曹 宏，馬 麟

（無錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇無錫 214072）

1 工程概述

宿遷行運(yùn)大橋位于宿遷湖濱新城古皂河鎮(zhèn)東側(cè)，橫跨京杭運(yùn)河，橋西南毗鄰全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位龍王廟行宮(乾隆行宮)，橋東為正在開發(fā)中的駱馬湖景區(qū)，橋址處現(xiàn)為飛龍渡渡口，兩岸居民通過渡船過河。為方便兩岸居民出行，并在駱馬湖景區(qū)和龍王廟行宮之間架起一座旅游通道，擬建橋梁主跨橫跨京杭大運(yùn)河，邊跨跨越運(yùn)河兩側(cè)現(xiàn)狀道路及規(guī)劃道路，橋梁兩側(cè)分設(shè)下橋梯道及推坡道接地，見圖1。該橋采用橋梁裝飾及配套建筑，在風(fēng)格上采用當(dāng)?shù)氐墓沤ㄖ攸c(diǎn)，同時(shí)結(jié)合運(yùn)河文化，使之與現(xiàn)代文明有機(jī)相融。在整體尺度比例上，該橋結(jié)合使用功能并根據(jù)橋梁的尺度進(jìn)行總體控制，橋墩上設(shè)置亭子，將建筑與橋梁結(jié)合設(shè)計(jì)，將交通與人行功能完美結(jié)合，該橋的建成將使其與兩側(cè)景區(qū)融為一體，必將成為宿遷湖濱新城地標(biāo)性建筑。

圖1 橋位圖

2 橋梁方案構(gòu)思

2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)條件

（1）通航等級：國家Ⅱ級航道；

（2）通航凈空：143 m(凈寬)×7 m（凈高）；

（3）設(shè)計(jì)最高通航水位：23.83 m；

（4）設(shè)計(jì)最低通航水位：18.33 m；

（5）橋梁斷面寬度：8 m；

（6）地震：本工程區(qū)域地震動峰值加速度為0.3 g，屬Ⅲ類建筑場地，場地抗震設(shè)防烈度為8度。

2.2 方案構(gòu)思

通過對現(xiàn)場地形地貌及周圍環(huán)境的實(shí)地考察，結(jié)合城市規(guī)劃、交通運(yùn)輸、航道凈空、地質(zhì)條件等因素進(jìn)行結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)構(gòu)思。該橋橫跨京杭大運(yùn)河，聯(lián)結(jié)兩岸重要旅游景區(qū)，整個(gè)湖濱新城將打造成為宿遷城市名片的展示區(qū)，承擔(dān)著為游客與城市居民提供休閑、娛樂、享受自然環(huán)境的特殊功能。

（1）當(dāng)?shù)貧v史人文背景：宿遷地區(qū)自古以來受楚漢文化影響，具有悠久的歷史文化底蘊(yùn)，歷代人文輩出，清朝早期乾隆六次下江南，五次宿頓于此，期間興建了不少具備皇家特色的建筑，如龍王廟行宮，成為當(dāng)?shù)乇容^典型的建筑風(fēng)格。

（2）橋型方案選擇：由于橋梁橫跨京杭大運(yùn)河，受該處航道等級限制，橋梁主跨需在150 m以上。對于主跨150 m以上的橋型方案，通常會采用斜拉橋、拱橋、懸索橋及連續(xù)梁等。宿遷是一個(gè)人文及歷史背景濃厚的城市，而且橋位地處景區(qū)地段，所以，美學(xué)是該橋梁必須考慮的重要因素。根據(jù)整個(gè)景區(qū)規(guī)劃，該處要打造古典行宮風(fēng)格需要，進(jìn)而相對現(xiàn)代的橋型如：斜拉橋、懸索橋則不宜考慮，加之宿遷當(dāng)?shù)氐牡卣鹪O(shè)防烈度較高、場地特殊，大跨徑的拱橋不利于抗震要求，所以大跨徑拱橋亦不在考慮之列。綜合以上分析，連續(xù)梁式橋是本橋主要考慮的橋型，該橋型具有受力明確，外觀簡潔、輕巧，線條連續(xù)流暢，外立面簡單而富于變化。

（3）橋梁風(fēng)格體現(xiàn)：橋梁立面在以現(xiàn)代橋梁技術(shù)為支撐的基礎(chǔ)之上，采用現(xiàn)代較常見的橋型（連續(xù)梁式橋）為載體，融合中國清式的古典風(fēng)格及建筑形式，使之與千年古鎮(zhèn)-皂河鎮(zhèn)、龍王廟行宮環(huán)境相協(xié)調(diào)，相互補(bǔ)充、自然和諧。橋墩處設(shè)仿古亭閣加以點(diǎn)綴，成為千年古鎮(zhèn)-皂河鎮(zhèn)的延續(xù)，如果說規(guī)劃中的駱馬湖景區(qū)體現(xiàn)的是現(xiàn)代生態(tài)文明，那么跨運(yùn)河橋便是一條串起古今的紐帶，一座穿越時(shí)空的橋梁，將皇家建筑特點(diǎn)、古鎮(zhèn)繁華景象、地域特點(diǎn)進(jìn)行宣揚(yáng)和傳承，與現(xiàn)代文明有機(jī)融合在一起。

3 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1 結(jié)構(gòu)論證

考慮到航道限制和橋墩的影響，橋梁主跨跨徑選擇為153 m，主跨在150 m以上的梁式橋有連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、剛構(gòu)-連續(xù)組合梁等形式，由于運(yùn)河兩側(cè)分別為駱馬湖和龍王廟景區(qū)集散廣場，且離主橋主墩距離約為80 m，這就要求橋梁邊跨跨徑在75m左右，故橋梁跨徑劃分為75 m+153 m+75 m。橋梁全長303 m、寬8 m的梁式橋，由于長寬比近38，橫向穩(wěn)定是個(gè)重要問題，連續(xù)剛構(gòu)橋橫向穩(wěn)定性好，但該橋橋墩高度僅為11 m，墩身剛度過大，導(dǎo)致墩身分擔(dān)很大一部分墩頂梁體彎矩，由于該地區(qū)特殊的抗震要求，對橋梁下部結(jié)構(gòu)安全極為不利。剛構(gòu)-連續(xù)組合梁既能滿足長寬比大的連續(xù)梁橫向穩(wěn)定性不好的要求，又能避免連續(xù)剛構(gòu)橋因溫度、收縮徐變產(chǎn)生過大次內(nèi)力的弊端，因此，該橋結(jié)構(gòu)體系選擇剛構(gòu)-連續(xù)梁橋，為較小固結(jié)墩的剛度，固結(jié)墩身采用雙薄壁形式。

對于邊-中跨比為0.49的梁式橋，中跨和邊跨的不平衡彎矩較大，為解決邊-中跨比過小的問題，一般情況下可以通過以下三種方式：（1）邊跨段采用普通混凝土，中跨段采用輕質(zhì)混凝土；（2）中跨跨中段采用鋼結(jié)構(gòu)；（3）加大邊跨結(jié)構(gòu)尺寸，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)配重以平衡中跨彎矩。對于第一種方法，根據(jù)國內(nèi)外橋梁設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)，我國已建橋梁采用輕質(zhì)混凝土材料的很少，一般情況下，輕質(zhì)混凝土的骨料要求極為嚴(yán)格，一般情況下須從國外進(jìn)口，這樣在經(jīng)濟(jì)上不具可行性，且行運(yùn)大橋的工期緊張，在我國進(jìn)行昂貴的試驗(yàn)以尋找合適的輕質(zhì)骨料也是不現(xiàn)實(shí)的?？缰卸稳绮捎娩撓淞航Y(jié)構(gòu)可以有效的減小中跨跨中及橋墩根部彎矩，但考慮到此處京杭大運(yùn)河不斷航的特殊通航條件，且中跨跨中段采用鋼箱梁會增加結(jié)構(gòu)的施工難度，且施工工期較長，這樣第二種方法在施工上不具備可行性，不僅如此，鋼箱梁的造價(jià)要遠(yuǎn)高于混凝土梁。采用第三種方法，即通過加大邊跨的結(jié)構(gòu)尺寸來平衡中跨跨中彎矩，這樣雖然增加了部分的混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼束用量，但相對跨中采用鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)來說要小得多，而且該方法的施工難度小，可以有效的保證通航條件及工期限制。通過以上分析，該橋擬選用加大邊跨結(jié)構(gòu)配重的方法來平衡中跨彎矩。橋型立面見圖2。

圖2 橋型立面圖

3.2 結(jié)構(gòu)特征及設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在連續(xù)梁橋中，將墩身與主梁固結(jié)從而成為連續(xù)剛構(gòu)橋。由于墩身與主梁形成剛架承受上部結(jié)構(gòu)的荷載，一方面主梁受力合理，另一方面墩身在結(jié)構(gòu)上充分發(fā)揮了潛能，因此連續(xù)剛構(gòu)橋在我國很快得到了應(yīng)用和發(fā)展。一般情況下，墩身內(nèi)力與橋梁順橋向抗推剛度以及距主梁順橋向水平位移零點(diǎn)的長度密切相關(guān)，雙薄壁式墩身具有抗推剛度小的特點(diǎn)，能有效地降低其內(nèi)力，但隨著橋梁全長的加大，墩身距主梁順橋向水平位移變形零點(diǎn)的距離亦將加大，在溫度、混凝土收縮及徐變等荷載的作用下，橋墩墩頂位置截面與主梁同時(shí)產(chǎn)生很大的順橋向水平和轉(zhuǎn)角位移，墩身剪力和彎矩將迅速增大，而且產(chǎn)生不可忽視的附加彎矩，這樣就致使連續(xù)剛構(gòu)形式方案在此橋的橋型形式選擇上有著自身的局限性。

在結(jié)構(gòu)上將一個(gè)橋墩的墩身與主梁的固結(jié)約束予以解除，而以順橋向水平和轉(zhuǎn)角位移自由的活動支座取而代之，這樣就形成剛構(gòu)-連續(xù)組合梁的結(jié)構(gòu)體系。這樣的橋型主墩墩身強(qiáng)度過大的問題得以解決，且在一定條件下橋梁總長可相對延長。可見，剛構(gòu)-連續(xù)組合梁是連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)的合理組合，它兼?zhèn)淞诉B續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)橋的優(yōu)點(diǎn)而揚(yáng)棄各自的缺點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)受力、使用功能和適應(yīng)環(huán)境等方面均具有一定的優(yōu)越性。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主橋跨徑布置為：75 m+153 m+75 m，橋梁總長303 m。全橋位于直線段上，橋跨中心兩側(cè)設(shè)3.5%的縱坡，豎曲線為R=1 500 m的凸曲線。主橋橋梁型式為單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)組合箱梁，箱梁為直腹板單箱單室斷面?？拷砗渔?zhèn)側(cè)主墩與梁體固結(jié)，橋墩采用雙薄壁墩形式，靠近駱馬湖側(cè)橋墩與梁體之間設(shè)置活動支座。

橋梁橫斷面布置為：欄桿（0.4 m）＋人非混行道（7.2 m）+欄桿（0.4 m），總寬8.0 m。人非混行道采用1.0%的橫坡，坡向路邊。

人非混行道橋面鋪裝為：4 cm石材+4 cm M10隔熱砂漿+6.4～10 cm C50混凝土鋪裝層。

4.1 上部結(jié)構(gòu)

箱梁根部梁高9.0 m，跨中及邊跨支點(diǎn)梁高4.0 m，梁高按照二次拋物線變化，箱體頂板寬度為8.0 m、9.5 m（主墩處），頂板設(shè)平坡，頂板厚度：0～3號塊厚度為0.6 m漸變至0.3 m，邊跨4～10號塊及中跨4～12號塊厚0.3 m，邊跨11～12號塊頂板厚度由0.3 m漸變至0.5 m，邊跨13號塊至邊跨支點(diǎn)頂板厚為0.5 m，跨中13號塊頂板厚度由0.3 m漸變至0.25 m，跨中14～18號塊及跨中合攏段頂板厚度為0.25 m，見圖3。

圖3 階段劃分圖

箱梁底板寬度6.0 m，橫橋向底板保持和頂板同坡度。底板厚度為：跨中1～18號塊底板厚度由0.934～0.3 m，厚度按二次拋物線變化，邊跨1～10號塊底板厚度由0.934～0.463 m，厚度按照二次拋物線變化，邊跨11～12號塊底板厚度由0.463 m漸變至0.8 m，邊跨13號塊至邊跨支點(diǎn)底板厚度為0.8 m。

箱體腹板厚度：邊跨1～10號塊為0.75 m、11～12號塊腹板厚度由0.75 m漸變至0.95 m、13號塊至支點(diǎn)為0.95 m，中跨1～12號塊為0.75 m、13號塊腹板厚度由0.75 m漸變至0.5 m、14～18號塊及合攏段腹板厚度為0.5 m。

箱梁在支點(diǎn)處均設(shè)置橫梁，端支點(diǎn)處橫梁厚2.0 m，靠近駱馬湖中墩簡支支點(diǎn)處橫梁厚3.5 m，靠近皂河鎮(zhèn)側(cè)墩梁固結(jié)處雙薄壁墩橫梁為兩道1.4 m厚橫梁，中墩處橫梁均布置一個(gè)高1.0 m×0.8 m的人孔，底板設(shè)置直徑80 cm的永久性檢修孔。在中、邊跨1/4跨處及中跨跨中均設(shè)置一道厚50 cm的跨間小橫梁。橋墩處斷面見圖4，跨中斷面見圖5。

圖4 橋墩處斷面

圖5 跨中斷面

預(yù)應(yīng)力箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工。0號節(jié)段長13 m,合攏段2.0 m長。除考慮節(jié)段的重量不宜差別太大外，并結(jié)合橋跨特點(diǎn)，懸臂澆注梁段長度為 3.0、3.5 m、4.0 m、4.5 m。

橋梁箱梁按全預(yù)應(yīng)力混凝土類構(gòu)件設(shè)計(jì)。

橫梁及橋面板橫向按照鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。

箱梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束均采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk=1 860 MPa的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，彈性模量為Ep=195 000 MPa，公稱直徑為15.20 mm；最大錨下張拉控制應(yīng)力為1 395 MPa。

4.2 下部結(jié)構(gòu)

主墩-墩梁固結(jié)墩，形式為雙薄壁墩。雙薄壁墩身橫橋向尺寸為3.8 m，縱橋向尺寸為1.4 m，兩薄壁墩身凈距為3.1 m，墩身高14.4 m。承臺尺寸為14.5 m×11.5 m（縱橋向×橫橋向），厚4 m，下接12根直徑1.5 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

主墩-簡支墩，墩身采用板式墩身，墩底截面尺寸為3.8 m×2.8 m（橫橋向×順橋向），墩身頂截面尺寸為6.0 m×2.8 m（橫橋向×順橋向）。承臺尺寸為14.5 m×11.5 m（縱橋向×橫橋向），厚4 m，下接12根直徑1.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。同時(shí)承臺在懸臂澆筑時(shí)作為施工支撐點(diǎn)。

邊墩墩采用方柱墩身上接蓋梁的形式，下面墩身尺寸為1.6 m×1.6 m，蓋梁高1.25～2.5 m，寬6.0 m。承臺尺寸為7.5 m×7.5 m，厚2.5 m，下接四根1.2 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

5 結(jié)構(gòu)計(jì)算

上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了三維空間計(jì)算分析軟件MIDAS Civil2012和橋梁博士V3.2版對全橋運(yùn)營及施工階段進(jìn)行了模擬計(jì)算分析。全橋縱向按照全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，計(jì)算荷載有：施工臨時(shí)荷載、恒載、活載、溫度梯度、基礎(chǔ)沉降等，本橋收縮徐變按照10年運(yùn)營考慮?？v向計(jì)算結(jié)果見表1。

由表1可以看出，結(jié)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，但表中主壓應(yīng)力偏高，考慮到結(jié)構(gòu)的耐久性，設(shè)計(jì)上采用C60高標(biāo)號混凝土，同時(shí)橋面鋪裝層采用了隔熱砂漿層，減弱了溫度梯度對結(jié)構(gòu)的不利影響。

6 結(jié)語

本文以宿遷行運(yùn)大橋工程為背景，介紹了橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)探討了小邊跨及大長寬比梁式橋的設(shè)計(jì)，為同類橋梁的設(shè)計(jì)提供了一定的參考和借鑒作用。

表1 結(jié)算結(jié)果（單位：MPa）

[1]鄧文中,代彤.重慶石板坡長江大橋復(fù)線橋總體設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè),2009(6):28-32.

[2]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3]劉榕.木塘垸沅水大橋剛構(gòu)-連續(xù)體系設(shè)計(jì)概述[J].中外公路,2006,26(3):181-183.

[4]鞏春領(lǐng),肖汝誠.大跨徑剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋整體受力分析與討論[J].結(jié)構(gòu)工程師,2004,20(5):14-19.