塔米納河谷位于瑞士圣加侖州的南端。它自南向北，終于阿爾卑斯山萊茵河谷的溫泉小鎮(zhèn)Bad Ragaz，海拔高度約500米。河的下游流經(jīng)深切的山谷，將高原與對岸的城鎮(zhèn)分隔開來。

　　往常，居住在Pf fers一側(cè)的居民,通過起點(diǎn)位于Bad Ragaz鎮(zhèn)中心、途經(jīng)塔米納河谷兩側(cè)的公路前往Valens。但這段蜿蜒曲折的公路，由于存在地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，且不能滿足日益增長的運(yùn)力需求，經(jīng)Bad Ragaz、Valens和Pf fers三地當(dāng)局的決定，于2005年開始修建一座跨越塔米納河谷、連接Valens和Pf fers的橋梁。他們相信，這座橋梁將成為提升兩地間運(yùn)力最經(jīng)濟(jì)的解決方案。通往該橋的新道路將繞過西北方向的Pf fers村，進(jìn)入Bofel 區(qū)。從Bofel區(qū)到河谷對面的Berg區(qū)，橋梁長度需要約400米，跨越山谷的深度約200米。

　　與自然融合的設(shè)計(jì)理念

　　為確保橋梁結(jié)構(gòu)與周邊自然環(huán)境的融合，需要高標(biāo)準(zhǔn)、謹(jǐn)慎地處理周邊及當(dāng)?shù)丨h(huán)境的敏感要素。例如，要盡可能地減低橋梁在建設(shè)階段對當(dāng)?shù)刈匀槐Ｗo(hù)區(qū)的影響。此外，詳盡的地質(zhì)調(diào)查也是該項(xiàng)目取得成功的先決條件。

　　設(shè)計(jì)競賽方案比選

　　當(dāng)局決定通過舉辦國際設(shè)計(jì)競賽獲取最佳設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)方案必須符合以下標(biāo)準(zhǔn)：技術(shù)可行、外觀出色、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

　　競賽文件中提供了路線的平面、縱斷面圖，以及橋面尺寸。此外，地質(zhì)報(bào)告中概述了地質(zhì)狀況。根據(jù)瑞士的州級保護(hù)計(jì)劃，該河谷地區(qū)是野生動物棲息保護(hù)區(qū)，橋梁下方的區(qū)域是巖羚羊的棲息地，施工過程中必須考慮這一點(diǎn)。保護(hù)區(qū)的景觀保護(hù)目標(biāo)也需要與野生動物的保育計(jì)劃相符，因此應(yīng)避免興建改變保護(hù)區(qū)特征的建筑物。

　　盲選階段共收到24份設(shè)計(jì)方案，反響熱烈。在這些作品中，占比較大的是拱橋的設(shè)計(jì)方案，共有14種。經(jīng)過兩輪嚴(yán)格的評選，其中有4份拱橋設(shè)計(jì)方案脫穎而出進(jìn)入決賽。評審團(tuán)以1:250比例的景觀模型，對4份方案進(jìn)行了最后的評估，最終一致選擇了由德國萊昂哈特-安德拉合伙人咨詢公司（LAP）提供的斜拱+斜拱上立柱的方案。該方案因結(jié)構(gòu)通透、簡潔高雅、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、施工方法簡便而獲得方案競賽的第一名。

　　良好的地質(zhì)情況

　　經(jīng)過評估，橋位處的地質(zhì)情況無明顯問題。巖石層的抗壓強(qiáng)度在30～60Mpa之間，屬于高強(qiáng)度混凝土的最高范圍。但在河谷的左側(cè)，與巖石裂隙有關(guān)的墜石層需要注意，因?yàn)槎盖偷纳絼輹写髩K巖石滑落的隱患，施工過程中必須小心處理。

　　嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)規(guī)定

　　作為野生動物的棲息地，塔米納河谷的景觀保護(hù)目標(biāo)須嚴(yán)格執(zhí)行。例如，橋下沿河谷兩側(cè)就是巖羚羊的棲息地，這就要求大橋的設(shè)計(jì)方必須考慮棲息地保護(hù)法，施工期間避免在河谷較為陡峭的一側(cè)或谷底進(jìn)行活動。而且， 位于河谷上部，面向Bofel一側(cè) (通往Pf fers) 和Berg一側(cè)(通往Valens)的拓寬工作也應(yīng)被減少到最低限度。

　　最后，施工過程中應(yīng)關(guān)注橋梁與周圍景觀環(huán)境的融合，在任何情況下都不應(yīng)改變景觀特征。

　　無墩柱的設(shè)計(jì)原則

　　由于橋梁橫跨塔米納河谷，根據(jù)周邊的自然環(huán)境，需要采用無鉸拱，跨徑為265米，主拱圈與拱上立柱為剛性連接，施工時(shí)采用平衡懸臂法及臨時(shí)支撐系統(tǒng)。

　　為減少對自然環(huán)境的破壞，僅設(shè)置橋面端部及拱腳處共4個(gè)基礎(chǔ)。無論從技術(shù)角度還是從地質(zhì)角度看，這樣的設(shè)置是沒有問題的。主拱采用兩個(gè)不在同一高程上的半拱構(gòu)成。為了使兩個(gè)半拱在拱頂處的水平力相等，兩個(gè)半拱的跨度和矢跨比均不相同。左側(cè)拱腳的高度明顯高于右側(cè)，但仍處于可以承載較大拱腳推力的基巖區(qū)域。兩個(gè)拱腳之間的高度差，也與河谷整體輪廓不對稱的幾何形態(tài)相呼應(yīng)。

　　為了減少主拱的推力，采用傾斜布置的拱上立柱，拱腳處的基礎(chǔ)傾斜面與拱軸線垂直，且坡度與陡峭的河谷斜坡坡度相似，這樣的設(shè)計(jì)可以很好地融入到周圍的自然景觀中。其余的拱上立柱也呈放射狀分布在主拱上，自然、有序、和諧地表達(dá)出了整個(gè)結(jié)構(gòu)。

　　而且，這種上承式拱橋使橋上的視野更開闊，與整體景觀較為協(xié)調(diào)。因?yàn)橹鞴笆┕r(shí)采用懸臂吊裝，所用的臨時(shí)支撐系統(tǒng)也可以最大程度地保護(hù)橋下的所有區(qū)域。

　　結(jié)構(gòu)的總體布置

　　大橋主跨為265米，是一座非對稱后張法預(yù)應(yīng)力混凝土上承式拱橋。拱上立柱的高度，最高可達(dá)4米，且高度依次向拱頂中心位置逐漸減少至2.05米，如圖3所示。主拱的截面寬度也發(fā)生變化，往Berg方向的拱截面最大寬度為6.95 米，最窄處為5米，另一側(cè)的拱截面最大寬度為9米。主拱采用箱形截面。

　　因?yàn)榱⒅敝?，所以立柱和主梁以及拱肋的連接必須剛性連接，而不能設(shè)置支座。但是如果立柱和主梁以及拱肋剛性連接，短立柱內(nèi)的彎矩則特別大，為了克服這個(gè)問題，在短立柱的上部和下部采用“混凝土鉸”來解決，如圖4所示。即立柱截面在鉸這個(gè)位置，截面尺寸大大縮小， 來減少此處截面的彎矩。

　　傾斜的立柱除對橋面結(jié)構(gòu)起到支撐作用外，還作為邊跨的一部分組成了剛架結(jié)構(gòu)的受力體系。這種剛架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也使大橋在橫跨塔米納河谷時(shí)，可以不設(shè)置中間的立柱，因此在經(jīng)濟(jì)和美學(xué)上更具吸引力。立柱采用變截面設(shè)計(jì)，間距在38.45米～62.7米。與上部的橋面結(jié)構(gòu)相接后， 更加明顯地體現(xiàn)了框架效應(yīng)，與典型的鐘擺式拱上立柱區(qū)別顯著。

　　橋面系由連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土梁構(gòu)成。由于橋兩端的立柱傾斜度大，因此可以顯著地減小邊跨的跨度，Bofel一側(cè)從原先的89米減少到了62.7米，而Berg一側(cè)從48.50 米減小到了38.45米。

　　主拱截面的高度變化范圍較廣，一般截面高度為2.75 米。根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，兩側(cè)邊跨的截面有加腋高度，Bofel一側(cè)為4.75米～5.00米，Berg一側(cè)為4.3米～4.5 米。箱梁寬度為5米，懸臂長度為2.73米。因橫橋向受力良好，無需增加橫向預(yù)應(yīng)力。

　　考慮到上部結(jié)構(gòu)的跨度變化，在橋臺處設(shè)置了支座， 而整個(gè)結(jié)構(gòu)其余位置均不再設(shè)置支座。

　　所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土制成，為施工提供了方便。

　　施工過程設(shè)計(jì)

　　2011年春季，萊昂哈特-安德拉合伙人咨詢公司(LAP) 完成了這個(gè)所謂的建設(shè)項(xiàng)目。這相當(dāng)于大約30%到40%的設(shè)計(jì)總量。除在投標(biāo)前完成的初步細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，施工圖設(shè)計(jì)階段的工程師就已參與到該項(xiàng)目的早期設(shè)計(jì)階段。

　　現(xiàn)場施工自2013年3月開始，先進(jìn)行基礎(chǔ)和橋臺的施工；之后轉(zhuǎn)入主拱圈的施工，兩個(gè)半拱分別按照5米一節(jié)向中間延伸，混凝土節(jié)段通過臨時(shí)塔錨固在河谷兩岸的巖壁上，臨時(shí)支撐塔高100米；靠近橋臺處，兩個(gè)節(jié)段采用一組斜拉索，其后的5～7個(gè)節(jié)段采用一組斜拉索；在塔的后方，斜拉索錨固到臨時(shí)基礎(chǔ)，臨時(shí)基礎(chǔ)通過巖錨傳遞荷載到地面。直到主拱合龍后，拆除臨時(shí)支撐塔架，開始拱上立柱及橋面系的施工，上部結(jié)構(gòu)和橋柱施工從中心到端跨共分四步進(jìn)行施工。

　　LAP提及了一些設(shè)計(jì)分析中涉及的特殊問題，并廣泛進(jìn)行了施工過程的評估?？紤]到斜拉索存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)，甚至優(yōu)化了施工中的抗震方案。考慮到混凝土裂縫的形成會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度降低，LAP還對最終狀態(tài)和幾個(gè)施工階段的穩(wěn)定性和屈曲分析進(jìn)行了研究。

　　依據(jù)工程師的勘探要求進(jìn)行了地基情況的調(diào)查，結(jié)果表明，拱肋和橋臺基礎(chǔ)均為筏形基礎(chǔ)。

　　塔米納河谷大橋，采用拱上斜立柱和無中間短立柱的拱橋方案，使空中穿越河谷成為可能。同時(shí)考量了周邊地形，盡可能地減少了支座。由于橋面道路位于主拱圈的上面，使整個(gè)橋梁與周邊的整體景觀特征基本保持不變。通過采用不同跨度和矢跨比的兩個(gè)半拱形成一個(gè)大拱，并與框架結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成了獨(dú)特的設(shè)計(jì)語言?？梢哉f本橋是對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)，賦予當(dāng)代的技術(shù)和施工方法，用傳統(tǒng)演繹創(chuàng)新也是歐洲當(dāng)代結(jié)構(gòu)工程藝術(shù)的主要手法之一。

　　塔米納大橋已于2017年6月通車。2018年11月，大橋獲得了英國結(jié)構(gòu)工程師協(xié)會(Institution of Structual Engineers) 頒布的最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獎及最佳公路/鐵路橋梁獎。

　　作者 / Wolfgang EILZERMartin ROMBERGMichael MüLLER

　　作者單位 / 德國萊昂哈特-安德拉合伙人咨詢公司（LAP）斯圖加特總部