塔米娜河古桥
塔米娜山谷位于瑞士圣加仑的南端。它从南到北，最后到达阿尔卑斯山莱茵河谷的温泉小镇Bad Ragaz，海拔约500米。河流的下游流经深谷，将高原与对岸的城镇隔开。
通常，居住在Pf fers一侧的居民通过始于Bad Ragaz镇中心并穿过Tahmina山谷两侧的道路前往Valens。然而，这条蜿蜒的道路由于其地质风险和无法满足日益增长的运输能力需求，Bad Ragaz、Valens和Pf fers当局决定在2005年修建一座横跨Tahmina山谷的桥梁，连接Valens和Pf fers。他们认为，这座桥将是提高两地间运输能力的最经济的解决方案。通往大桥的新道路将绕过Pf fers的西北村庄，进入Bofel区。从Bofel区到山谷对面的Berg区，桥的长度需要在400米左右，跨越山谷的深度在200米左右。
图1塔米娜河谷大桥位置示意图
与自然融合的设计理念
为了保证桥梁结构与周围自然环境的融合，必须高标准、谨慎地处理周围和局部环境的敏感要素。比如，施工阶段要尽量减少桥梁对当地自然保护区的影响。此外，详细的地质调查也是这个项目成功的先决条件。
设计方案的比较和选择
当局决定举办一次国际设计竞赛，以获得最佳设计方案。设计方案必须符合以下标准:技术上可行，外形美观，经济实用。
竞赛文件中提供了路线的平面图、纵断面和桥面尺寸。此外，地质报告中还总结了地质条件。根据瑞士的国家级保护规划，山谷地区是野生动物栖息地保护区，桥下地区是岩羚羊的栖息地，建设过程中必须考虑。保护区的景观保护目标也需要与野生动物保护规划相一致，因此需要避免建设改变保护区特征的建筑。
盲选阶段共收到24个设计，反响热烈。在这些作品中，有14种拱桥设计。经过两轮严格的评选，四座拱桥设计脱颖而出，进入决赛。评审团用1:250比例的景观模型对四个方案进行了最终评审，最终一致选择了由德国leonhardt-Andra Partners咨询公司提供的斜拱和带柱斜拱方案。该方案因其结构通透、简洁典雅、经济环保、施工方法简单而获得方案竞赛一等奖。
图2四个入围者的设计方案
良好的地质条件
经评估，桥址地质条件无明显问题。岩层抗压强度在30 ~ 60 MPa ~ 60 MPa之间，属于高强混凝土的最高范围。但在山谷左侧，要注意与岩石裂隙有关的落石层，因为陡峭的山势会有大块岩石脱落的隐患，在施工过程中一定要小心处理。
严格的环境保护条例
作为野生动物的栖息地，塔米娜谷的景观保护目标必须严格执行。比如桥下山谷两侧是岩羚羊的栖息地，这就要求桥梁的设计者考虑栖息地保护法，在施工时避免在山谷陡峭的一侧或谷底活动。此外，面向Bofel侧和Berg侧的山谷上部的拓宽工程也应减少到最低限度。
最后，施工过程中要注意桥梁与周围景观环境的融合，任何情况下都不能改变景观特征。
无墩柱的设计原则
由于大桥横跨塔米娜山谷，根据周围的自然环境，需要采用跨度为265米的无铰拱。主拱圈与拱上立柱刚性连接，施工时采用平衡悬臂法和临时支撑体系。
为了减少对自然环境的破坏，仅在桥面末端和拱脚处设置了四个基础。无论从技术角度还是从地质角度，这个设置都是没有问题的。主拱由两个不在同一高度的半拱组成。为了使两个半拱在拱顶处的水平力相等，两个半拱的跨度和矢跨比是不同的。左拱脚高度明显高于右拱脚，但仍处于能承受拱脚较大推力的基岩区。两个拱脚之间的高度差也与山谷整体轮廓的不对称几何形状相呼应。
为减小主拱推力，拱上采用倾斜布置的立柱，拱脚处基础的倾斜面与拱轴线垂直，坡度类似于河谷陡坡。这种设计可以很好地融入周围的自然景观。拱上其余的柱子也呈放射状分布在主拱上，自然、有序、和谐地表达了整个结构。
而且这种上承式拱桥使桥梁的视野更加开阔，与整体景观更加协调。由于施工时主拱采用悬臂吊装，所采用的临时支撑体系也能最大程度地保护桥下所有区域。
结构的总体布局
该桥主跨265米，为不对称后张预应力混凝土上承式拱桥。上拱柱高度可达4m，向拱顶中心逐渐降低至2.05m，如图3所示。主拱部分的宽度也会改变。伯格方向拱段最大宽度为6.95米，最窄处为5米，另一侧拱段最大宽度为9米。主拱采用箱形截面。
图3结构布局和横截面
因为柱是倾斜的，所以柱与主梁、拱肋的连接必须是刚性的，不能设置支座。但如果柱与主梁和拱肋刚性连接，短柱中的弯矩会特别大。为了克服这个问题，在短柱的上部和下部使用了“混凝土铰链”，如图4所示。即柱截面在铰接位置，截面尺寸大大减小，以减小此处截面的弯矩。
图4混凝土铰链
斜柱除了支撑桥面结构外，还作为边跨的一部分，形成刚架结构的受力体系。这种刚架结构的设计也使得大桥在没有中柱的情况下跨越塔米娜山谷成为可能，因此在经济和美学上更具吸引力。立柱采用变截面设计，间距为38.45m～62.7m..与上层甲板结构连接后，框架效应更加明显，与典型的摆式拱柱有显著区别。
桥面板系统由连续预应力混凝土梁组成。由于桥梁两端的立柱倾斜度较大，边跨的跨度可以明显减小。Bofel侧从89米降低到62.7米，而Berg侧从48.50米降低到38.45米
主拱段高度变化范围较大，一般段高2.75米。根据框架结构的受力特点，两侧边跨截面均有加腋高度，Bofel侧为4.75-5.00米，Berg侧为4.3-4.5米。箱梁宽度为5m，悬臂长度为2.73m..由于横桥受力良好，不需要增加横向预应力。
考虑到上部结构的跨度变化，支座设置在桥台处，但整个结构的其余部分不设置支座。
所有结构构件均采用钢筋混凝土或预应力混凝土，为施工提供了方便。
施工过程设计
2011年春天，leonhardt-Andra Partners咨询公司完成了这个所谓的建设项目。这相当于总设计的30%到40%左右。除了投标前完成的初步详细设计，施工图设计阶段的工程师已经参与了项目的早期设计阶段。
2013年3月开始现场施工，先进行基础和桥台施工；之后转入主拱圈施工。两个半拱分别按5m一节向中间延伸，混凝土节段通过临时塔锚固在河谷两侧岩壁上，临时支撑塔高度为100m。靠近桥台处，两段采用一组斜拉索，后面5 ~ 7段采用一组斜拉索；在塔的后部，斜拉索锚定在临时基础上，临时基础通过岩石锚将载荷传递到地面。待主拱合拢后，拆除临时支撑塔，开始拱上立柱和桥面系的施工。上部结构和桥柱从中心到端跨分四步施工。
图5施工流程示意图
图6吊装拱圈
LAP提到了设计分析中涉及的一些特殊问题，并广泛评估了施工过程。考虑到斜拉索的潜在风险，甚至优化了施工中的抗震方案。考虑到混凝土裂缝的形成会降低结构的刚度，LAP还研究了最终状态和几个施工阶段的稳定性和屈曲分析。
根据工程师的勘探要求，对地基条件进行了调查，结果表明拱肋和桥台地基均为筏板基础。
塔米娜河谷大桥采用拱上斜柱，中间无短柱的拱桥方案，使得空穿越河谷成为可能。同时考虑到周围的地形，尽可能减少支架的数量。由于桥面道路位于主拱圈上方，全桥及周边整体景观风貌基本保持不变。采用两个不同跨度和矢跨比的半拱组成大拱，与框架结构相结合，形成独特的设计语言。可以说，这座桥赋予了传统的结构和技术以当代的技术和建造方法，以传统演绎创新也是欧洲当代结构工程艺术的主要手法之一。
塔米娜大桥于2017年6月通车。2018年11月，该桥荣获英国结构工程师协会颁发的最佳结构设计奖和最佳公路/铁路桥奖。
本文发表于/桥梁杂志2020年第1期第93号
作者/Wolfgang eil zer Martin Romberg Michael muller
作者/德国leonhardt-Andra Partner咨询公司斯图加特总部
