三魯公路跨航道橋梁主橋方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選

陳劍鋒

（上海市政工程造價(jià)咨詢有限公司，上海 200092）

1 項(xiàng)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(jí)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(jí)集裝箱運(yùn)輸主通道。整治后大治河航道由現(xiàn)在的Ⅴ級(jí)全面提升為Ⅲ級(jí)航道，全線的橋梁凈空尺度按Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)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(jí)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(wù)要求、航道通航、駁岸及老橋墩臺(tái)位置等，具體詳述如下。

2.1.1 水務(wù)要求

根據(jù)航道設(shè)計(jì)技術(shù)要求，主橋主跨需一跨過河，即水中不容許設(shè)置橋墩。橋位處規(guī)劃河道藍(lán)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(biāo)準(zhǔn)段：航道設(shè)計(jì)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(yīng)計(jì)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(yīng)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(yīng)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(wù)、通航、斜交角、駁岸等因素，主橋主跨應(yīng)不小于107 m。

2.1.4 保持駁岸構(gòu)造連續(xù)要求

主墩處需確保駁岸構(gòu)造連續(xù)。

2.1.5 保持防洪通道暢通

主墩布置時(shí)應(yīng)在河道藍(lán)線與陸域控制線15 m范圍內(nèi)預(yù)留6 m寬的防洪通道空間，確保防洪通道暢通，同時(shí)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(tái)平面位置與駁岸、河道斷面的相對關(guān)系

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

根據(jù)初步論證分析，主墩承臺(tái)侵入河道藍(lán)線技術(shù)上是可行的，但承臺(tái)頂標(biāo)高必須置于0.5 m以下（規(guī)劃河底標(biāo)高1.0 m）。該處地面標(biāo)高一般在5.0 m左右，承臺(tái)厚度暫按3.0 m考慮，則主墩承臺(tái)基坑深度達(dá)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(fēng)險(xiǎn)大，造價(jià)較高。該方案技術(shù)上可行，但是基坑造價(jià)不夠經(jīng)濟(jì)合理。

（2）主跨跨徑加大至112 m后，承臺(tái)不侵入河道藍(lán)線，承臺(tái)頂標(biāo)高可抬升至3.0 m，主墩承臺(tái)基坑深度約5 m?；釉靸r(jià)降低、施工風(fēng)險(xiǎn)減小，但主跨跨徑加大，上部結(jié)構(gòu)造價(jià)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(tái)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(shí)，主墩必須避開老橋的橋墩或橋臺(tái)。

老橋?yàn)楹喼∠淞?，邊?2 m，邊跨橋墩位于藍(lán)線以內(nèi)11 m，橋臺(tái)位于藍(lán)線以外11 m，主墩應(yīng)布置在老橋橋臺(tái)與藍(lán)線之間。

2.2 主橋主跨方案初步比選

該項(xiàng)初步設(shè)計(jì)擬定107 m主跨方案（最小主跨方案，墩身緊貼河道藍(lán)線）和112 m主跨方案（承臺(tái)緊貼河道藍(lán)線）兩個(gè)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(lán)線，主橋主跨107 m，主墩承臺(tái)基坑深度7.5 m左右，主墩承臺(tái)作為駁岸的基礎(chǔ)，駁岸設(shè)在主墩墩身外側(cè)。

方案二：承臺(tái)緊貼河道藍(lán)線，主橋主跨112 m，主墩承臺(tái)基坑深度5.0 m左右，主墩承臺(tái)作為駁岸的基礎(chǔ)。

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

表1 主橋跨徑方案一和方案二工程造價(jià)（建安費(fèi)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁方案，方案一較方案二，主橋造價(jià)減少468萬，而基坑造價(jià)增加410萬，總造價(jià)略有減小。

方案一主跨107 m，主橋梁高較方案二小，可適當(dāng)減小引橋長度，因此可進(jìn)一步減小工程總造價(jià)。此外，采用方案一主墩墩身緊貼河道藍(lán)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(fèi)用及開挖風(fēng)險(xiǎn)。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(yàn)，基坑開挖風(fēng)險(xiǎn)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(jià)，該項(xiàng)初步設(shè)計(jì)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(lán)線以內(nèi)11 m，橋臺(tái)位于藍(lán)線以外11 m。新建橋梁主跨107 m，主墩已避開老橋橋墩、臺(tái)，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(biāo)準(zhǔn)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(shù)可靠、施工工藝成熟、經(jīng)濟(jì)合理的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)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(shè)主梁再施工纜索的施工順利，需要在航道中搭設(shè)支架，對航道通航影響大，施工措施費(fèi)高，施工工藝復(fù)雜，施工周期長。根據(jù)大蘆線一期的初步設(shè)計(jì)成果，該工程跨徑范圍內(nèi)的自錨式懸索橋單位造價(jià)比同跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁高50%左右，自錨式懸索橋造價(jià)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(dāng)降低，但是需要設(shè)置橋塔和斜拉索。根據(jù)大蘆線一期的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，該工程跨徑范圍內(nèi)的矮塔斜拉橋造價(jià)比同跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋高，施工工期較預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁長。在無其他條件限制時(shí)，與預(yù)應(yīng)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(xiàng)初步設(shè)計(jì)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁方案（見圖3）。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁經(jīng)濟(jì)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?yàn)閱慰绾喼ЫY(jié)構(gòu)，相對于預(yù)應(yīng)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(shè)置邊跨，主橋規(guī)模小。相對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，下承式拱橋的缺點(diǎn)是需采用支架施工，對航道通航影響大，施工工藝較復(fù)雜，橋梁單價(jià)指標(biāo)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁及下承式系桿拱橋各方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁方案結(jié)構(gòu)簡潔、技術(shù)可靠、施工工藝成熟、經(jīng)濟(jì)合理，耐久性好，對航道通航影響小。

根據(jù)專家中間評(píng)審意見，進(jìn)一步對雙幅式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁、整幅式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁進(jìn)行同深度比選。

3.2 主橋方案一（雙幅式預(yù)應(yīng)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(jī)動(dòng)車和人行通行。

方案一（雙幅式預(yù)應(yīng)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(jī)動(dòng)車道+0.5m護(hù)欄+8 m車行道+0.5 m護(hù)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(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：mm）

3.3 主橋方案二（整幅式預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(jī)動(dòng)車道+0.5 m護(hù)欄+8 m車行道+0.5 m護(hù)欄+0.5 m分隔帶+0.5 m護(hù)欄+8 m車行道+0.5護(hù)欄+2.5非機(jī)動(dòng)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(gòu)受力也是合理的。邊跨不設(shè)人行道，減少了主橋面積，主橋造價(jià)相應(yīng)有一定的減少。

邊跨橋面布置為：

（0.25 m欄桿+2.5 m非機(jī)動(dòng)車道+0.5 m護(hù)欄+8 m車行道+0.5 m護(hù)欄+0.5 m分隔帶+0.5 m護(hù)欄+8 m車行道+0.5 m護(hù)欄+2.5 m非機(jī)動(dòng)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(shè)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁（方案一）、整幅式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁（方案二）各方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jià)節(jié)約了約800萬元（含整幅式僅設(shè)4座梯道，雙幅式設(shè)8座梯道）。

但是整幅式方案主跨箱梁挑臂達(dá)到了7.7 m，邊跨箱梁挑臂達(dá)到了5.7 m，單個(gè)掛籃體量相對大，挑臂下設(shè)橫肋，施工時(shí)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(gè)方案全橋總造價(jià)相差不大，從方便施工角度出發(fā)，推薦采用雙幅式預(yù)應(yīng)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(shù)和經(jīng)濟(jì)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。

從設(shè)計(jì)階段一開始，設(shè)計(jì)和造價(jià)人員就形成了良好的互動(dòng)關(guān)系，造價(jià)人員及時(shí)地參與方案設(shè)計(jì)，在最短的時(shí)間內(nèi)對每個(gè)設(shè)計(jì)方案做出概算，并及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)人員，使其能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，真正做到了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化統(tǒng)一。

[1]上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）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(shè)計(jì)》[R].

[2]上海市市政工程預(yù)算定額（2000）[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社.

[3]《上海市政公路造價(jià)信息》[Z].2012.

[4]范立礎(chǔ).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.

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