星海湖大桥是宁夏大武口至沙湖公路上一座跨越大武口风景区——星海湖的大桥。桥梁设计要求结合景区特点在满足使用功能的同时力求美观。经过初步设计方案比较，设计桥型为 3 × 30m 上承式钢筋混凝土（空腹）拱桥，下部为钢筋混凝土墩台，钻孔灌注桩基础。桥梁设计全长 112.5 米，桥型总体布置图如图一所示。该桥既承担大（武口）沙（湖）公路的运输重任，又是沟通星海湖北域及中域的景观大桥，大桥建设对改善当地的交通运输条件、改变人居生活环境、实现人与自然的和谐、调洪，特别是大武口市的工业、旅游和其它相关产业发展以及周边地区的社会经济可持续发展都起到非常重要的作用，因而受到上级交通主管部门及当地政府的高度重视。

一、设计标准和自然地理概况

（一）设计标准和主要技术指标

桥梁设计荷载为公路—Ⅱ级，设计洪水频率 1/50 ，通航等级Ⅶ级（单向通航），地震烈度按地震动峰加速度 0.2g 设防，相当于地震烈度Ⅷ，桥面设计宽度 12 米。

（二）桥位处的自然地理概况

1. 地形、地貌

本桥位于石嘴山市大武口区东南部，地处黄河冲积平原，地形平坦开阔，地势低洼，海拔 1094 ～ 1100m ，植被稀疏，多为荒滩，经多年开发，现已形成具有一定规模、排灌系统完善、农业发达的引黄灌区。水域辽阔、景色美丽的星海湖即利用这一地理优势而形成。

2. 气象、水文

（ 1 ）桥位处于内陆，昼夜温差大，属典型中温带大陆性气候区，具有降雨稀少、蒸发量大、气候干燥、冬季寒冷、夏季炎热，年平均气温 8.1 ℃～ 8.4 ℃。极端最低气温 -28.4 ℃，极端最高气温 37.9 ℃，年最大降水量 332.9 毫米，年平均降水量 180 毫米，多集中在 7 、 8 、 9 三个月，年最大蒸发量 2923.6 毫米。冻土深度一般为 80 厘米，年最大冻土深度 1.04 米。

（ 2 ）水文地质及工程地质

桥位地区原为农田灌溉区，排灌沟渠为人工沟渠，流量人工调节。水位随季节变化。地下水埋深约为 2.0 ～ 2.7m ，经化验分析，其 PH 值 8.5 、 SO 4 2- 离子含量 137.44mg/l ，判定环境水对混凝土无腐蚀。但由于星海湖水量主要来源于黄河引水，水质矿化变还会逐渐有所减少。

工程地质勘探在桥位处布置三个地质钻孔。地质勘察查明的地层情况在钻探所达深度范围内，场地地层主要为第四纪冲积亚粘土、亚砂土和细纱。从上至下依次为填筑土、细纱、亚粘土和亚砂土、细纱及亚粘土互层。地基承载力不高。经试验地震时无砂土液化现象。

 

二、桥型方案比较

根据桥位处自然地理条件，采用的技术标准和桥梁使用任务、性质和远景发展需要等设计条件，按照“安全、适用、经济、美观和有利环保”的原则，拟出以下三个桥型方案比较。

（一）第一方案（推荐方案） 2 × 10+60+2 × 10m 钢筋混凝土中承式系杆拱

主桥 1-60m 钢筋混凝土中承式系杆拱方案：桥梁结构型式及跨径组合为上部 4 × 10m 钢筋混凝土空心板（对称布置）及 1-60m 钢筋混凝土中承式系杆拱组成。下部构造，主桥由钢筋混凝土拱座、拱座上钢筋混凝土实体桥墩及 6 根直径 150cm 钻孔灌注桩基础组成。引桥采用钢筋混凝土柱式墩，肋板埋置式桥台及直径 100cm 钻孔灌注桩组成。

该桥总体布局均匀对称，主孔拟定跨径 60m 中承式拱，跨径适中，既满足行车又符合桥下通航等级要求。桥梁建筑高度与路基设计高度较低，与景区环境协调。主桥优美的拱形线性弦度与引桥简捷明了的板式结构相搭配，轻重适度、比例协调、线形优美、柔和。主拱圈为箱式断面、构造简单，施工除主拱圈需搭架就地浇筑外，拱上行车道板及引桥 10m 空心板均可采用预制安装法施工，构件吊装重量轻，全桥上下部施工均不需大型机械设备，方便施工，容易实现。主拱失跨比取 1/4 ，拱轴线采用圆弧线，推力小，主跨拱顶部分设置的轻型水平支撑和强劲的端横撑结构对地震及风作用力有很好稳定作用，结构安全性高。本方案优点是外形美观，在满足技术条件要求的情况下，建筑高度低，抗震能力强，安全性好，造价适中，施工较为方便。缺点是桥孔合计较长，造价居中，施工具有一定技术难度，故作为推荐方案桥型。

（二）第二方案（比较方案） 1-80m 混凝土提篮式钢管拱

1-80m 混凝土提篮式钢管拱为外部静定的拱式结构。对桥台无推力，只有垂直力，受力简单，对地基承载能力要求低，桥台采用埋置式钢筋混凝土肋板式结构，钻孔灌注桩基础，在满足行车及通航要求下，该桥建筑高度最低，故引道工程量最小，该桥一孔跨越，桥下视野开阔，较为高大的橘红色拱圈及优美提篮式外形，能造就一种宏伟、热烈气氛，起到新人造景观的作用。钢拱加工为工厂化施工，工程质量容易控制，结构横向连接牢固，上下部结构对抗风及地震作用十分有利、安全性高。施工中除在现场搭架或设龙门吊吊装工作量外，由于拱构件系工厂制作，除需运输到工地拼接外，现场工作量最小，作为钢结构工厂加工技术含量高。在满足技术及设计要求情况下，该方案构造简单、外形美观、高大宏伟、受力简单、抗震性能强、安全性好。缺点造价最贵，主拱现场焊接拼装技术难度大，使用期需隔一定时间喷漆，养护工作量较大。www.tmgc8.com

（三）第三方案（比较方案） 3 × 30m 上承式钢筋混凝土板拱

3 × 30m 上承式钢筋混凝土板拱，考虑新建桥梁地处Ⅷ度地震烈度区，主拱圈采用抗扭刚度大，整体性好的钢筋混凝土板拱，桥台采用钢筋混凝土结构，基础采用钻孔灌注桩、拱轴线采用圆弧拱失跨比 1/5 ，为尽量减小拱的推力，拱上构造采用自重轻、受力简单的钢筋混凝土简支板。以利于抗震，该桥型在三个方案中构造虽较简单。但由于是上承式构造，路基工程设计高度是三个桥型中最高的。上承式拱桥是推力较大的超静定结构，受力敏感性强，对地基承载力要求高，设计除考虑桥型各部尺寸满足受力要求外，在细部结构上尚需采取相关技术措施，提高安全性。桥梁形式较为古朴大方。设计在拱上结构及栏杆选择上推荐石材建筑材料，提高艺术效果，施工采用满堂支架浇筑法，除对支架进行预压，按施工程序安全卸载外，其它施工工艺比较传统简单，容易实现。

各方案效果图见图一、图二、图三。

 

图一 第一方案（推荐方案）

 

图二 第二方案（比较方案）

图三 第三方案（比较方案）

（四）方案比较表

1. 方案比较情况见表 -1

方案比较表

表 -1

方 案

优 点

缺 点

造 价

备 注

第一

方案

主桥优美的拱形线性弦度与引桥简捷明了的板式结构搭配，轻重适度、比例协调、桥型优美、柔和。跨径适中，桥梁建筑高度与路基设计高度较低，与景区环境协调。受力简单、抗震性能强、安全性好。

缺点是桥孔合计较长，造价居中。施工技术水平要求一般。

 

推荐方案

第二

方案

主桥对桥台无推力，受力简单，对地基承载能力要求低。该桥建筑高度最低，故引道工程量最小。该桥一孔跨越，桥下视野开阔，较为高大的橘红色拱圈及优美提篮式外形，能造就一种宏伟、热烈气氛，起到新人造景观的作用。

缺点是造价最贵，施工技术水平要求高，使用期需定期养护。

 

比较方案

第三

方案

桥型古典，配上一定艺术造型的栏杆作为点缀，与周围景观配合较好。施工技术成熟，方法简单，容易实现。

造型一般，对地基要求高，抗震能力差，建筑高度大，增加了不必要的引道填方量。

 

比较方案

2. 经过业主及上级主管部门讨论研究，考虑到第一、二方案施工技术较为复杂，且建成以后养护工作量大等情况，决定采用与景区相关建筑搭配较为协调的第三方案桥型。施工设计图已于 6 月中旬完成交付甲方。www.tmgc8.com

三、附录： 3 × 30m 上承式钢筋混凝土拱桥结构设计要点及结构计算分析情况介绍

（一）结构设计要点

本桥为上承式钢筋混凝土板拱桥，三跨无铰拱连拱体系，跨径为 3 × 32.5m ，桥梁全长 112.5m 。全桥按照二级公路标准设计，桥面全宽 12m ，净宽 9.0m ，人行道宽度 1.50m 。

1. 拱圈

拱圈线形采用圆弧线形，半径 R 0 为 22.05m ，净跨径 30m ，净矢高 6.0m ，矢跨比 f 0 /L 0 =1/5 。拱圈宽度采用 1130cm ，拱圈截面厚 60cm 。为减少施工难度，三跨拱圈采用同一线形，桥面纵坡通过拱顶现浇段高度调整。

2. 拱上结构

拱上立柱为现浇混凝土框架结构，横向净距 1.85m ，拱上立柱间不设横系梁，在 1# 、 2# 墩上立柱设横系梁。柱顶设盖梁。柱底设垫梁，垫梁中心高度 0.4m 。立柱混凝土采用 C40 ；垫梁、盖梁混凝土采用 C40 。

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