宝鸡市陈仓渭河大桥工程设计

柳建设，孙虎平，吴 振

（西安市政设计研究院有限公司，陕西 西安 710068）

0 引言

宝鸡市陈仓渭河大桥桥梁全长1 007.5 m，其中，河道内主桥为7×60 m 预应力混凝土变截面连续梁，连接主桥跨越南侧堤顶路采用（40.5+56.5+42）m，北侧堤顶路采用（42+66+51）m 等截面连续钢箱梁，河道以外引桥部分为32 m 预应力混凝土等截面连续梁。作为典型市政工程，该工程复杂，限制因素多，功能需求高。在解决基本交通问题的条件下，如何平衡各种交通需求并将功能最大化？随着城市的飞跃发展，特别是高速公路临近城市，如何解决老城区跨越高速路发展带来的交通问题？在各种桥梁方案层出不穷的时代，什么样的桥梁方案既能达到景观效果好，适合桥位自然条件，又能提高城市辨识度？在解决这些问题过程中，该工程提供了一些新的尝试。

1 设计标准

（1）道路等级：城市次干路。

（2）设计速度：主路为40 km/h。

（3）桥梁汽车荷载等级：城-A 级。

（4）主线桥桥面宽度：渭河河道以外，桥面宽24.5 m，双向4 车道+非机动车道；跨越滨河南路、渭河南北侧堤顶路、滨河北路、渭河河道内，桥面宽28.0 m，双向4 车道+非机动车道+人行道。

（5）河道通航：季节性河流，无通航要求。

2 线位选择

工程道路总长1.9 km，由南向北与总计八条道路相交，如图1 所示。其中，一条为国道主干线高速公路（G 30，连霍高速），现状交通复杂，渭河南岸与北岸道路路网规划不协调。桥位附近有一道城市主干供水管道，地下管线众多。该工程线位选择时，主动与规划部门沟通，针对渭河南北两岸路网规划不协调的问题，提出在渭河南岸区域增设一条新通道，使桥位基本和渭河正交，满足了防洪需要，降低了工程造价。该方案在评审时，获得了规划部门的肯定，给工程后期建设减少了困难，提供了较大的主动性。

图1 项目平面图

3 交通组织设计

交通方案总体设计时，分清主次，近远结合，避免多路交叉带来的交通混乱问题。综合分析各条道路的交通量和需求，逐个研究与该工程的连接方案，总体控制主要交通流向，兼顾部分道路的特殊需求。该工程主要目的是解决南北向的连通问题，故在交通方案设计时抓住这一主要矛盾，逐个分析8 条相交道路的性质、等级、交通量，南岸的高新大道、滨河南路和北岸的南环路为该地区的主干路，交通量大，陈仓大道向南截止至高新大道，向北尚可继续延伸。经综合分析，陈仓渭河大桥工程主线与高新大道、南环路为平面交叉；与其他道路均采用分离式立交（见图1），在滨河南路处利用河堤放坡平面位置设置两个上下右转匝道；主线人行道在跨越渭河后，在滨河南路南侧、滨河北路北侧人行道上，设置楼梯梁落地，避免行人下桥后与辅道交通的互相干扰，提高了行人通行的安全性。

连霍高速（西安—宝鸡段）修建于1992年，到目前为止已通车运营25年。该高速路为当地的经济发展做出了巨大贡献，原来位于高速路北侧的宝鸡市主城区已经拓展到了南侧。项目前期方案论证阶段，通过调查高速规划路网资料，发现新路网已对该段线路进行了调整，新线路避开了主城区。但新线尚未修建，近期高速路与市政道路连通较困难，且收费系统的存在影响着道路的充分利用。故该项目提出近期与连霍高速公路采用分离式立交，将现状连霍高速公路高路堤改造为桥梁，陈仓大道下穿连霍高速，并预留立交改造条件。远期待新的连霍高速绕宝鸡市城区段建成后，将原有的连霍高速宝鸡市城区段改造为城市快速路，同时将该节点改为互通式立交（见图1）。

4 桥梁方案设计

桥梁方案首先需满足安全和适用性[1]，跨河桥梁首要满足通行和防洪需求。防洪审批报告提出了三点要求：河道中主桥跨径必须以大于等于60 m 布置；跨越河堤的桥孔必须一孔跨越,不少于55 m；桥梁跨越堤顶路净高应大于4.5 m，满足防洪抢险车辆通过的需求。其次，应关注桥梁的经济性，控制桥梁的总体规模，在满足基本功能的前提下，不宜仅考虑某一方面的因素（如景观）而随意增大跨径。该工程受河堤以外相交道路间距较短限制，必须尽快落地，否则下穿连霍高速净空不满足要求，若上跨连霍高速将极大地提高工程费用。最后作为城市桥梁，桥梁的景观性要求高，桥梁方案需要一定的创新性，但创新不等于刻意追求“奇”与“异”[2]，近年来各地出现的少数明显违背结构力学原则的桥梁结构形式，导致施工困难，建设、养护成本大幅增加，方案设计应避免这种一味追求“吸引眼球”的做法。

渭河河道在桥位处总宽约500 m，河堤顶高出河底10～11 m，河道以外渭河一级阶地，地势平坦，平均高出河底5～6 m，如图2 所示。综合考虑安全、适用、经济、美观这四个重点因素，结合工程所在场地条件，认为桥梁跨渭河段桥面高度约20 m 左右最适宜，既达到了防洪需求，又能满足与各相交道路的交叉要求。河道中桥梁跨径宜控制在60～200 m 之间，跨径过大会导致景观协调性较差。桥梁结构形式可采用梁桥、拱桥、斜拉桥和组合结构，从施工方便性、节省后期维护费用、经济性方面考虑，梁桥应当作为该桥的优选结构形式。

图2 桥梁总体立面布置图（单位：m）

当然，传统的梁桥显然是无法达到人们不断提高的审美要求。过去30年是我国桥梁建设水平高速发展的时代，大部分桥梁设计的重点放在了功能上，桥梁美学、景观设计上重视不够。该工程设计时，对桥梁建筑进行了专业设计，由建筑和结构专业共同商讨桥梁的总体方案和细部设计，最终确定了该工程桥梁方案。桥梁跨渭河段主桥结构为7 孔60 m 变截面预应力混凝土连续梁桥（见图2、图3），方案思路来源为典故“明修栈道，暗度陈仓”。该工程位于典故的发生地，以变截面连续梁表现古代城墙造型，桥梁墩柱横向外伸出梁体宽度，向上延伸至桥面，上设小亭楼，靠近堤岸的桥墩位置布置两座阙楼，营造出“一夫当关万夫莫开”的气势（见图4）。桥梁建筑整体以“秦风古韵”为风格，栏杆采用仿古栏杆，结构外露面装饰为砖石结构外表。变截面连续梁优美的线型连绵起伏，两座阙楼和桥墩的特殊设计增加整个结构古朴厚重感（见图5）。

图3 桥梁总体效果鸟瞰图

图4 6、13 号墩位置横断面图（单位：cm）

图5 7-12 号墩位置横断面图（单位：cm）

5 桥梁设计关键技术

5.1 长联桥梁

防洪审批报告要求中渭河主河道中桥梁跨径需按不小于60 m 布置，为了保持桥梁线型的连续性，将河道中7 孔设计为一联桥梁，导致该联长度达到了420 m（见图2），同时边孔60 m 成为该联的控制孔，受力最不利。有别于常规60 m 跨径连续梁，为了满足边孔受力需求，将主梁高度适当进行加高，箱梁根部梁高4.5 m，跨中梁高2.4 m。箱梁高度按1.7 次抛物线变化，增大了曲线的变化率，也较符合整体厚重的景观效果。箱梁单侧悬臂长度2.0 m。箱梁顶板厚度0.25 m，底板厚度0.25～0.7 m，腹板厚度0.5～0.85 m。合龙温度按15℃控制，经计算，总体升、降温导致梁端变形±46 mm；主梁采用C 50 混凝土，适当延长加载龄期至14 d，将全联分为三段在支架上分别浇筑，在第三、第五孔跨中设置合拢段，合拢段采用C 50 微膨胀混凝土，以减小收缩徐变导致的梁端变形，同时采用长、短预应力钢束结合的技术，解决了悬浇法工期长和整体一次浇筑预应力连续张拉的问题。在支座选型上，采用减隔震支座，配合钢阻尼件的运用，将全联的地震力尽量均匀分配，消耗地震能量，应对高烈度地区地震力较大的难题。同时有意选用变形能力较大的支座，加大伸缩缝型号，来满足温度、收缩徐变形，以及地震变形的需求。

5.2 异形分叉梁结构

南侧河堤处根据交通转换需求，需要设置两个右转匝道，受平面位置限制，只能将此处河堤进行改造，改为直立挡墙河堤，匝道占用河堤边坡的平面位置，又由于防洪审批报告要求河堤顶和内侧不允许设置桥墩，导致匝道的接口位置正好位于跨越河堤桥孔的跨中，如图6 所示。

图6 异形分叉梁结构平面图（单位：m）

鉴于桥梁跨中接匝道岔口的设计国内尚未查到有关经验，经多方面论证，该工程在跨越河堤处桥梁采用钢箱梁结构，利用钢结构各向同性的优点来解决异形分叉梁结构应力和变形复杂技术难题。同时，该处建筑高度由3.6 m 混凝土梁变为2.3 m 的钢箱梁，有效地降低了结构高度，为桥梁跨越渭河后尽快与地面道路相接提供了有利条件。经总体模型分析，结构各项指标满足规范要求，钢箱梁顶底板应力图见图7、图8 所示。结构整体变形较协调，基本符合梁结构受力特点，匝道引出部分受力较复杂，受弯、剪、扭共同作用，正负弯矩区域区分不明显。

图7 钢箱梁顶板应力图

图8 钢箱梁底板应力图

6 结语

（1）该项目前期方案阶段，通过跟规划部门沟通协商，征得规划部门的同意后，对桥梁线位进行了调整，为后期设计和施工提供了较大的主动性。城市桥梁需考虑的问题多，限制因素多。前期方案设计调查工作很重要，需综合考虑各方面因素，宜尽量避开不利条件，从而为后期工程建设创造有利条件。

（2）随着现代城市的发展，高速路穿城而过的这种现象越来越多，对高速路汽车安全行驶不利，高速路对城市的环境影响也越来越大，市政道路与高速公路的交叉问题越来越较难解决，工程费用高。该工程提出的利用高速路改线契机，将现状高速路改造为城市快速路的思路，能有效地改善城市交通布局。该方案，可供有类似问题的城市规划部门参考。

（3）桥梁方案多种多样，我国目前建成的桥梁已经几乎囊括了所有的桥梁形式。桥梁方案创新性是其中一个比较重要的焦点，但方案设计不能一味地追求高、大、上，不能动不动就提出斜拉桥、悬索桥方案，还要看桥梁的功能是否需要较大的跨径，桥梁跨径是否跟现状地形地貌协调，经济指标怎么样？景观效果不能片面地追求“新”、“奇”、“异”[2]。该工程在原有传统桥梁的基础上进行景观提升改造的设计思路，增添了具有中国特色元素的建筑，为桥梁设计人员提供了一条新思路。同时在设计时，深刻认识到应该把桥梁景观设计作为一个专业认真对待，借鉴建筑设计的经验，注重桥梁景观设计，建造美丽桥梁[2]。