張曉松 上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200125

1 項(xiàng)目概況

張家界是湖南省轄地級(jí)市，原名大庸，因旅游建市，是中國(guó)最重要的旅游城市之一，擁有武陵源景區(qū)和天門(mén)山等世界級(jí)旅游目的地。荷花大橋位于張家界荷花國(guó)際機(jī)場(chǎng)第二通道上，是荷花機(jī)場(chǎng)通往市區(qū)及武陵源景區(qū)的門(mén)戶型工程。該項(xiàng)目由南向北于月亮島島尾橫跨澧水，到達(dá)且住崗，橋位處水面被月亮島一分為二，每側(cè)水面寬約200m，常年水深約10m。地形地貌與地質(zhì)：橋位南側(cè)為丘陵地貌，巖石裸露，橋位北側(cè)平原地貌且有較厚覆蓋層；道路等級(jí)：城市主干路；橋梁荷載等級(jí)：城-A級(jí)；橋梁布置雙向六車道及人非道；工程位于木龍灘水電站庫(kù)區(qū)，庫(kù)區(qū)現(xiàn)狀航道等級(jí)為Ⅶ級(jí)航道，規(guī)劃為Ⅴ級(jí)航道，橋下設(shè)計(jì)通航凈空高8.0m，最高通航水位165m；設(shè)計(jì)洪水頻率為百年一遇，設(shè)計(jì)洪水位168.42m。

圖1 荷花大橋橋位平面圖

2 橋型方案初選

荷花大橋橋位處的江面寬度約400m，河中央有天然的月亮島沙洲，可考慮多種布跨方案。由于澧水河在橋位處水深較深，多跨越江橋梁水中墩較多，施工較為困難，同時(shí)荷花大橋作為門(mén)戶型通道，有橋梁景觀需求，因此不考慮多跨小跨徑橋梁方案；一跨越江跨徑將超過(guò)500m，可以采用斜拉橋或者懸索橋方案，斜拉橋橋塔將超過(guò)130m，超過(guò)機(jī)場(chǎng)限高，而一跨越江懸索橋造價(jià)高、施工難度大，也不宜考慮；三跨越江可以布置懸索橋、斜拉橋、拱橋，但由于未結(jié)合地形布跨，施工難度大同時(shí)不利通航，也不宜推薦；兩跨越江可以采用獨(dú)塔斜拉橋或三塔懸索橋方案，獨(dú)塔斜拉橋方案從工程方案角度非常適合本項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)合理，但造型易與類似項(xiàng)目重復(fù)，不能擔(dān)負(fù)荷花大橋門(mén)戶地標(biāo)的功能要求；兩跨越江三塔懸索橋，施工難度與造價(jià)均處于居中位置，類似布置形式相對(duì)較少，易于形成標(biāo)志性建筑，因此選擇此方案進(jìn)一步進(jìn)行建筑方案與結(jié)構(gòu)方案比選。

相關(guān)內(nèi)容參考了有關(guān)文獻(xiàn)。

3 兩跨越江三塔懸索橋建筑風(fēng)格研究

3.1 現(xiàn)代風(fēng)格

從荷花大橋“荷花”入手，進(jìn)行元素提煉、線性組合與造型模擬，形成如荷花瓣形狀現(xiàn)代風(fēng)格橋塔，展示了荷花的天然之美；而大橋造型采用荷花的立意也充分體現(xiàn)了張家界這座有著天然景色之美的旅游城市的獨(dú)特魅力。

圖2 荷花大橋兩跨越江三塔懸索橋現(xiàn)代風(fēng)格橋塔造型研究

荷花大橋是連接荷花機(jī)場(chǎng)的重要交通，應(yīng)重視功能和空間組織，結(jié)構(gòu)和造型美。發(fā)揮結(jié)構(gòu)構(gòu)成本身的形式美，除去多余的裝飾，用自身的質(zhì)地和色彩體現(xiàn)橋梁造型的景觀美。所以現(xiàn)代簡(jiǎn)約風(fēng)格為首選提出的橋塔方案，重視功能和空間組織、結(jié)構(gòu)和造型美，以其挺拔雄壯的形態(tài)在寧?kù)o的水面上盡顯風(fēng)采。

圖3 荷花大橋兩跨越江三塔懸索橋現(xiàn)代風(fēng)格整體造型研究

3.2 古典風(fēng)格

張家界是少數(shù)民族聚集區(qū)，以土家族、苗族、白族為主，全境土家族人口較多，是土家族世居地區(qū)。考慮到其特有的民族文化，我們將土家族建筑的精神內(nèi)涵體現(xiàn)到本方案的設(shè)計(jì)中。

圖4 荷花大橋兩跨越江三塔懸索橋古典風(fēng)格橋塔造型研究

三塔方案，邊塔矮于中塔，整體看起來(lái)更加雄偉壯觀，三塔的側(cè)平面正好猶如山的造型，坐落在這座山水之城，與周圍環(huán)境相呼應(yīng)。而單獨(dú)的主塔本身采用飛檐翹角的屋檐形式，在主塔及細(xì)節(jié)處體現(xiàn)傳統(tǒng)民族特色，在整個(gè)大輪廓下，與山水相呼應(yīng)，既民族又寓情于山水之間。主體突出，輪廓鮮明。

圖5 荷花大橋兩跨越江三塔懸索橋古典風(fēng)格整體造型研究

3.3 建筑風(fēng)格方案比選

現(xiàn)代方案與古典方案體現(xiàn)出迥然不同的建筑風(fēng)格與精神氣質(zhì)，均為可實(shí)施方案，要在兩個(gè)方案之間做出抉擇，應(yīng)當(dāng)從橋梁所處物理環(huán)境與人文環(huán)境出發(fā)，分析哪一種方案更能夠與周邊環(huán)境相契合，哪一種方案更能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)鼐用竦膶徝佬枨蟆?/p>

張家界古稱大庸，建于2230年前，是古庸國(guó)所在地，荷花大橋橋址附近就有土家族風(fēng)情園、大庸古城等諸多成片古建筑群。追溯土家符號(hào)的淵源和產(chǎn)生，不難看出符號(hào)背后的民族性格、民族歷史、民族審美情趣等本質(zhì)性的內(nèi)蘊(yùn)，通過(guò)這許許多多的符號(hào)，張家界土家人將精神元素揉合于物象之中，隱喻某種概念或思想感情，讓先民們的精神得以傳播延續(xù)。因此，從與橋梁周邊環(huán)境相契合及當(dāng)?shù)孛癖妼徝佬枨蟪霭l(fā)，揉合了土家族古建元素的古典方案無(wú)疑才是更為契合的方案。

4 兩跨越江三塔懸索橋結(jié)構(gòu)方案研究

4.1 自錨式懸索橋方案

主橋三塔自錨式懸索橋，跨徑布置為30m+92m+228m+228m+92m+30m=700m，主跨的主纜矢跨比為1/6，采用預(yù)制平行鋼絲索股體系，主纜外直徑為391mm，主纜末端錨固于加勁梁上，吊索間距8.0m；加勁梁采用全漂浮體系，采用鋼-混凝土組合梁，梁高2.7m，支座設(shè)置于梁端及塔柱橫梁，塔柱內(nèi)側(cè)、錨墩及過(guò)渡墩上，均設(shè)置水平限位裝置；塔柱采用薄壁式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，通過(guò)進(jìn)一步細(xì)化方案設(shè)計(jì)，中塔柱總高最終確定為74.6m，橋面以上塔高53.0m，邊塔柱總高最終確定為43.3m，橋面以上塔高33.0m，塔柱在主梁梁底以下采用橫梁連接；樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)類型為嵌巖樁，塔柱基樁直徑3.0m，樁長(zhǎng)約20～25m，持力層為中風(fēng)化頁(yè)巖。

圖6 荷花大橋兩跨越江三塔自錨式懸索橋方案

4.2 地錨式懸索橋方案

主橋三塔地錨式懸索橋，跨徑布置為228m+228m=556m，主跨的主纜矢跨比為1/9.5，采用預(yù)制平行鋼絲索股體系，主纜外直徑為391mm，主纜末端錨固于錨碇，吊索間距8.0m，加勁梁采用全漂浮體系，采用鋼梁結(jié)構(gòu)，梁高2.7m，支座設(shè)置于梁端及塔柱橫梁，塔柱、錨墩及過(guò)渡墩內(nèi)側(cè)設(shè)置水平限位裝置；塔柱采用薄壁式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主塔高度與自錨式懸索橋方案保持一致，中塔柱總高74.6m，橋面以上塔高53.0m，邊塔柱總高43.3m，橋面以上塔高33.0m，塔柱在主梁梁底以下采用橫梁連接；根據(jù)橋址處地質(zhì)條件，錨碇采用重力式錨碇；樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)類型為嵌巖樁，塔柱基樁直徑3.0m，樁長(zhǎng)約20～25m，持力層為中風(fēng)化頁(yè)巖。

圖7 荷花大橋兩跨越江三塔地錨式懸索橋方案

4.3 計(jì)算分析及結(jié)論

自錨式及地錨式懸索橋方案均采用MIDAS CIVIL2013有限元計(jì)算軟件分析了結(jié)構(gòu)靜力安全性，主纜設(shè)計(jì)安全系數(shù)不低于2.5，吊索設(shè)計(jì)安全系數(shù)不低于3.0；地錨式懸索橋錨碇抗滑移及抗傾覆系數(shù)不低于2.0；主橋的抗震及抗風(fēng)穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

圖8 荷花大橋兩跨越江三塔自錨式及地錨式懸索橋方案總體計(jì)算有限元模型

4.4 結(jié)構(gòu)方案比選

荷花大橋兩跨三塔懸索橋結(jié)構(gòu)方案比選表

從上表可以看出，自錨式懸索橋施工方式為先梁后纜，相對(duì)比較復(fù)雜，而且主梁受壓，主梁造價(jià)相對(duì)較高，但可以通過(guò)采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)梁形式增加截面抗壓能力，同時(shí)不存在錨碇結(jié)構(gòu)，景觀相對(duì)較好，更加適合應(yīng)用于城市橋梁；地錨式懸索橋主跨結(jié)構(gòu)施工方式為先纜后梁，相對(duì)簡(jiǎn)單，但存在巨大錨碇構(gòu)造，尤其是在北岸平原地帶，覆蓋層較厚，造成錨碇體量巨大，造價(jià)較高，巨大錨碇也會(huì)對(duì)城市景觀造成較大影響。因此，綜合考慮，推薦采用自錨式結(jié)構(gòu)作為最終選擇。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從張家界荷花大橋的使用及景觀功能出發(fā)，考慮了各種可能的布跨和橋型方案，首先遴選出兩種布跨形式、三種橋型方案，再結(jié)合施工難度、造價(jià)、景觀進(jìn)行進(jìn)一步方案深入比較，得出兩跨越江三塔懸索橋橋型方案的結(jié)論。然后結(jié)合此橋型具體進(jìn)行了建筑景觀及橋梁結(jié)構(gòu)形式研究，最終推薦該橋采用古典造型三塔自錨式懸索橋作為本項(xiàng)目推薦方案。