张家界荷花大桥桥型方案设计

张晓松 上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125

1 项目概况

张家界是湖南省辖地级市，原名大庸，因旅游建市，是中国最重要的旅游城市之一，拥有武陵源景区和天门山等世界级旅游目的地。荷花大桥位于张家界荷花国际机场第二通道上，是荷花机场通往市区及武陵源景区的门户型工程。该项目由南向北于月亮岛岛尾横跨澧水，到达且住岗，桥位处水面被月亮岛一分为二，每侧水面宽约200m，常年水深约10m。地形地貌与地质：桥位南侧为丘陵地貌，岩石裸露，桥位北侧平原地貌且有较厚覆盖层；道路等级：城市主干路；桥梁荷载等级：城-A级；桥梁布置双向六车道及人非道；工程位于木龙滩水电站库区，库区现状航道等级为Ⅶ级航道，规划为Ⅴ级航道，桥下设计通航净空高8.0m，最高通航水位165m；设计洪水频率为百年一遇，设计洪水位168.42m。

图1 荷花大桥桥位平面图

2 桥型方案初选

荷花大桥桥位处的江面宽度约400m，河中央有天然的月亮岛沙洲，可考虑多种布跨方案。由于澧水河在桥位处水深较深，多跨越江桥梁水中墩较多，施工较为困难，同时荷花大桥作为门户型通道，有桥梁景观需求，因此不考虑多跨小跨径桥梁方案；一跨越江跨径将超过500m，可以采用斜拉桥或者悬索桥方案，斜拉桥桥塔将超过130m，超过机场限高，而一跨越江悬索桥造价高、施工难度大，也不宜考虑；三跨越江可以布置悬索桥、斜拉桥、拱桥，但由于未结合地形布跨，施工难度大同时不利通航，也不宜推荐；两跨越江可以采用独塔斜拉桥或三塔悬索桥方案，独塔斜拉桥方案从工程方案角度非常适合本项目，经济合理，但造型易与类似项目重复，不能担负荷花大桥门户地标的功能要求；两跨越江三塔悬索桥，施工难度与造价均处于居中位置，类似布置形式相对较少，易于形成标志性建筑，因此选择此方案进一步进行建筑方案与结构方案比选。

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3 两跨越江三塔悬索桥建筑风格研究

3.1 现代风格

从荷花大桥“荷花”入手，进行元素提炼、线性组合与造型模拟，形成如荷花瓣形状现代风格桥塔，展示了荷花的天然之美；而大桥造型采用荷花的立意也充分体现了张家界这座有着天然景色之美的旅游城市的独特魅力。

图2 荷花大桥两跨越江三塔悬索桥现代风格桥塔造型研究

荷花大桥是连接荷花机场的重要交通，应重视功能和空间组织，结构和造型美。发挥结构构成本身的形式美，除去多余的装饰，用自身的质地和色彩体现桥梁造型的景观美。所以现代简约风格为首选提出的桥塔方案，重视功能和空间组织、结构和造型美，以其挺拔雄壮的形态在宁静的水面上尽显风采。

图3 荷花大桥两跨越江三塔悬索桥现代风格整体造型研究

3.2 古典风格

张家界是少数民族聚集区，以土家族、苗族、白族为主，全境土家族人口较多，是土家族世居地区。考虑到其特有的民族文化，我们将土家族建筑的精神内涵体现到本方案的设计中。

图4 荷花大桥两跨越江三塔悬索桥古典风格桥塔造型研究

三塔方案，边塔矮于中塔，整体看起来更加雄伟壮观，三塔的侧平面正好犹如山的造型，坐落在这座山水之城，与周围环境相呼应。而单独的主塔本身采用飞檐翘角的屋檐形式，在主塔及细节处体现传统民族特色，在整个大轮廓下，与山水相呼应，既民族又寓情于山水之间。主体突出，轮廓鲜明。

图5 荷花大桥两跨越江三塔悬索桥古典风格整体造型研究

3.3 建筑风格方案比选

现代方案与古典方案体现出迥然不同的建筑风格与精神气质，均为可实施方案，要在两个方案之间做出抉择，应当从桥梁所处物理环境与人文环境出发，分析哪一种方案更能够与周边环境相契合，哪一种方案更能够适应当地居民的审美需求。

张家界古称大庸，建于2230年前，是古庸国所在地，荷花大桥桥址附近就有土家族风情园、大庸古城等诸多成片古建筑群。追溯土家符号的渊源和产生，不难看出符号背后的民族性格、民族历史、民族审美情趣等本质性的内蕴，通过这许许多多的符号，张家界土家人将精神元素揉合于物象之中，隐喻某种概念或思想感情，让先民们的精神得以传播延续。因此，从与桥梁周边环境相契合及当地民众审美需求出发，揉合了土家族古建元素的古典方案无疑才是更为契合的方案。

4 两跨越江三塔悬索桥结构方案研究

4.1 自锚式悬索桥方案

主桥三塔自锚式悬索桥，跨径布置为30m+92m+228m+228m+92m+30m=700m，主跨的主缆矢跨比为1/6，采用预制平行钢丝索股体系，主缆外直径为391mm，主缆末端锚固于加劲梁上，吊索间距8.0m；加劲梁采用全漂浮体系，采用钢-混凝土组合梁，梁高2.7m，支座设置于梁端及塔柱横梁，塔柱内侧、锚墩及过渡墩上，均设置水平限位装置；塔柱采用薄壁式钢筋混凝土结构，通过进一步细化方案设计，中塔柱总高最终确定为74.6m，桥面以上塔高53.0m，边塔柱总高最终确定为43.3m，桥面以上塔高33.0m，塔柱在主梁梁底以下采用横梁连接；桩基础采用钻孔灌注桩，设计类型为嵌岩桩，塔柱基桩直径3.0m，桩长约20～25m，持力层为中风化页岩。

图6 荷花大桥两跨越江三塔自锚式悬索桥方案

4.2 地锚式悬索桥方案

主桥三塔地锚式悬索桥，跨径布置为228m+228m=556m，主跨的主缆矢跨比为1/9.5，采用预制平行钢丝索股体系，主缆外直径为391mm，主缆末端锚固于锚碇，吊索间距8.0m，加劲梁采用全漂浮体系，采用钢梁结构，梁高2.7m，支座设置于梁端及塔柱横梁，塔柱、锚墩及过渡墩内侧设置水平限位装置；塔柱采用薄壁式钢筋混凝土结构，主塔高度与自锚式悬索桥方案保持一致，中塔柱总高74.6m，桥面以上塔高53.0m，边塔柱总高43.3m，桥面以上塔高33.0m，塔柱在主梁梁底以下采用横梁连接；根据桥址处地质条件，锚碇采用重力式锚碇；桩基础采用钻孔灌注桩，设计类型为嵌岩桩，塔柱基桩直径3.0m，桩长约20～25m，持力层为中风化页岩。

图7 荷花大桥两跨越江三塔地锚式悬索桥方案

4.3 计算分析及结论

自锚式及地锚式悬索桥方案均采用MIDAS CIVIL2013有限元计算软件分析了结构静力安全性，主缆设计安全系数不低于2.5，吊索设计安全系数不低于3.0；地锚式悬索桥锚碇抗滑移及抗倾覆系数不低于2.0；主桥的抗震及抗风稳定性均满足规范要求。

图8 荷花大桥两跨越江三塔自锚式及地锚式悬索桥方案总体计算有限元模型

4.4 结构方案比选

荷花大桥两跨三塔悬索桥结构方案比选表

从上表可以看出，自锚式悬索桥施工方式为先梁后缆，相对比较复杂，而且主梁受压，主梁造价相对较高，但可以通过采用钢-混凝土组合结构梁形式增加截面抗压能力，同时不存在锚碇结构，景观相对较好，更加适合应用于城市桥梁；地锚式悬索桥主跨结构施工方式为先缆后梁，相对简单，但存在巨大锚碇构造，尤其是在北岸平原地带，覆盖层较厚，造成锚碇体量巨大，造价较高，巨大锚碇也会对城市景观造成较大影响。因此，综合考虑，推荐采用自锚式结构作为最终选择。

5 结语

本文从张家界荷花大桥的使用及景观功能出发，考虑了各种可能的布跨和桥型方案，首先遴选出两种布跨形式、三种桥型方案，再结合施工难度、造价、景观进行进一步方案深入比较，得出两跨越江三塔悬索桥桥型方案的结论。然后结合此桥型具体进行了建筑景观及桥梁结构形式研究，最终推荐该桥采用古典造型三塔自锚式悬索桥作为本项目推荐方案。