张家坝州河大桥初步设计方案比选

戚志河，陈玉刚，石少华，宋随弟

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

1 设计概要

张家坝州河大桥位于四川省达州市通川区北外镇张家坝片区，该片区位于达州城区东北部，地处明月江、州河两江之滨，自然环境优美，东邻达渝高速，西至州河，北到达渝高速彩虹桥，南依明月江，规划面积1.77 km2，规划总人口2.7万人。根据《达州市张家坝片区控制性详细规划》，建成后的张家坝将是一个集精品居住、旅游观光休闲、特色商贸等功能于一体的城市上游高尚社区。州河大桥是连接片区与外界的重要通道和控制节点，也是州河滨河景观项目中的重要环节之一。

2 技术标准

(1)道路等级:城市主干道。

(2)桥梁标准宽度:22 m。

(3)设计荷载:城市－ A 级，人群荷载按《城市桥梁荷载设计准则》规定取值。

(4)计算行车速度:40 km/ h。

(5)通航等级:航道等级为Ⅶ。

(6)设计洪水频率:100年一遇。

(7)地震烈度:本地区地震动峰值加速度为0.05 g，地震烈度为Ⅵ度，桥梁进行Ⅶ级抗震设防。

(8)桥面横坡:2.0% 人字坡。

3 桥位概况

3.1 地形地貌

场地处于低山丘陵河谷地貌区，整体地势东高西低、北高南低。场区高程260～336 m，最大高差76 m。场区微地貌为州河河流一级阶地，位于场区西侧，总体地势较平坦，场内高差约9 m，与州河河床高差约15 m，被用于耕种成蔬菜基地;一级阶地外斜坡植被较发育，坡度集中在10°～40°之间;下伏紫红色粉砂质泥岩、砂岩，上伏第四系粉质粘土、碎块石土和卵石层、砂层组成，无不良地质现象，坡体较稳定。

3.2 河段特征及水文情况

州河是达州市境内流域面积最大的一条河流，它起源于大巴山南麓的宣汉县、万源市境内，经通达州市，于渠县三汇镇与巴河汇合注入渠江。州河在达县境内长约50 km，从南外镇、河市镇、新兴、金垭、申家、渡市、木头等乡流过，金盘子航电枢纽工程竣工后，总库容达到1×108m3，可通行500 t 级以下的客货轮船。

桥位处水面宽约120 m，航道等级为Ⅶ级。州河右岸为G210 国道，接入位置G210 国道路面高程为293.5 m，较州河百年一遇水位(287.0 m)高约5.0 m;左岸为张家坝片区，坝区高程为284.0 m，较百年一遇水位低。

4 方案介绍

根据通川区城区规划及达州市要求，本桥为张家坝片区的快速交通通道和城市建筑景观工程，应能体现片区建设的历史、文化、经济、时代、发展、开拓、进取、突破、魄力精神，桥梁方案应能满足城市道桥交通功能、城市建筑景观功能、片区建设通道功能的要求，作为区域标志性建筑，重点考虑造型美观及环境景观要求，在兼顾经济合理，施工方便的基础上，力求创新和突破。

根据以上要求，结合达州市通川区张家坝州河大桥工程可行性研究报告，经过认真分析，本次初步设计，选择以下三个主桥方案进行比较。

4.1 方案一

主桥采用158+50 m 无背索独塔斜拉桥(图1)。

本方案桥型新颖独特，宏伟美观，桥上视野宽阔，与周围自然环境、周围城市建筑协调，具有时代气息。利用反差的设计手法，原本平淡的景色，突增雄伟壮观之势，成为瞩目的景观中心，产生象征性的作用和效果，给人以永难忘怀的印象。

图1 方案一鸟瞰效果图

该方案跨径组合(158+59)m，桥面宽26 m。主跨采用钢梁，辅跨采用混凝土梁，梁高3.03 m，主跨钢主梁为整体式箱形断面，钢箱梁采用全焊形式，由中部闭合箱与两边悬臂组成，钢箱梁节段长度3.5 m，辅跨混凝土箱梁外形与钢箱梁保持一致，设计为单箱四室断面。钢梁－混凝土梁结合段位于主跨侧离主墩中心21.5 m 的无索区(主梁弯矩较小)位置。为了平衡梁的重量，塔身采用实心截面，索塔竖直高度86 m，在立面上，在距桥面15 m 高度到塔顶范围内塔身截面高度6～9 m 线性变化，索塔中线与水平面夹角60°。斜拉索为单索面双排索，横向间距150 cm，布置在中央分隔带处，顺桥向标准索距为10.5 m，纵向拉索布置为竖琴式，共12 对斜拉索，斜拉索的水平夹角为23°，采用7 高强度低松弛镀锌PE热挤压成品高强平行钢丝及相应的冷铸墩头锚具，斜拉索在主梁上的锚固采用柱式锚箱连接。

下部结构主墩顺桥向呈倒V 型，在桥面下约5.5 m 处墩身分成两肢，前肢截面高7.5 m，与地面夹角58.93°，后肢截面高7.5 m，与地面夹角88°，后肢与上部塔身的转折以半径120 m 圆弧线过渡。主墩横桥向顶宽6.5 m，底宽9.5 m，按直线渐变过渡。桥墩截面采用实心截面。主墩的承台平面尺寸为34 m×16 m，承台高度6 m，基础为群桩基础，采用18根直径为2.5 m 的钻孔桩。

主墩桩基采用钻孔灌注桩，承台采用双壁钢围堰浇筑，混凝土由岸上泵送。主墩基础施工完成后，先搭设支架浇筑倒V 型墩和主桥幅跨及主跨靠索塔处预应力混凝土主梁，然后在边跨桥面上搭设支架施工桥面10 m 以上高度索塔。10 m 以上部分采用劲性骨架结合爬模分两段施工，第一段施工到桥面以上25 m 处，以后逐段现浇施工。钢箱梁在工厂分节段加工，通过公路到现场后，采用桥面吊机吊装就位，再焊接成整体，同时采用鹰架安装并张拉相应索塔范围内的斜拉索，主梁安装完毕后进行第二次张拉斜拉索，并调整到理想的合理索力状态。

4.2 方案二

主桥采用150 m 钢筋混凝土中承式箱形肋拱桥(图2)。

150 m 钢筋混凝土中承式箱形肋拱桥外型美观、造型新颖独特，采用一跨跨越州河河面，线形更显空透、明快、简洁。但在达州城区，州河上已有多座拱式桥梁，结构重复，虽外观有所不同，但仍缺乏突破，拱肋的独特造型也导致施工难度较大。选择150 m 钢筋混凝土中承式箱形肋拱桥作为比较方案一。

图2 方案二鸟瞰效果图

该桥型采用跨径为150 m 的钢筋混凝土中承式箱形双肋拱，双肋呈提篮式，横向设钢筋混凝土横梁，主拱采用悬链线拱轴线，矢跨比为1/4，主拱截面采用钢筋混凝土箱形肋，截面尺寸为2.8 m×3.6 m;横撑采用混凝土薄壳式横撑，中间设6个椭圆型开孔;桥面系采用次纵梁和主横梁组成格子梁体系，上铺π 形桥面板;吊杆间距8 m，吊杆材料采用平行钢丝束。

下部结构采用实体拱座，明挖基础，基础置于中风化砂岩，通过实体拱座和基础将主拱推力传递到岩石地基;拱上立柱采用双柱式矩形混凝土立柱。

主拱圈的基础及拱座采用明挖施工，钢筋混凝土箱形肋拱采用劲性骨架施工，将劲性骨架分成五段，进行缆索吊装施工，形成劲性骨架拱，然后对称往钢管内灌注混凝土，再以劲性骨架拱为依托，对称分段浇筑拱圈混凝土和拱间连接杆件混凝土。待拱圈合龙后，安装吊杆，吊装横梁，搭设桥面板，最后完成桥面附属设施的施工。

4.3 方案三

主桥采用(49+106+63)m 连续刚构桥(图3)。

(49+106+63)m 连续刚构桥桥型较为普通，与下游正在实施的达万铁路桥(距本桥约1.2 km)的桥型重复，两个主墩均位于主河床中，梁高较大，桥梁纵坡大，对城区道路规划影响大，与建成后成为区域性标志建筑的目标不一致，但是该方案造价较低，施工工艺成熟，施工周期较短。

该桥型跨径组合(49+106+63)m，上部结构采用单箱双室混凝土箱梁，桥梁全宽22 m，底板宽14 m，悬臂宽4 m，根部梁高6.5 m，跨中梁高2.8 m，采用三向预应力体系，即设纵向预应力钢束、横向预应力钢束和竖向预应力粗钢筋。

图3 方案三鸟瞰效果图

下部结构采用双肢薄壁墩，群桩基础，单肢桥墩尺寸为14 m×1.2 m，间距5.8 m，承台平面尺寸为22 m×9.2 m，承台高4.0 m，采用8 根直径2.2 m 的群桩基础。

桥梁施工采用悬臂法施工。基础施工完成后，爬模施工薄壁桥墩，再托架施工桥墩顶的0号块主梁，张拉0号块主梁预应力钢束，待0号块主梁施工完成后，安装挂蓝，分节段悬臂浇筑主梁混凝土，张拉每个节段的三向预应力钢束，最后采用满堂支架现场浇筑端头块，按先合龙中跨，后合龙边跨的顺序完成主梁合龙。

4.4 方案比较

3个方案的比较见表1。

表1 桥梁方案比较表

方案一主桥跨过主河道，视野开阔，造型新颖，构思独特，桥塔高耸雄伟，有气势，力量感强，寓意深刻，能很好地赋予开发区建设和开拓的新时期含义，景观性强，建成后可作为标志性建筑，符合达州市政府对张家坝开发区规划以及区域经济发展的需要，具有较大的社会效益，作为推荐方案。

方案二主桥跨过主河道，视野开阔，结构外型美观，造型新颖，空透、明快、简洁，寓意深刻，水中基础施工，与州河上既有多座桥梁结构重复，虽外观有所不同，但仍缺乏突破，且拱独特的造型导致施工难度增大，不予推荐。

方案三主桥跨越河道，外形简洁，线形流畅，施工容易，工期最短，造价最低，水中基础施工量大，虽可通过墩型及桥上建筑造型进行景观设置，但景观性一般，且结构形式比较普通，州河上同类型桥梁已有多座，不予推荐。

5 结束语

无背索斜拉桥是对常规斜拉桥造型的突破，无背索后倾的塔身形状表现出对相对纤细的桥面强大稳固支撑的力量感，给人醒目深刻的感受。在张家坝州河大桥初步设计阶段，经过三种方案的比选，最终推荐无背索斜拉桥方案。在方案比选过程中，笔者对各方案进行了详细的分析和比较，以期为同行提供参考。

［1］彭旺虎，邵旭东，李立峰，等.无背索斜拉桥的概念、设计与施工［J］.土木工程学报，2007，40(5):27－32

［2］李宁.阿深高速开封黄河大桥初步设计选型［J］.交通标准化，2009(17):137－139