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      三魯公路跨航道橋梁主橋方案的技術經(jīng)濟比選

      2013-01-17 03:29:14陳劍鋒
      城市道橋與防洪 2013年6期
      關鍵詞:藍線主跨主墩

      陳劍鋒

      (上海市政工程造價咨詢有限公司,上海 200092)

      1 項目背景

      三魯公路橋是大蘆線航道整治工程跨航道橋梁中的一座。大蘆線航道是上海市“一環(huán)十射”規(guī)劃干線航道之一,是長江三角洲地區(qū)高等級航道網(wǎng)的主要組成部分,是溝通洋山深水港區(qū)和相鄰省區(qū)的重要國家級集裝箱運輸主通道。整治后大治河航道由現(xiàn)在的Ⅴ級全面提升為Ⅲ級航道,全線的橋梁凈空尺度按Ⅲ級航道標準進行建設。規(guī)劃標準河寬102 m,航道通航凈寬79 m,要求跨航道橋梁一跨跨越。三魯公路現(xiàn)狀橋梁不滿足Ⅲ級航道的通航要求,需拆除重建。

      2 主橋主跨跨徑選擇

      2.1 主橋主跨選擇的控制因素

      主橋主跨選擇的控制因素主要有水務要求、航道通航、駁岸及老橋墩臺位置等,具體詳述如下。

      2.1.1 水務要求

      根據(jù)航道設計技術要求,主橋主跨需一跨過河,即水中不容許設置橋墩。橋位處規(guī)劃河道藍線寬度102 m,即墩身凈距不得小于102 m。

      2.1.2 航道通航要求

      三魯公路橋位于航道通航標準段:航道設計底寬79 m,該79 m范圍內(nèi)必須滿足通航凈高7.0 m要求。

      2.1.3 橋梁軸線與航道斜交角度

      由于主橋跨徑較大,采用斜橋正做的模式,三魯公路橋軸線與航道斜交4.1°。

      主跨大小也應計入斜交角度的影響。

      (1)整幅式主橋:駁岸厚度0.3 m,主墩墩身厚2.5 m,寬 12 m,主跨不應小于:102 m/cos4.1°+12 m×tg4.1°+2.5 m+2×0.3 m=106.2 m,取主跨107 m。

      (2)雙幅式主橋:駁岸厚度0.3 m,主墩墩身厚2.5 m,雙柱總寬22.75 m,主跨不應小于:102 m/cos4.1°+22.75 m×tg4.1°+2.5 m+2×0.3 m=107 m,取主跨107 m。

      即結(jié)合水務、通航、斜交角、駁岸等因素,主橋主跨應不小于107 m。

      2.1.4 保持駁岸構造連續(xù)要求

      主墩處需確保駁岸構造連續(xù)。

      2.1.5 保持防洪通道暢通

      主墩布置時應在河道藍線與陸域控制線15 m范圍內(nèi)預留6 m寬的防洪通道空間,確保防洪通道暢通,同時確保橋位處輔道與防洪通道能順利溝通,滿足橋位周邊居民、企業(yè)等出行方便。

      2.1.6 承臺平面位置與駁岸、河道斷面的相對關系

      (1)若主跨選擇107 m,承臺平面已經(jīng)侵入河道藍線。

      根據(jù)初步論證分析,主墩承臺侵入河道藍線技術上是可行的,但承臺頂標高必須置于0.5 m以下(規(guī)劃河底標高1.0 m)。該處地面標高一般在5.0 m左右,承臺厚度暫按3.0 m考慮,則主墩承臺基坑深度達到7.5~8.0 m。按照上海市深基坑管理規(guī)定,該基坑屬于深基坑,施工風險大,造價較高。該方案技術上可行,但是基坑造價不夠經(jīng)濟合理。

      (2)主跨跨徑加大至112 m后,承臺不侵入河道藍線,承臺頂標高可抬升至3.0 m,主墩承臺基坑深度約5 m?;釉靸r降低、施工風險減小,但主跨跨徑加大,上部結(jié)構造價上升,故需綜合比較后確定橋梁主跨跨徑。

      2.1.7 避開老橋墩臺的要求

      三魯公路橋新建橋位與老橋橋位重合,故新建橋梁主跨跨徑選擇時,主墩必須避開老橋的橋墩或橋臺。

      老橋為簡支小箱梁,邊跨22 m,邊跨橋墩位于藍線以內(nèi)11 m,橋臺位于藍線以外11 m,主墩應布置在老橋橋臺與藍線之間。

      2.2 主橋主跨方案初步比選

      該項初步設計擬定107 m主跨方案(最小主跨方案,墩身緊貼河道藍線)和112 m主跨方案(承臺緊貼河道藍線)兩個方案,具體布置詳見圖1、圖2所示。

      圖1 方案一:主橋107 m主跨方案圖(單位:m)

      圖2 方案二:主橋112 m主跨方案圖(單位:m)

      方案一:墩身緊貼河道藍線,主橋主跨107 m,主墩承臺基坑深度7.5 m左右,主墩承臺作為駁岸的基礎,駁岸設在主墩墩身外側(cè)。

      方案二:承臺緊貼河道藍線,主橋主跨112 m,主墩承臺基坑深度5.0 m左右,主墩承臺作為駁岸的基礎。

      以橋?qū)?0 m為例進行比選,航道藍線寬102 m,主橋方案初步擬定以下兩個,分別為65 m+107 m+65 m預應力混凝土連續(xù)梁(方案一)和69 m+112 m+69 m預應力混凝土連續(xù)梁(方案二),其工程造價比較如表1所列。

      表1 主橋跨徑方案一和方案二工程造價(建安費部分)比較表

      可見,采用方案一107 m主跨,主橋規(guī)模較小,但基坑開挖深度增大。按30 m橋?qū)挼念A應力混凝土連續(xù)梁方案,方案一較方案二,主橋造價減少468萬,而基坑造價增加410萬,總造價略有減小。

      方案一主跨107 m,主橋梁高較方案二小,可適當減小引橋長度,因此可進一步減小工程總造價。此外,采用方案一主墩墩身緊貼河道藍線,有利于防洪通道的布置。

      采用方案一基坑開挖深度比方案二增大2.5 m,增加了基坑開挖費用及開挖風險。但考慮到方案一基坑開挖深度為7.5 m左右,該深度基坑開挖施工有一定經(jīng)驗,基坑開挖風險是可控制的。

      綜上所述,為有效地減小橋梁規(guī)模,降低工程造價,該項初步設計推薦采用方案一107 m主橋主跨方案。

      三魯公路橋新建橋位與老橋橋位重合,老橋邊跨橋墩位于藍線以內(nèi)11 m,橋臺位于藍線以外11 m。新建橋梁主跨107 m,主墩已避開老橋橋墩、臺,能夠滿足要求。

      3 主橋橋型方案綜合比選

      3.1 主橋橋型方案初選

      三魯公路橋主橋主跨選定為107 m,且橋梁均位于航道標準段,無特殊的通航及景觀要求。主橋方案優(yōu)先考慮采用技術可靠、施工工藝成熟、經(jīng)濟合理的現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)梁。此外,適用于107 m跨徑的橋型還有自錨式懸索橋、矮塔斜拉橋、下承式系桿拱橋等。

      自錨式懸索橋采用先架設主梁再施工纜索的施工順利,需要在航道中搭設支架,對航道通航影響大,施工措施費高,施工工藝復雜,施工周期長。根據(jù)大蘆線一期的初步設計成果,該工程跨徑范圍內(nèi)的自錨式懸索橋單位造價比同跨徑預應力混凝土連續(xù)梁高50%左右,自錨式懸索橋造價高,故不予采用。

      矮塔斜拉橋是介于連續(xù)梁和斜拉橋之間的一種橋型,相對于連續(xù)梁來說,其梁高可適當降低,但是需要設置橋塔和斜拉索。根據(jù)大蘆線一期的建設經(jīng)驗,該工程跨徑范圍內(nèi)的矮塔斜拉橋造價比同跨徑的預應力混凝土連續(xù)梁橋高,施工工期較預應力混凝土連續(xù)梁長。在無其他條件限制時,與預應力混凝土連續(xù)梁相比,矮塔斜拉橋并不占優(yōu)勢。因此,該項初步設計不采用矮塔斜拉橋方案。

      綜上所述,三魯公路橋主橋推薦采用變截面預應力混凝土連續(xù)梁方案(見圖3)。預應力混凝土連續(xù)梁經(jīng)濟節(jié)約、布置合理,采用掛籃施工便捷可靠,對航道的通航影響小。

      主跨107 m也是下承式系桿拱橋的適用跨徑。下承式系桿拱橋為單跨簡支結(jié)構,相對于預應力混凝土連續(xù)梁、自錨式懸索橋及矮塔斜拉橋,下承式系桿拱橋無需設置邊跨,主橋規(guī)模小。相對于預應力混凝土連續(xù)梁,下承式拱橋的缺點是需采用支架施工,對航道通航影響大,施工工藝較復雜,橋梁單價指標較高。綜合考慮,將下承式系桿拱橋作為三魯公路橋主橋比較方案(見圖4)。

      圖3 預應力混凝土連續(xù)梁橋效果圖

      圖4 下承式系桿拱橋效果圖

      預應力混凝土連續(xù)梁及下承式系桿拱橋各方面的技術經(jīng)濟比較詳見表2所列。

      表2 主橋方案綜合比較表

      從表2可以看出,預應力混凝土連續(xù)梁方案結(jié)構簡潔、技術可靠、施工工藝成熟、經(jīng)濟合理,耐久性好,對航道通航影響小。

      根據(jù)專家中間評審意見,進一步對雙幅式預應力混凝土連續(xù)梁、整幅式預應力混凝土連續(xù)梁進行同深度比選。

      3.2 主橋方案一(雙幅式預應力混凝土連續(xù)梁)

      3.2.1 橋跨布置

      經(jīng)過主跨跨徑比選,主跨跨徑確定為107 m,主橋跨徑布置為(65+107+65)m(見圖5)。

      圖5 三魯公路橋主橋方案一(雙幅式)立面布置圖(單位:mm)

      3.2.2 橫斷面布置

      三魯公路橋規(guī)劃紅線寬42 m,主線雙向4車道布置,主跨還滿足非機動車和人行通行。

      方案一(雙幅式預應力混凝土連續(xù)梁)橋面總寬28 m。橋面布置為:

      (2.25 m人行道+2.5 m非機動車道+0.5m護欄+8 m車行道+0.5 m護欄+0.5 m/2分隔帶)×2=28 m(見圖6)。

      圖6 三魯公路橋主橋方案一(雙幅式)標準橫斷面圖(單位:mm)

      3.3 主橋方案二(整幅式預應力混凝土連續(xù)梁)

      3.3.1 橋跨布置

      經(jīng)過主跨跨徑比選,主跨跨徑確定為107 m,主橋跨徑布置為(65+107+65)m(見圖7)。

      圖7 三魯公路橋主橋方案二(整幅式)立面布置圖(單位:mm)

      3.3.2 橫斷面布置

      方案二(整幅式預應力混凝土連續(xù)梁)橋面總寬28 m。

      主跨橋面布置為:

      (2.25 m人行道+2.5 m非機動車道+0.5 m護欄+8 m車行道+0.5 m護欄+0.5 m分隔帶+0.5 m護欄+8 m車行道+0.5護欄+2.5非機動車道+2.25 m人行道)=28 m(見圖8)。

      圖8 三魯公路橋主橋方案二

      主橋邊跨可不通行人,斷面兩側(cè)各縮短挑臂2.0 m,主橋邊跨箱梁斷面是橫向?qū)ΨQ的,結(jié)構受力也是合理的。邊跨不設人行道,減少了主橋面積,主橋造價相應有一定的減少。

      邊跨橋面布置為:

      (0.25 m欄桿+2.5 m非機動車道+0.5 m護欄+8 m車行道+0.5 m護欄+0.5 m分隔帶+0.5 m護欄+8 m車行道+0.5 m護欄+2.5 m非機動車道+0.25 m欄桿)=24 m(見圖9)。

      圖9 三魯公路橋主橋方案二

      3.3.3 人行梯道布置

      同雙幅式主橋人行梯道布置的分析,但整幅式方案邊跨不設人行道,梯道布置在主墩處即可。

      3.4 主橋橋型方案綜合比選結(jié)論

      雙幅式預應力混凝土連續(xù)梁(方案一)、整幅式預應力混凝土連續(xù)梁(方案二)各方面的技術經(jīng)濟比較詳見表3所列。

      整幅式方案由于減少了主橋邊跨人行道,主橋面積相對雙幅式減少了322 m2,全橋造價節(jié)約了約800萬元(含整幅式僅設4座梯道,雙幅式設8座梯道)。

      但是整幅式方案主跨箱梁挑臂達到了7.7 m,邊跨箱梁挑臂達到了5.7 m,單個掛籃體量相對大,挑臂下設橫肋,施工時建議將縱向箱體和橫向挑臂分開懸澆,施工工序較多,施工難度相對大。

      由于兩個方案全橋總造價相差不大,從方便施工角度出發(fā),推薦采用雙幅式預應力混凝土連續(xù)梁方案。

      表3 主橋方案綜合比較表

      4 比選結(jié)論

      通過主橋跨徑、主橋橋型、梁體型式等多方面的技術和經(jīng)濟比較,三魯公路橋主橋方案最終選定為主跨107 m的雙幅式預應力混凝土連續(xù)梁。

      從設計階段一開始,設計和造價人員就形成了良好的互動關系,造價人員及時地參與方案設計,在最短的時間內(nèi)對每個設計方案做出概算,并及時反饋給設計人員,使其能夠優(yōu)化設計方案,提高設計質(zhì)量,真正做到了技術和經(jīng)濟的優(yōu)化統(tǒng)一。

      [1]上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司.《大蘆線航道閔行段整治工程-跨航道橋梁工程初步設計》[R].

      [2]上海市市政工程預算定額(2000)[M].上海:同濟大學出版社.

      [3]《上海市政公路造價信息》[Z].2012.

      [4]范立礎.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社.

      [5]黃繩武.橋梁施工及組織管理[M].北京:人民交通出版社.

      [6]《市政工程設計概算編制辦法(建標[2011]1號文)》[M].北京:中國計劃出版社.

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