西江特大橋橋位及橋型方案研究分析

鄭康

（廣東省南粵交通投資建設有限公司，廣東廣州510101）

1 概述

1.1 研究背景

為跨越通航河流時，高速公路橋梁常設置大跨徑特殊結構橋梁，如預應力混凝土連續(xù)剛構橋、斜拉橋、懸索橋；在此類橋梁設計中，應綜合考慮安全、滿足通航及防洪要求、地方意見、造價、施工便利、景觀及后期養(yǎng)護等因素[1]，進行橋位及橋型方案綜合比選，擇優(yōu)推薦。

1.2 工程概況

汕（頭）湛（江）高速公路清遠至云浮段（以下簡稱“清云高速公路”）是廣東省高速公路網規(guī)劃的“第二橫”——汕頭至湛江高速公路的重要組成部分。項目起點為清遠市清新縣，順接汕（頭）湛（江）高速公路河源至清遠段，途徑肇慶四會市、高要市、云浮云城區(qū)，終點在云浮新興縣接汕（頭）湛（江）高速公路云浮至湛江段。本項目在肇慶市的德慶縣與云浮市云城區(qū)交界處的金魚沙附近跨越西江，西江規(guī)劃為內河一級航道，西江特大橋是本項目的重點控制性工程[2]。

2 橋位選擇

2.1 橋位方案推薦

工可走廊在德慶縣悅城鎮(zhèn)與云浮市交界的金魚沙附近跨越西江，結合工可方案擬定C5線橋位方案，考慮C5線隧道工程規(guī)模較大，為減少隧道工程規(guī)模，擬定了K線橋位方案；同時考慮到C5線方案路線繞行，K線方案西江特大橋橋梁規(guī)模較大，為縮短路線里程和減小西江特大橋橋梁規(guī)模，擬定了在K線方案和C5線方案之間跨越西江的C6線方案進行比選，路線方案布置圖見圖1。

橋位選擇過程中多次征詢通航、防洪等部門和地方意見，具體意見見表1。

圖1 悅城鎮(zhèn)段西江特大橋位方案布置圖

表1 各方案意見匯總表

依據以上建議，采用K線和C5線進一步優(yōu)化后做同深度比選。

2.2 橋位方案比選

優(yōu)化后計算得出K線和C5線主要技術指標及工程數量表，其結果見表2。

從表2可以看出，①建設里程：K線建設里程較C5線短1.301 km，節(jié)約里程15%，汽車節(jié)能明顯、社會效益好；②工程規(guī)模：K線較C5線橋梁長577.03 m，但隧道短1 767.5 m，C5線西江特大橋主跨采用432 m混凝土結構，工程造價K線多2.36億元，全壽命周期成本K線多1.75億元。若采用鋼結構，K線工程投資將比C5線多1.29億元；③西江橋位：K線橋位處為河流匯流汊口，橋位處路線與水流方向存在較大夾角，C5線肇慶側路線與水流方向夾角約99度，云浮側河道彎曲，路線與水流方向交角較正，橋位較好；④地方意見：德慶縣同意K線和C5線，云浮市反對C5線。綜合以上意見，推薦采用K線方案。

2.3 橋位方案優(yōu)化

經專家對西江特大橋橋位方案研究專題報告評審，建議進一步減小斜交角度路線方案。鑒于此，在初步設計K線（C10線）的基礎上，為擺正橋位角度，減少橋軸線斜交角，對西江特大橋橋位方案進行了進一步的研究，擬定了C17～C25線共9個方案與K線進行比較，其中K線 （C10）與C17方案比較圖見圖2。

表2 K線與C5線主要技術指標及工程數量比較表

圖2 路線方案比較圖

3 橋型及橋跨選擇

3.1 橋型選擇的基本原則

橋型選擇的基本原則是：安全、適用、經濟和美觀。西江特大橋橋型的選擇，需綜合考慮路線平縱、工程造價、通航、防洪、地質等因素，橋型方案的構思原則是：

①橋跨方案在滿足通航最小要求的基礎上，結合經濟比較，可適當增大跨徑，并盡量減少水中防撞墩的設置，以降低船舶撞擊風險；②橋跨布置應與水深、地質條件相匹配，以降低造價及施工難度；③橋型方案在結構受力合理的前提下，采用新穎橋型結構，重視景觀設計，與環(huán)境協(xié)調；④經濟合理、工期最優(yōu)、節(jié)約投資，較快地發(fā)揮經濟效益。

3.2 橋型方案的選擇

因主橋須采取一孔雙向通航布設橋孔，通航凈空B×H＝506 m×18 m?？紤]主墩基礎尺寸和防撞設的需要，根據通航論證結論，主跨跨度宜不小于700 m。依據工程經驗，主跨不小于700 m的橋梁一般采用懸索橋和斜拉橋。

3.2.1 懸索橋方案

一般而言，邊跨有吊桿的邊中跨比為0.25～0.50；邊跨無吊桿側的邊中跨比為0.20～0.35。實際設計中，邊中跨比應結合錨碇、主塔位置，適當靈活取用。

研究西江特大橋橋位地形條件發(fā)現(xiàn)，起點錨碇受河堤岸和國道G321的限制，將起點錨點設置在國道G321與河道之間的岸邊較為合適；終點側主塔考慮到通航、施工難易度等因素的影響，將主塔布設于江岸附件河床較緩的一個平臺位置較為合適。起點錨碇距終點主塔約1 138 m，結合邊中比應符合常規(guī)受力原則，按單跨吊邊中跨比0.3計算，主跨跨徑約820 m，按此跨徑布置起終點主塔均位于淺灘區(qū)附近，水深相對較淺，且水深能滿足駁船運輸鋼箱梁的要求，因此，擬定主跨跨徑820 m。邊跨受河岸、地方路及錨定位置的影響，起點邊跨擬定為318 m，終點邊跨擬定為268 m。

從經濟角度考慮，在滿足水利要求的前提下，應盡可能采用單跨吊方案。若采用主跨820 m單跨吊，起、終點2個主墩及引橋橋墩落在河道上，下部結構布設，對防洪影響小。綜合以上因素，主橋采用820 m單跨吊懸索橋是適合的。

根據國內部分已建懸索橋經驗，綜合考慮美觀、經濟性及施工難易度等因素，懸索橋橋塔選用常見的門式塔方案，門式塔方案塔高162.59 m，設上、下兩道橫梁，主塔基礎鉆孔灌注樁基礎，主橋橋型立面布置圖3。

3.2.2 斜拉橋方案

因兩邊跨具備做砼梁的施工條件，從降低造價，方便施工角度，邊跨部分梁段采用砼箱梁。通過橋跨布置比選，擇優(yōu)采用700 m主跨方案。從景觀角度，重點對橋塔塔型作多方案比選；并對主橋基礎型式、主梁斷面型式、鋼砼結合點位置及構造、塔梁錨固方式等關鍵技術問題進行分析比選。最終選定通航條件好的700 m主跨邊跨非對稱斜拉橋方案，主橋跨徑組合為：（84.5+149）m+700 m+（89+65+45.5）m，主橋全長1 133 m。全橋邊跨非對稱布置，共設3個輔助墩，縱向采用半飄浮體系。斜拉橋主塔采用鉆石型索塔設計方案，塔柱總高216 m，其中上塔柱（錨固區(qū)）高70 m，中塔柱高100 m，下塔柱高46 m。立面圖見圖4。

圖4 斜拉橋主橋橋型立面布置圖（單位：cm）

3.2.3 橋型方案對比

對以上820 m單跨吊懸索橋和700 m雙塔斜拉橋方案，綜合橋梁總長、建筑景觀、施工、通航條件、施工及養(yǎng)護難度、造價等因素對橋型方案進行比較，選取同等長度進行比較，按照斜拉橋主橋長度1 133 m進行經濟性比較，懸索橋方案按照820 m（懸索橋）+313 m（引橋）進行考慮。見表4。

由表4可得出，820 m單跨吊懸索橋方案橋型優(yōu)美，大橋景觀與環(huán)境和諧統(tǒng)一，為通航提供較大的凈寬富裕，且國內已有成熟的設計、施工經驗。700 m雙塔斜拉橋方案建設期造價較低，但后期換索成本較高，通航條件不如懸索橋，景觀效果也相對較差。綜合以上優(yōu)缺點推薦采用820 m單跨吊懸索橋方案。

4 總結

隨著我國公路交通的迅速發(fā)展，特大型橋梁將越來越多，橋位、橋型方案的選擇和研究的因素也將越來越全面，越來越深入，尤其是在綜合進行技術經濟比較的同時，要加強對服務地區(qū)經濟開放、開發(fā)的研究，加強對橋梁美學的研究，加強對大跨度橋梁技術發(fā)展趨勢的研究，加強對保護生態(tài)環(huán)境協(xié)調發(fā)展的研究，使現(xiàn)代橋梁既成為經濟建設的大通道，又成為優(yōu)美的景點。

通過上述西江特大橋橋位和橋型選擇分析，可知特大橋選擇橋位主要考慮路線走廊、通航、防洪、地方意見等因素；選擇橋型方案主要考慮結構安全性、適用性、經濟性和美觀等因素。本文通過對西江特大橋的橋位及橋型方案的比選，最終推薦采用技術可行、通航安全、結構安全、經濟合理的K線橋位方案，橋型采用懸索橋方案。本文對其他越通航河流大跨徑橋梁在橋位、橋型選擇時有一定參考意義。