宜昌廟嘴三江大橋方案設計研究

劉 峰

(武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢 430023)

1 概述

宜昌廟嘴長江大橋工程起于東岳二路，沿線跨江南大道、跨越長江，穿西壩區(qū)，跨越三江，跨沿江大道，止于西陵二路。工程包括大江橋、三江橋、江南立交、西壩立交、主城區(qū)疏解以及地面輔道。三江橋是本工程重要節(jié)點之一，三江為葛洲壩主要通航河道，并且三江橋兩側(cè)為西壩區(qū)及西陵區(qū)，位于老城區(qū)內(nèi)，橋梁視點較近，其景觀效果也是本次設計重要控制因素，見圖1。

圖1 廟嘴長江大橋范圍示意圖

2 橋跨布置

三江位于葛洲壩水利樞紐左側(cè)，介于宜昌市區(qū)與西壩之間，航道全長6.4 km，上游部分長2.5 km，最小底寬200 m，口門區(qū)寬230 m，口門有效航道寬180 m；下游部分長3.9 km，最小底寬120 m，口門區(qū)寬150 m，口門有效航道寬150 m，橋位上游650 m處現(xiàn)有一座葛洲壩三江公路橋，主跨158 m。考慮到現(xiàn)三江的橋位與已建三江橋距離較近，擬建橋梁主跨以不小于已建三江橋相應跨度為原則，并適當留有余地。

綜合考慮航道對跨度的要求，并盡量少的侵入河岸護坡以滿足防洪需要，同時保證主墩承臺底在枯水線以上以方便施工，以此為原則擬定三江橋方案的主跨為210 m。

3 橋型方案選擇

根據(jù)主跨210 m跨度，可選擇的橋型方案有連續(xù)梁橋、懸索橋、拱橋、斜拉橋，下面就以上橋型進行比較分析。

3.1 連續(xù)梁橋

主跨210 m的連續(xù)梁(剛構)橋，根據(jù)結(jié)構受力需要，根部梁高通常達11m以上，邊跨跨度105m以上，分析該橋型方案特點如下。

優(yōu)點：采用懸臂施工，不占用航道，施工方便周期短；混凝土箱梁截面便于和匝道橋相互銜接；造價較低，橋梁本身經(jīng)濟性好。

缺點：梁高太高，且老三江橋亦為混凝土T構橋，外形雷同而且效果差；梁高太高，受凈空限制導致橋面高程較高，橋梁落地困難，接線較長，整體經(jīng)濟性較差；邊跨較長，大部分跨越沿江大道進入西陵二路，景觀效果差。

結(jié)論：不宜采用連續(xù)梁方案。

3.2 懸索橋

從錨固方式上分析，本方案可采用地錨式和自錨式兩種懸索橋橋型。地錨式和自錨式懸索橋懸索橋的特點分析如下。

優(yōu)點：兩種懸索橋橋型均造型優(yōu)美，與大江橋景觀上相互輝映，協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

缺點：地錨式懸索橋錨碇體量巨大，而江北側(cè)橋梁兩側(cè)緊挨房屋，沒有布置錨碇的空間；自錨式懸索橋必須先施工主梁后架設主纜，無論是滿堂支架還是頂推，均需在河道內(nèi)搭設大量施工臨時結(jié)構或臨時墩，施工難度大，費用高，而且完全阻斷航道，無法滿足航運要求。

結(jié)論：不適合采用懸索橋方案。

3.3 拱橋

從承載方式上分析，主跨210 m的拱橋，可以采用下承式系桿拱、中承式系桿拱以及上承式桁架拱。從拱圈片數(shù)分析，可采用單幅拱圈和雙幅拱圈。分析拱橋橋型方案特點如下：

優(yōu)點：造型美觀，結(jié)構形式靈活多變，可選余地大。

缺點：拱橋施工復雜，需要纜索吊裝或支撐設備，還需要占用航道，施工期對航運有一定的影響。

結(jié)論：可采用拱橋方案。

3.4 斜拉橋

斜拉橋相比于上述橋型，對于本工程而言，具有較好的適應性，具體體現(xiàn)于如下優(yōu)勢：

(1)主梁輕巧。斜拉橋主梁一般為等高度梁，對210 m的主跨而言，單索面梁高可做到3.5 m，雙索面梁高可以達到更低，因此，梁高的優(yōu)勢既保證了橋下凈空，同時控制了橋面高程，經(jīng)濟性好。

(2)索面布置靈活。斜拉橋的索面布置分為單索面、雙索面以及空間索面等多種布置形式，靈活多變，對橋面行車布置的適應性強。

(3)施工方便無干擾。斜拉橋的施工工法成熟而且靈活，根據(jù)主梁的施工特點，分為懸拼與懸澆等不同工法。對本方案而言，掛籃懸臂澆筑施工，工法簡單成熟，工期短，而且不占用航道，施工時不影響通航。

(4)景觀效果好。斜拉橋造型美觀大方，景觀效果好，與大江橋同為纜索支承體系橋梁，景觀上可相互融合。

結(jié)論：適宜采用斜拉橋方案。

下面主要針對斜拉橋方案和拱橋方案進行綜合比選。

4 方案比選

4.1 斜拉橋方案

斜拉橋根據(jù)主梁受力特點，可分典型斜拉橋與部分斜拉橋；根據(jù)索面可分為空間索面、雙索面以及單索面斜拉橋；根據(jù)塔柱布置，本方案可采用獨塔或者雙塔斜拉橋；根據(jù)塔柱高度，可采用等高度對稱布置的雙塔斜拉橋和不對稱布置的高低塔斜拉橋。分析比較各種斜拉橋型對本方案的適應性如下。

(1)典型斜拉橋與部分斜拉橋

典型斜拉橋主梁輕巧，占用橋下凈空少，橋面高程相對更低，有利于橋梁過江后快速落地，整體經(jīng)濟性好。

部分斜拉橋在主跨達210 m時，根部梁高通常需達7～10 m，梁高太高，個體景觀效果差，同時矮塔與大江橋景觀協(xié)調(diào)性較差。

通過比較，本方案采用典型斜拉橋。

(2)索面布置比較

根據(jù)總體設計方案，緊鄰三江兩側(cè)均有立交布置，雙索面或者空間索面的布置方式均無法滿足兩岸立交疏解的要求。因此，本方案斜拉橋采用中央索面的布置形式，見圖2。

圖2 平面布置

(3)塔的布置形式比選

根據(jù)跨度和結(jié)構的要求，本方案斜拉橋采用獨塔和雙塔布置均能滿足需要。

從經(jīng)濟性分析，同等主跨跨徑的獨塔斜拉橋與雙塔斜拉橋相比，獨塔的理論主跨跨徑相當于雙塔的2倍，獨塔塔高要遠高于雙塔，獨塔的斜拉索規(guī)格要高于雙塔，因此，獨塔斜拉橋的梁、塔、索的綜合造價也要高于雙塔斜拉橋，經(jīng)濟性相對較差。

從景觀效果分析，本方案如采用獨塔，則塔高達136 m左右，超過了大江橋塔高(107 m)，而大江橋與三江橋相距甚近，景觀上就會造三江橋喧賓奪主的感覺，無法實現(xiàn)美的和諧統(tǒng)一。

通過比較，本方案采用雙塔形式。而對跨度為210 m的中小跨徑雙塔斜拉橋，將塔布置成高低塔形式相對而言具有一定的景觀優(yōu)勢，而且與大江橋的主塔形成從低到高的變化效果，景觀效果好，富有韻律感，因此，斜拉橋方案采用高低塔布置形式，見圖3。

圖3 中央索面高低塔斜拉橋建筑效果圖

4.2 拱橋方案

拱橋造型美觀，結(jié)構形式靈活多變。由于覆蓋層厚度較大，地質(zhì)承載力差，因此拱橋方案適宜采用無推力的系桿拱。

從承載方式上分為下承式拱橋、中承式拱橋以及上承式拱橋。上承式拱會占用橋下凈空，導致橋面抬高，接線延長，整體經(jīng)濟性差。由于三江通航凈高18 m，常水位時橋面至水面距離30 m，下承式拱橋景觀效果較中承式拱橋略差，因此拱橋方案適宜采用中承式拱，見圖4。

圖4 下承式中承式拱橋?qū)Ρ仁疽鈭D

綜合分析后拱橋方案采用飛燕式鋼箱系桿拱橋，見圖5。

圖5 飛燕式鋼箱拱橋建筑效果圖

4.3 方案比選

方案比選見表1。

表1 三江橋方案綜合比較表

5 結(jié)論

中央索面高低塔斜拉橋與飛燕式鋼箱拱橋方案技術上均可行，斜拉橋方案施工簡單，不影響航道，建設成本及后期養(yǎng)護成本低，景觀效果好。考慮到施工期間對航道影響情況、后期運營、維護、管養(yǎng)頻率對城市交通的影響及成本及橋梁景觀，推薦采用中央索面高低塔斜拉橋。

[1]姚玲森.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2]王伯惠.斜拉橋結(jié)構發(fā)展和中國經(jīng)驗[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3]陳寶春.鋼管混凝土拱橋設計與施工[M].北京:人民交通出版社,2002.

[4]中鐵大橋勘測設計院集團有限公司 &武漢市政工程設計研究院有限責任公司聯(lián)合體.宜昌廟嘴長江大橋工程可性行研究[Z].2011.