁與拱肋聯(lián)結(jié)在一起。

2、方案二——鋼管混凝土拱一連續(xù)梁組合體系

方案以“彩虹”為主題，是一種積極、健康的生活觀，生活方式。大橋位于中國(guó)最早進(jìn)行改革開放的珠江三角洲，體現(xiàn)嶺南文化的獨(dú)特性，也體現(xiàn)番禺地區(qū)的包容、開放、勇敢、進(jìn)取的精神。

圖三：鋼管混凝土拱一連續(xù)梁組合體系橋梁主橋立面圖

主橋跨徑組合為(60+110+60)m鋼管混凝土拱一連續(xù)梁組合體系，全長(zhǎng)470m，邊中跨比0.545，主拱矢高22m，矢跨比為1/5，拱軸線采用懸鏈線，m=1.3，吊桿間距5m。主梁為單箱三室整體式斷面，全寬34m，單側(cè)懸臂長(zhǎng)從6.7m，每隔5m設(shè)置一道加勁肋，腹板采用斜腹板，箱窒底面寬度19.0～19.9m，大懸臂加上斜腹板使主梁顯得輕巧、美觀。鋼管混凝土拱—連續(xù)梁組合體系將鋼管混凝土拱與預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)合在一起，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。鋼管混凝土系桿拱結(jié)構(gòu)輕巧，造型美觀，造價(jià)較低；但施工困難，結(jié)構(gòu)剛度小。而預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)剛度大，整體性能好，行車舒適性好，采用掛籃懸澆施工工藝成熟；但外形稍顯簡(jiǎn)單。將二者結(jié)合起來(lái)的結(jié)構(gòu)就會(huì)構(gòu)造輕巧，造型美觀，剛度較大，整體性好，施工簡(jiǎn)單可靠，工程質(zhì)量進(jìn)度有保證。同時(shí)造價(jià)也相對(duì)較低，易于維修養(yǎng)護(hù)。

表一 方案比選

3、方案三——鋼砼混合梁獨(dú)塔斜拉

方案以“凱旋”為主題，寓意番禺地區(qū)經(jīng)濟(jì)、文化建設(shè)等方面取得的偉大成就。斜拉橋橋塔雄偉挺拔，配合漂亮、簡(jiǎn)約的斜拉索，就像一座巨大的豎琴，奏響一篇完美的樂(lè)章。

圖四：鋼砼混合梁獨(dú)塔斜拉橋梁主橋立面圖

主橋跨徑組合為30m+30m+110m鋼砼混合梁獨(dú)塔斜拉體系，全長(zhǎng)470m。邊中跨比0.545，主拱矢高22m，矢跨比為1/5，拱軸線采用懸鏈線，m=1.3，吊桿間距5m。塔柱的造型獨(dú)特,外形優(yōu)美,有一定的視覺(jué)沖擊力，在不同的角度均能營(yíng)造出很好的視覺(jué)效果，傳統(tǒng)塔形均不能與之比擬。本橋型方案與周圍環(huán)境、景觀相協(xié)調(diào)，為與道路平面保持統(tǒng)一，主跨主梁采用鋼箱梁，錨跨主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁，在邊跨設(shè)置了一個(gè)輔助墩，為背索提供了剛性的錨固體系，同時(shí)也為中跨主梁提供了豎向支撐體系。主塔采用雙柱鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，斜拉索采用扇形布置。本方案采用塔、梁、墩固結(jié)體系。本方案造型新穎美觀，采用不等跨單索面形式，外形令人賞心悅目。主塔采用兩根鋼管混凝土柱，雄偉挺拔、剛勁有力，象征著番禺經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)勁勢(shì)頭。主梁采用鋼箱梁及混凝土箱梁混合結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)受力更加合理；邊跨配置輔助墩，增加整個(gè)橋梁的剛度。橋下凈空開闊，利于通航。

方案比選見(jiàn)表一。

以上方案中，方案三：獨(dú)塔混合梁斜拉橋，斜拉橋的歷史比較年輕，隨著橋梁結(jié)構(gòu)的理論、材料、制造、錨固方式、生產(chǎn)工藝、有限元分析、模型試驗(yàn)、計(jì)算手段等得到了長(zhǎng)足發(fā)展。但在南浦島附近的西麗橋?yàn)殇擁沤M合體系獨(dú)塔混合梁斜拉橋。方案二：鋼管砼－連續(xù)梁組合體系，拱橋是一種常見(jiàn)的橋式，根據(jù)橋面的位置，分為上承式、中承式和下承式。在此處地勢(shì)相對(duì)平坦，適宜修建中、下承式的系桿拱拱橋，但附近的麗江大橋就是此橋型。根據(jù)周邊現(xiàn)有大橋的結(jié)構(gòu)型式，從景觀的角度考慮，在達(dá)到與橋位周邊景觀協(xié)調(diào)一致的基礎(chǔ)上，拱肋、吊桿可以選擇樣式多變的造型，運(yùn)用不同的構(gòu)思、不同的搭配加上番禺悠久的歷史文化背景，可創(chuàng)造出番禺地區(qū)一個(gè)標(biāo)志性效果。蝴蝶拱橋，結(jié)構(gòu)造型新穎、美觀，兩片拱肋似蝴蝶的兩個(gè)翅膀，翩翩起舞，給人一種動(dòng)畫般美感。又可以與番禺地區(qū)秀麗的自然景觀及豐富的人文積淀融為一體。綜上所述，本次主橋方案推薦采用方案一鋼管砼蝴蝶拱。

4、結(jié)束語(yǔ)

隨著城市的高速發(fā)展，現(xiàn)代的橋梁設(shè)計(jì)已不純粹以滿足功能需要為目的，橋梁巨大的跨度、強(qiáng)烈的形體表現(xiàn)力、超凡的尺度均反映出人類對(duì)自然的駕馭，是人類自我實(shí)現(xiàn)的高度反映。在尊重功能的同時(shí)還能反映地域文化的過(guò)去與將來(lái)，最大限度地實(shí)現(xiàn)功能、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、美觀與歷史文化的統(tǒng)一，使其成為城市文化的聚焦及城市形象的窗口。城市橋梁橋型選型在滿足橋梁使用功能的前提下，還應(yīng)考慮橋梁景觀、城市人文特征等，融功能、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、美觀、城市人文為一體。本文可為同類型橋梁方案設(shè)計(jì)提供借鑒。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.016