老城区新建桥梁设计要点及关键技术

赵斌

【摘    要】：针对新建构筑物受既有建筑制约以及景观协调等难题，以实际工程为例，提出采用异形特种桥梁及明沟暗河化等设计思路，较好地解决了老城区新建桥涵的线位问题，拓展了城市用地。

【关键词】：大斜度斜桥；装饰桥塔；无梁板桥；明沟暗河化；异形特种桥梁

【中图分类号】：U442.5【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）03-70-03

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.021

Design Points and Key Technologies of New Bridges in Old Urban Areas

ZHAO Bin

（Inner Mongolia Autonomous Region Erdos Urban Construction Investment Group Co. LTD.，Ordos 017200，China）

【Abstract】：In view of new structures restricted by existing buildings and landscape coordination， based on the actual project， this paper proposes some design ideas， such as using special-shaped bridges and transforming open gullies into hidden rivers， which solves the problem of the alignment of the new bridges and culverts in the old city better and expands the urban land use.

【Key words】：high-angle inclined bridge; decorative pylon; no girder slab bridge; open gullies turn into hidden rivers; special-shaped bridges

受老城區既有构筑物的空间布局、建筑风格等制约，城市更新过程中土地资源、建设难度及景观不协调等问题逐步凸显。本文以实际工程为例，对老城区新建交通基础设施时确保线位、突出景观及拓展建设用地的解决方案进行了探讨。

1 工程概况

乌兰桥建设工程桥涵部分主要由塔哈拉川大桥、乌兰苏木图沟箱涵以及塔哈路桥组成。见图1。

塔哈拉川大桥、乌兰苏木图沟箱涵位于主线上，道路性质为城市主干道；主线全长1 572 m，其中乌兰苏木图沟箱涵总长为849 m，塔哈拉川大桥全长277.7 m，剩余部分为路基。

2 塔哈拉川大桥设计要点及关键技术

2.1 主桥

主桥上跨塔哈拉川，桥梁中心线与河道中心线夹角为45°，交叉位置河道上口垂直宽度130 m。塔哈拉川黄河内蒙古段右岸的一级支流，总面积为261 km?，河长32.8 km，河底比降为7‰；河床由以黄土、沙壤土为主，局部可见砂砾质。经河道整治，桥位处现状塔哈拉川河道分为两部分，其中较宽水域蓄水造景；较窄水域作为泄洪使用，中间设置隔水墙。见图2。

1）景观造型方案。大桥所在准格尔旗是我国重要的煤炭基地，设计方案提取火炬造型加以提升变形：以钢为骨，集束生成，旋转升腾，象征着城市日新月异，人民生活蒸蒸日上；华灯初上，主塔徐徐而亮，五色斑斓，结合灯光动画，整个夜景舞动炫彩。

2）结构设计。主体受力结构为变截面预应力混凝土连续箱梁，跨径布置为28 m+70 m +70 m +28 m，同时布置火炬造型的装饰桥塔及扇形拉索体系；桥塔与主梁分别设计，为保证拉索张紧，给予拉索初张力，与主梁悬臂板上的预埋下锚点装置连接牢固。

主梁边中跨径比0.4。结构中支点高度为5.5 m，高跨比1/12.73；边支点梁高2.5 m，中跨跨中梁高2.5 m，高跨比1/28，梁底面线为二次抛物线线形。全桥中支点、边支点处均设置横梁，边墩横梁宽1.5 m；中墩横梁宽3 m。主梁横断面分幅设置，单幅为单箱三室直腹板断面，箱梁顶板宽22.25 m，底板宽15.25 m；箱梁两侧悬臂板长度均为3.5 m，悬臂板端部厚度20 cm，根部厚度60 cm；桥塔附近的悬臂板长度调整为2 m。箱梁顶板厚度取值为30 cm；底板厚度由跨中的28 cm按二次抛物线渐至距中墩分跨线4 m处的50 cm；腹板标准厚度为50 cm，支点附近因抗剪扭的需要调整为70 cm，渐变段长度为360 cm。主梁采用单向预应力布置，仅布置纵向预应力钢束，不设置竖向及横向预应力。纵向预应力设置包括了腹板预应力钢束、顶板负弯矩区加强钢束、底板正弯矩区加强钢束三类；腹板束和底板束均为12股，顶板束除中墩为15股外，其余均为12股。见图3。

主桥为大角度斜桥，斜度达到了45°，桥梁下部结构斜桥布置。主墩采用实体柱形式，每幅桥各设置一个墩柱，断面呈菱形，以适应水流方向和景观造型。两主墩的中间设置桥塔，塔柱和主墩沿着河流方向顺行设置。基础为多排钻孔灌注桩上设承台型式。矩形承台，横桥向为58.5 m，顺桥向垂直长为10.1 m，厚度为4 m，承台顶面高程设置于河床以下，保证枯水位时不露出。桩基直径为?1.5 m，平行布置，每墩共计33根钻孔灌注桩，桩长52 m，按摩擦桩进行设计。

主桥采用满堂支架法施工，因桥梁总长为196 m，超过了钢束一次张拉最大长度的常规限定值，故在两边跨次中墩附近各设置了1道施工缝，单根钢束采用两端张拉的最大长度达到了153.5 m。

3）装饰桥塔及拉索设计。装饰性桥塔结构由混凝土段、钢-混组合段及钢塔段3部分组成。混凝土段高8.0 m，钢筋混凝土结构，为变截面的圆形截面，截面直径由根部的6 m渐变到顶部的4.58 m；钢-混组合段高4.0 m，其中3 m顺接混凝土段，1 m顺接钢塔段；钢塔塔高38.0 m，直径2.0 m，钢板采用厚度为20 mm的Q345D钢材；钢-钢塔箱内设置锚固拉索的吊耳，在吊耳相应位置处设置塔内横隔板，钢塔塔内设置通长纵向加劲肋。

拉索索体采用钢绞线整束挤压式索体，标准强度为1 860 MPa，规格为3根?15.2mm钢绞线，即GJ15-3；采用环氧喷涂PE护套钢绞线缠包，热挤HDPE后喷涂聚脲，索体外径?52 mm，拉索的公称破断索力为781 kN；锚固端位于钢塔内，张拉端位于主梁悬臂板下锚固点处。拉索采用扇形布置，竖向间距1.5 m，顺桥向间距7.0 m，全桥共布置36根。

4）抗震设计。拟建工程场地位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗薛家湾镇，根据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》，抗震设防烈度为7度，基本地震动峰值加速度为0.1g，Ⅱ类场地，基本地震动峰值加速度反应谱特征周期为0.45 s。

桥墩柱高度较小，但上部结构体量较大；抗震计算结果表明延性抗震体系难以通过，故采用了减隔震体系。对速度锁定支座、摩擦摆支座以及高阻尼支座这3种常用的减隔震支座，从地震内力、位移、造价、耐久性等方面等进行了较全方位的比较，最终选择了摩擦摆支座。设计采用空间有限元软件进行地震响应分析，计算结果表明：连接墩是否采用摩擦摆支座影响较小，即连接墩的支座选取可以与中墩不一致；若要确保E1地震作用下固定支座不剪断，则固定墩采用的薄壁片墩需要加厚且配筋需增加。

根据上述结果，设计将连接墩支座调整为普通盆式支座，降低了工程造价；经研究，确认E1地震作用下固定支座可剪断，剪断力的大小由结构静力状态下的水平力乘以安全系数得到。在E1及E2地震发生时，固定摩擦摆插销剪断，开始滑动，全桥纵桥向沿着摩擦摆摆动，通过摆动和摩擦消耗地震能量，减小了下部结构的地震效应。

2.2 引桥

引桥修筑范围为79.74 m，布置在主桥北侧，主要连接主桥和乌兰苏木图沟箱涵；同时在引桥位置，塔哈拉川大桥和塔哈拉路桥平交；因十字斜交以及道路渠化交通的需要，导致引桥平面形状非常复杂。见图4。

综合国内类似平交路口桥梁的建设经验[1～4]，本引桥采用了无梁板桥方案，主要因为无论以主路中心线，还是塔哈拉路中心线进行跨径布置，均存在一个方向梁桥跨中与另外一个方向梁桥端横梁相接的情况，受力模式不明确且需要设置伸缩缝，伸缩缝两侧变形不一致，容易导致桥面破损；采用无梁板桥方案则避免了上述问题。无梁板桥在国内应用较为广泛，对平面异形适应性强，受力性能及耐久性俱佳。

本桥无梁板梁高1 m，采用实心板结构并设置2 m悬臂，悬臂板端部厚度18 cm，根部厚度45 cm。下部为桩结柱结构，桩基直径为1.5 m，墩柱直径为1.2 m，为了布置抗震挡，顶部设置了1 m厚度的矩形盖梁；墩柱平面位置根据现场地形条件分散布置，确保各支点相互间距最大不超过15 m。结构计算采用Midas/Civil，分别建立了空间板单元模型及梁格模型，二者结果吻合较好。

3 乌兰苏木图沟箱涵设计要点及关键技术

乌兰苏木图沟在邦浪色太沟东侧，是塔哈拉川左岸一级支流；全河流域面积为21.4 km?，河长10.03 km，天然河道平均比降15‰；城区范围从河口向上游延伸达3 km，随着水土保持措施的相继实施，该沟植被覆盖率已达到50%以上。现状乌兰苏木图沟两侧道路较窄，不满足远期交通量需求且无拓宽条件。

在沟渠上加盖，新建箱涵，将城市明沟转为地下暗河。箱涵总长为849.074 m，为单箱三室结构，净高3.5～4.0 m、宽21.9 m，顶底腹板厚度均为0.6 m，箱室净宽6.5 m，顺桥向节段长度为15～20 m。为布置各类市政管线，箱涵最小覆土深度按1.0 m取值。

排洪暗河普遍存在通风、防臭、清淤[5]等问题，通过在乌兰苏木图沟上游修筑沉淀池及围栏的方式，过滤掉較大体积的杂物，尽量减少流入箱涵的沉积物；通过与雨水井相连的通气孔，保持箱涵与外界的通风；通过设置纵向间距约300 m的清淤掉头门洞，方便后续的清淤工作；通过制定详细的通风、照明及清淤操作规程，将清淤工作标准化、流程化，最大限度避免事故发生。

4 结语

乌兰桥项目位于准格尔旗已建成城区，存在着周边建筑密集，景观风格较难协调、线位调整空间小、交通用地欠缺等诸多问题，实施难度较大。为解决上述问题，提出了线位优先、突出景观及向沟渠拓展用地等设计原则并通过大斜度大跨度预应力混凝土箱梁、景观装饰塔索结构、平面异形整体板及明沟暗河化等手段成功实现。

参考文献：

[1]王伯惠，张亚军.无梁板桥[M]. 北京：人民交通出版社，1999.

[2]杨忠平，王元汉.无梁板桥的结构分析方法及尺寸优化[J]. 城市道桥与防洪，2005，（5）：60-63.

[3]徐海军，常  江.长悬臂无梁板桥梁结构分析与设计优化[J]. 桥梁建设，2010，（6）：53-57.

[4]任亮，方志，上官兴.一种新型无梁板桥的设计[J]. 铁道标准设计，2011，（5）：35-38.

[5]黎龙，叶家详.城市地下暗河有限空间清淤施工新技术[J]. 城市建筑，2020，17（18）：183-184.