重庆合川涪江一桥桥型设计创意

重庆合川涪江一桥桥型设计创意
陈祖生;吴后伟
【摘要】复建的重庆合川涪川一桥(新桥)是目前国内唯一将拱桥和梁桥结合起来设计的新型拱式梁桥,其具有拱桥的外形和梁桥的受力特性.在主梁构造设计上,通过设置拱式腹拱和叠层造型,使桥梁看起来更加美观,其设计方法可供同类桥梁设计参考.【期刊名称】《公路交通技术》
【年(卷),期】2012(000)005
【总页数】4页(P73-76)
【关键词】拱式梁桥;拱式腹孔;叠层造型
【作者】陈祖生;吴后伟
【作者单位】林同棪国际工程咨询(中国)有限公司,重庆401121;林同棪国际工程咨询(中国)有限公司,重庆401121
【正文语种】中文
【中图分类】U442
1 工程概况
合川区位于重庆市主城区西北部，距重庆主城区约65 km。

合川城市建于涪江和嘉陵江交汇处，形成两江三岸的布局，风景优美。

涪江一桥位于该市中心，系南北向跨越涪江的重要过江桥梁。

桥址周边地块发展成熟，南北两岸市民往来密切，交通流量非常大。

原涪江一桥(旧桥)建于1971年，为4跨66 m钢筋混凝土双曲拱桥(图1)，现需
要拆除，原因如下。

1)旧桥为老式双曲拱桥，具有先天性结构缺陷且病害严重，经多次加固后仍难以满足正常使用要求。

2)旧桥设计荷载标准为汽－13，挂－60，人群3.5 kN/m2，桥面全宽10.5 m。

设计标准低，无法满足现状交通需求，从2005年开始对交通限行。

3)桥位下游约27 km处的草街电站大坝正在修建，大坝蓄水后，桥位处的常水位
将提高10 m，而旧桥桥面标高偏低，不能满足规划通航净空的要求。

鉴于此，确定对旧桥予以拆除，并在原址修建一座新桥。

2 方案设计
由于旧桥是当地修建的第1座跨江大桥，在很长一段时间内其作为该市唯一的桥梁，为这个城市的经济发展作出了很大贡献，因此当地市民对其有很深的感情，希望新桥的外形与旧桥类似，且要求更美观。

为此，项目组结合桥位的建设条件及客观需求，提出了如下3种桥型方案。

2.1 方案1:拱式梁桥方案
该方案将拱桥和梁桥桥型巧妙结合(图2)，形成新颖的拱式梁桥。

通过适当提高桥
面标高，可使其在满足交通功能的前提下，满足规划航道通航净空要求。

通过设置古典的拱上腹拱和独特的叠层造型，使其含有古典拱桥的元素，不仅达到拱桥的视觉效果，而且还增加了桥梁的观赏性，满足市民们希望还建一座拱形桥梁的愿望。

图1 旧桥
图2 方案1效果图
2.2 方案2:索辅梁桥方案
该方案采用矮塔斜拉索辅式梁桥(图3)，较低的桥塔可与桥梁周边建筑很好地匹配，轻盈的主梁给人非常简洁、轻巧的感觉，能满足交通和通航的需求。

但其与旧桥的
风格完全不同，而对于与旧桥有深厚感情的当地市民来说，更喜欢还建一个拱形桥梁。

此外，在这个桥位，如果建设一个主跨约135 m的矮塔斜拉索辅式梁桥，则
显得大材小用。

2.3 方案3:顶推钢梁桥方案
为了尽可能减少因拆除旧桥中断过江交通对城市的影响，该方案考虑以最短的工期还市民一个过江桥梁，即利用旧桥现有的基础和桥墩(图4)，将桥墩加高，以提高
桥面，满足规划通航要求。

然后在南引道(现有直线型道路)上将工厂分段加工好的钢箱梁进行拼接，由南向北顶推，最终形成一座连续钢箱梁桥。

本方案投资最为节省，施工速度最快。

但桥梁的跨度没有改变，估水位的主航道通航条件未得到改善，桥梁外形也未达到市民的心理期望。

其它桥型，比如更大跨度的中承式拱桥、下承式拱桥、地锚式或自锚式悬索桥等，在方案初选时，因考虑到桥梁的体量与周边密集建筑环境的不协调性以及建设条件的限制，均未列入比选范围。

由于下游草街电站水坝正在修建，桥位处水位将会提高，将会有更高的航运需求，能提供更优通航条件的方案就显得更为可取，因此最终选择方案1作为建设方案。

图3 方案2效果图
图4 方案3效果图
3 构造设计创意
根据通航论证结论和总体布跨设计，新桥主跨135 m，边跨分别为85、88 m。

结合两边受限的接线条件，桥宽定为20 m，主梁采用预应力混凝土结构(图5)。

新桥结构体系实际上是上承式拱桥和梁桥的组合体。

每个主墩上的受力结构就像系杆在上层的上承式系杆拱，当2个桥墩的系杆拱放在一起时，就形成一个典型的“双飞燕”式上承系杆拱。

在本桥特定的水位条件下，这样的系杆拱最大主跨可达80 m，但这并不能达到设计需要的跨度。

设计构思是把2个半拱沿中桩线左右分
开，中间用一段等截面箱梁连接(图6)。

箱梁梁高3 m，凭经验，3 m高的预应力混凝土箱梁跨径就能够做到60 m，而本桥2个分开后的系杆拱之间的净距离不超过55 m，在受力上是合适的，边跨也是如此，因此，项目组提出了85 m+135 m+88 m跨的拱式梁桥创意。

设计时把边跨、中跨的等截面箱梁和每个桥墩上的上层系杆箱梁连接，纵向形成一个全桥通长的等截面连续箱梁，因此本桥实质上是搁置在2个系杆拱上的连续梁桥，这也是设计的独到之处。

结构计算表明，当梁和拱结合在一起时，组合体呈现出拱桥和梁桥的受力特点，故被称为拱式梁桥。

在恒载作用下，拱桥通常在拱顶以受压为主，弯矩相对较小。

由于本桥的边跨、中跨分别增加了一段平直箱梁，而该段箱梁需要有足够的抗弯能力以抵抗恒载、活载产生的弯矩，因此设计时按梁桥的受力特点配置预应力钢筋。

为使本桥看起来更像拱桥，在主梁根部参照传统的空腹式拱桥设计了4个横向贯穿的腹孔。

腹孔设计成拱形，对称布置，既增加了拱桥的外形和涵意，也增加了过洪面积，减少了洪水的流水压力。

此外，桥墩外形设计成传统拱桥的圆端形状，内部空心。

由于桥墩横桥向尺寸比桥面窄，故为使墩、梁的过渡更有创意，在梁底缘设计了逐级放大的倒阶梯式叠层造型，从较窄的墩顶逐渐过渡到较宽的上部主梁，外观看起来像在逐层堆砌加高、逐层扩大的叠层传力板(图7)。

叠层范围长35 m，共设置10级，每级阶梯高1 m，梯阶长度根据拱形的造型需要而逐渐变化。

图5 新桥总体设计
图6 拱梁结合示意
图7 成桥实景
由于主梁根部高达14 m，混凝土量较大，叠层台阶构造复杂，其中墩顶0#块(腹孔段范围)长31 m，在腹孔尚未形成时，底板以悬臂受弯为主。

通常，腹孔段需采
用临时支架平台施工，然而涪江里不允许搭设影响航道的大型支架，因此，为了减少施工设施及费用，设计时采用化整为零的方法，将该腹孔段再次分层分段(图8)，并根据每次浇筑的构件逐层、逐段设置临时对拉钢束，使先前浇筑成型的构件参与受力，且对浇筑初始构件用的支架规模要求非常小，仅利用承台的余宽就可搭设。

当腹孔段形成后，就可安装挂篮，剩余的梁段均按照悬臂节段法施工。

图8 腹孔段分层分块示意
新桥建安费约6 400万元人民币，每m2桥面约1万元。

由于本桥造型较特殊，
故比同规模连续刚构桥的造价要高约15%。

需特别注意主梁根部的叠层造型，其
施工需要相当多的劳动力和模板。

新桥在2009年1月10日开工，于2010年12月31日建成通车，工期近2年。

该桥的建设给当地还建了一个更宽、更通畅的过江通道，缓解了上游涪江二桥的交通压力，方便市民出行，社会效益明显，有力地促进了当地社会经济发展。

新桥通车1年多来，反响良好，未发现不良病害状况。

4 结语
涪江一桥新桥设计时，采用了由上承式拱桥和梁桥组合而成的拱式梁桥方案，其独特构造不仅具有传统拱桥的外形，而且也具有梁桥的受力特征。

主梁全程采用悬臂挂篮施工，工程上非常经济、合理，其设计方法和施工技术可供同类桥梁参考。

参考文献
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