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摘要：作者结合工程实例，对软土地基上设计坦拱桥的尝试进行了探讨。
关键词：景观桥，亚历山大桥，坦拱，软土地基，钢桁架，双铰拱，抗推设计，预应力拉杆，水泥搅拌桩地基处理
一、项目概述
启东市北上海恒大威尼斯水城首期2号桥梁是小区中心大道跨越新开威尼斯湖的一座景观桥梁，与湖面正交。根据园林景观设计要求，该桥外形仿法国塞纳河上的亚历山大桥，为单跨约71m的拱桥，而矢高不足4m，桥宽24m。桥梁景观外形如下图所示：
该桥矢跨比接近于1/18，结构水平推力远大于竖向力。而桥梁所处区域为滨海滩涂，上层土承载力60KPa-135KPa的软土层总厚达40m，在这种软基上如何克服结构产生的巨大推力成为该桥设计的关键点。
二、桥梁设计主要技术标准：
桥梁设计荷载：汽车荷载：公路-Ⅱ级；人群荷载按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)第4.3.5条取用。
通航等级：16m（净宽）×4.10m（净高），设计通航水位4.70m。
桥面宽度：24m（全宽）﹦0.8m（栏杆）+2.2m（人行道）+18m（车行道）+2.2m（人行道）+0.8m（栏杆）。
桥梁横坡：双向1.0%，人行道设反向1.0%。
桥梁纵坡：5.5%。
抗震要求：地震动峰值加速度为0.10g，抗震设防烈度7度。抗震设防类别为C类，E1地震作用下的抗震重要性系数为0.34，E2地震作用下的抗震重要性系数为1.0 。
桥梁结构设计基准期：100年；
结构安全等级：二级，结构重要性系数取1.0
桥梁结构的设计环境条件：Ⅱ类。
体系温度：平均温度按15℃控制，结构整体升温31℃，降温24℃。
三、桥位地形、地貌及地质情况
根据地质勘探报告，拟建桥梁位于威尼斯水城中心大道上，经三路的东侧。拟建场地地貌单元系长江三角洲河口冲积平原，地貌形态单一，水系发育。本次勘察揭示的80.45m以浅各土层由第四纪全新世至晚更新世以来的冲积相沉积物组成，根据野外钻探揭露土层鉴别，结合室内土工试验成果，按土的物理力学性质的差异性，可分为9个工程地质层，桥位处各土层的分布详见“工程地质剖面图”，各土层物理力学性质见图表部分的“物理力学性质指标统计一览表”。
地基承载力基本容许值[fao]及樁基参数表
根据地质报告描述，该区地下水对混凝土结构有中等腐蚀性；当钢筋混凝土结构在长期浸水条件下，地下水对钢筋混凝土中的钢筋有弱腐蚀性；当钢筋混凝土结构在干湿交替条件下，地下水对钢筋混凝土中钢筋有强腐蚀性。
四 、桥梁总体设计原则
针对桥梁外形要求特殊，结构水平推力大，对温度升降、基础位移敏感以及地质条件差等特点，最终制定以下总体设计原则：
1. 上部结构采用抗拉压强度高，允许变形大，而且总体结构重量轻的材料，桥面铺装尽量减薄，减轻桥梁自重；
2. 拱脚处释放扭转约束，降低温度和下部结构位移对上部结构的影响；
3. 采取措施增加下部结构的抗推刚度，减小拱脚位移。
五、桥梁设计方案
根据桥梁总体原则，桥梁上部结构采用了钢桁架结构，跨中段为箱型断面，上下弦杆分别为工字型断面；桥面采用环氧沥青铺装，取消原方案的混凝土铺装；拱桥采用两铰拱体系，拱脚处设置销铰构造。关于增大下部结构抗推的措施，采用以下两个方案进行了对比分析：
下部结构方案一：桥台采用三排直径为150cm的钻孔灌注桩群桩基础，桩长70m，承台高度为3.5m，承台横桥向宽度为28m，纵桥向长度为12.5m。承台上采用立墙+现浇桥面板结合的框架结构形式，立墙厚50厘米，纵桥向间距为6m左右，桥面板厚40厘米，桥面板与承台间镂空，现浇桥面板铺装采用10cm沥青混凝土+8cmC40混凝土调平层；道路两侧侧墙厚度为50cm厚，与立墙间设置2cm变形缝。为平衡桥台水平推力引起的附加弯矩，台身与1号立墙间采用C15砼填充，靠近台尾两立墙之间桥面板与承台间空置。两桥台承台间设置4根预应力拉杆，拉杆套管采用φ800x25mmQ235B镀锌钢管，预应力钢绞线采用低松弛环氧涂层钢绞线（fsd=1860MPa，EP=1.95X105MPa），钢管间空隙采用C40砼填充。
方案一桥梁结构如下图所示：
下部结构方案二：桥台采用五排直径为150cm的钻孔灌注桩群桩基础，桩长60m，承台高度为2.5m，承台横桥向宽度为28m，纵桥向长度为18.5m。承台上采用立墙+现浇桥面板结合的框架结构形式，立墙厚50厘米，纵桥向间距为4m左右，桥面板厚30厘米，桥面板与承台间镂空，现浇桥面板铺装采用10cm沥青混凝土+8cmC40混凝土调平层；道路两侧侧墙厚度为50cm厚，与立墙间设置2cm变形缝。为平衡桥台水平推力引起的附加弯矩，靠近桥台前侧两跨桥面板与承台间采用C15砼填充，靠近台尾两跨桥面板与承台间空置。桥台范围地基采用直径50cm深层水泥搅拌桩处理，搅拌桩3136根，共计53312m。
方案二桥梁结构如下图所示：
六、 方案经济技术比较
1. 经济比较
方案一和方案二上部结构相同，仅对下部结构进行比较。方案一较方案二减少直径为150cm的钻孔灌注桩1316m，减少水泥搅拌桩53312m，增加直径为80cm的钻孔灌注桩496m，增加镀锌钢管141.3吨，增加环氧涂层钢绞线36.5吨。主要工程量增减详见下表。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：景观桥，亚历山大桥，坦拱，软土地基，钢桁架，双铰拱，抗推设计，预应力拉杆，水泥搅拌桩地基处理
一、项目概述
启东市北上海恒大威尼斯水城首期2号桥梁是小区中心大道跨越新开威尼斯湖的一座景观桥梁，与湖面正交。根据园林景观设计要求，该桥外形仿法国塞纳河上的亚历山大桥，为单跨约71m的拱桥，而矢高不足4m，桥宽24m。桥梁景观外形如下图所示：
该桥矢跨比接近于1/18，结构水平推力远大于竖向力。而桥梁所处区域为滨海滩涂，上层土承载力60KPa-135KPa的软土层总厚达40m，在这种软基上如何克服结构产生的巨大推力成为该桥设计的关键点。
二、桥梁设计主要技术标准：
桥梁设计荷载：汽车荷载：公路-Ⅱ级；人群荷载按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)第4.3.5条取用。
通航等级：16m（净宽）×4.10m（净高），设计通航水位4.70m。
桥面宽度：24m（全宽）﹦0.8m（栏杆）+2.2m（人行道）+18m（车行道）+2.2m（人行道）+0.8m（栏杆）。
桥梁横坡：双向1.0%，人行道设反向1.0%。
桥梁纵坡：5.5%。
抗震要求：地震动峰值加速度为0.10g，抗震设防烈度7度。抗震设防类别为C类，E1地震作用下的抗震重要性系数为0.34，E2地震作用下的抗震重要性系数为1.0 。
桥梁结构设计基准期：100年；
结构安全等级：二级，结构重要性系数取1.0
桥梁结构的设计环境条件：Ⅱ类。
体系温度：平均温度按15℃控制，结构整体升温31℃，降温24℃。
三、桥位地形、地貌及地质情况
根据地质勘探报告，拟建桥梁位于威尼斯水城中心大道上，经三路的东侧。拟建场地地貌单元系长江三角洲河口冲积平原，地貌形态单一，水系发育。本次勘察揭示的80.45m以浅各土层由第四纪全新世至晚更新世以来的冲积相沉积物组成，根据野外钻探揭露土层鉴别，结合室内土工试验成果，按土的物理力学性质的差异性，可分为9个工程地质层，桥位处各土层的分布详见“工程地质剖面图”，各土层物理力学性质见图表部分的“物理力学性质指标统计一览表”。
地基承载力基本容许值[fao]及樁基参数表
根据地质报告描述，该区地下水对混凝土结构有中等腐蚀性；当钢筋混凝土结构在长期浸水条件下，地下水对钢筋混凝土中的钢筋有弱腐蚀性；当钢筋混凝土结构在干湿交替条件下，地下水对钢筋混凝土中钢筋有强腐蚀性。
四 、桥梁总体设计原则
针对桥梁外形要求特殊，结构水平推力大，对温度升降、基础位移敏感以及地质条件差等特点，最终制定以下总体设计原则：
1. 上部结构采用抗拉压强度高，允许变形大，而且总体结构重量轻的材料，桥面铺装尽量减薄，减轻桥梁自重；
2. 拱脚处释放扭转约束，降低温度和下部结构位移对上部结构的影响；
3. 采取措施增加下部结构的抗推刚度，减小拱脚位移。
五、桥梁设计方案
根据桥梁总体原则，桥梁上部结构采用了钢桁架结构，跨中段为箱型断面，上下弦杆分别为工字型断面；桥面采用环氧沥青铺装，取消原方案的混凝土铺装；拱桥采用两铰拱体系，拱脚处设置销铰构造。关于增大下部结构抗推的措施，采用以下两个方案进行了对比分析：
下部结构方案一：桥台采用三排直径为150cm的钻孔灌注桩群桩基础，桩长70m，承台高度为3.5m，承台横桥向宽度为28m，纵桥向长度为12.5m。承台上采用立墙+现浇桥面板结合的框架结构形式，立墙厚50厘米，纵桥向间距为6m左右，桥面板厚40厘米，桥面板与承台间镂空，现浇桥面板铺装采用10cm沥青混凝土+8cmC40混凝土调平层；道路两侧侧墙厚度为50cm厚，与立墙间设置2cm变形缝。为平衡桥台水平推力引起的附加弯矩，台身与1号立墙间采用C15砼填充，靠近台尾两立墙之间桥面板与承台间空置。两桥台承台间设置4根预应力拉杆，拉杆套管采用φ800x25mmQ235B镀锌钢管，预应力钢绞线采用低松弛环氧涂层钢绞线（fsd=1860MPa，EP=1.95X105MPa），钢管间空隙采用C40砼填充。
方案一桥梁结构如下图所示：
下部结构方案二：桥台采用五排直径为150cm的钻孔灌注桩群桩基础，桩长60m，承台高度为2.5m，承台横桥向宽度为28m，纵桥向长度为18.5m。承台上采用立墙+现浇桥面板结合的框架结构形式，立墙厚50厘米，纵桥向间距为4m左右，桥面板厚30厘米，桥面板与承台间镂空，现浇桥面板铺装采用10cm沥青混凝土+8cmC40混凝土调平层；道路两侧侧墙厚度为50cm厚，与立墙间设置2cm变形缝。为平衡桥台水平推力引起的附加弯矩，靠近桥台前侧两跨桥面板与承台间采用C15砼填充，靠近台尾两跨桥面板与承台间空置。桥台范围地基采用直径50cm深层水泥搅拌桩处理，搅拌桩3136根，共计53312m。
方案二桥梁结构如下图所示：
六、 方案经济技术比较
1. 经济比较
方案一和方案二上部结构相同，仅对下部结构进行比较。方案一较方案二减少直径为150cm的钻孔灌注桩1316m，减少水泥搅拌桩53312m，增加直径为80cm的钻孔灌注桩496m，增加镀锌钢管141.3吨，增加环氧涂层钢绞线36.5吨。主要工程量增减详见下表。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。