跨南水北調(diào)總干渠橋梁的設(shè)計(jì)與施工

李 琿

（鄭州市交通運(yùn)輸委員會，鄭州 450006）

1 概述

南水北調(diào)將把長江、淮河、黃河、海河流域連接起來，統(tǒng)一調(diào)劑，構(gòu)成我國水資源“四橫三縱，南北調(diào)配，東西互濟(jì)”的新格局，從根本上扭轉(zhuǎn)中國水資源分布嚴(yán)重不均的局面,是緩解我國北方水資源嚴(yán)重短缺局面的重大戰(zhàn)略性工程。

為減少南水北調(diào)穿越市區(qū)對鄭州市交通的分割影響，規(guī)劃部門先后規(guī)劃了若干座跨南水北調(diào)總干渠橋梁，以解決市區(qū)交通組織問題?；け甭肺挥卩嵵菔形髂现性瓍^(qū)與滎陽市交界附近，跨越南水北調(diào)中心工程總干渠滎陽段。根據(jù)規(guī)劃，化工北路為城市快速路，其南接鄭上路，北與西三環(huán)北沿線相連，形成了鄭州西部地區(qū)南北向交通的主要通道，使鄭州市環(huán)路和主要放射道路有效銜接，也是鄭州市“十二五”交通運(yùn)輸路網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的重要節(jié)點(diǎn)。

2 橋梁方案

2.1 設(shè)計(jì)原則

為保證南水北調(diào)中線工程的順利實(shí)施，在跨渠橋梁規(guī)劃之初，南水北調(diào)相關(guān)部門就提出了以下要求：

（1）橋梁跨徑布置以不壓縮總干渠過水?dāng)嗝妫唤档涂偢汕篮椤⑦\(yùn)營功能為原則；

（2）橋梁施工工期滿足南水北調(diào)相關(guān)部門的總體要求;

（3）在總干渠一級馬道內(nèi)不得設(shè)置橋墩，必須一跨跨越總干渠；

（4）主梁施工期間不影響總干渠施工，不得在總干渠內(nèi)搭設(shè)施工支架；

（5）一級馬道凈空不小于4.5 m；施工期間不得影響一級馬道的施工和通行；

（6）橋梁運(yùn)營期間，橋梁的運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)不得影響總干渠內(nèi)水質(zhì)；

為保證南水北調(diào)工程的順利實(shí)施，跨渠橋梁的建設(shè)盡量減少對總干渠施工的影響。

2.2 方案比選

根據(jù)橋位處總干渠斷面布置形式，化工北路跨南水北調(diào)總干渠橋梁的主跨約為75 m。在此跨徑范圍內(nèi)，可能的橋型方案有變高度連續(xù)梁橋、鋼管拱橋和埃塔斜拉橋等。

變高度連續(xù)梁橋具有結(jié)構(gòu)簡單，可采用懸臂施工而不會影響總干渠施工的優(yōu)點(diǎn)，且造價相對較低，因此是跨渠橋梁較合理的橋梁方案形式。

鋼管拱橋雖然可以滿足一跨跨越總干渠的要求，但由于施工方案比較復(fù)雜，施工期間會對總干渠施工造成影響；且鋼結(jié)構(gòu)拱肋由于仿佛涂裝損壞和鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕，可能污染總干渠內(nèi)水體。

埃塔斜拉橋景觀效果較好，且施工期間不影響總干渠施工；但埃塔斜拉橋不能塔梁同時施工，工期相對較長；同時，埃塔斜拉橋的造價相對較高。

經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，并經(jīng)南水北調(diào)相關(guān)部門批準(zhǔn)，最終確定跨渠橋梁采用懸臂施工的變高度連續(xù)梁方案。

2.3 橋梁方案

2.3.1 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)劃，道路中心線與總干渠交角83.295°。橋位處干渠底寬18 m，設(shè)計(jì)高程112.113 m，一級護(hù)坡斜率1：2。一級馬道寬5 m，通行凈空不小于4.5m，馬道設(shè)計(jì)高程121.323 m。南北兩側(cè)馬道外設(shè)二級護(hù)坡、防護(hù)堤及截流溝等設(shè)施。設(shè)計(jì)水位119.113 m，加大設(shè)計(jì)水位119.813 m（見圖1）。

為減小主跨跨徑，橋墩布置在一級馬道之外并盡量靠近一級馬道，橋梁一跨跨越總干渠及其相關(guān)構(gòu)筑物，盡可能減少橋梁與干渠的施工干擾，同時為避免橋梁結(jié)構(gòu)的不均勻沉降對干渠結(jié)構(gòu)可能帶來的不利影響，橋梁基礎(chǔ)也應(yīng)距離一級護(hù)坡邊緣一定的距離。綜合合理跨徑布置及經(jīng)濟(jì)性因素，確定選用連續(xù)梁橋作為跨渠橋梁的設(shè)計(jì)方案，橋梁跨徑布置為：45+75+45=165（m）。橋梁北側(cè)縱坡2.38%，南側(cè)縱坡為0.5%，豎曲線半徑為4500m。

圖1 橋梁立面圖（單位：m）

跨渠橋梁采用三跨變高度連續(xù)梁橋，跨徑布置為：45+75+45=165（m）。道路全寬 80m，根據(jù)道路規(guī)劃，橋梁分左、中、右三幅設(shè)計(jì)。左幅橋?qū)?2.5 m，橋面布置為6 m（人行道）+16 m（混合車道）+0.5 m（防撞護(hù)欄）；中幅橋?qū)?0 m，橋面布置為0.5 m（防撞護(hù)欄）+19 m（機(jī)動車道）+0.5 m（防撞護(hù)欄）；右幅橋?qū)?5.5 m，橋面布置為0.5 m（防撞護(hù)欄）+19 m（機(jī)動車道）+6 m（人行道）。橋梁分為左、中、右三幅，均以各幅橋的箱梁中心線與總干渠中心線的交點(diǎn)作為中跨跨中進(jìn)行跨徑布置，在各幅箱梁中心線上的跨徑布置均為：45+75+45=165（m）。

2.3.2 上部結(jié)構(gòu)

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用三跨變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，梁高按二次拋物線變化，梁高方程為：H=2.0（X/35.0）2+2.2(m)，跨中梁高 2.0 m；支點(diǎn)梁高4.2 m（見圖2）。

橋梁按照道路樁號前進(jìn)方向，分為左、中、右三幅，左幅、右幅采用單箱四室斷面，中幅采用單箱三室斷面。三幅箱梁的橋面寬度分別為22.5m、20m、25.5m，懸臂長度均為2.5m，頂板厚度均為0.25m；底板厚度均為0.25～0.8 m；腹板厚度均為0.45～0.75 m。中橫梁寬3 m，端橫梁寬1.5 m。

考慮盡量減少與干渠施工的交叉影響，上部結(jié)構(gòu)采用對稱懸臂澆注施工。0#塊長度為12 m，懸澆部分節(jié)段長度分別為3.0 m、3.5 m，其中1號、2號節(jié)段為3.0 m，其余均為3.5 m；合龍段長度為2 m，邊跨支架現(xiàn)澆段長6.38 m。最大懸澆節(jié)段重量約為2171 kN，掛籃重量要求不超過950 kN。

鑒于跨渠橋梁的特殊重要性，橋梁上部結(jié)構(gòu)縱向按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3.3 下部結(jié)構(gòu)

為了減少主梁施工期間對一級馬道及二級邊坡造成影響，墩梁固結(jié)方案采用了預(yù)應(yīng)力粗鋼筋和臨時支座的形式。為在墩身內(nèi)布置足夠的預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，橋梁主墩采用花瓶型板式墩身，順橋向厚3.0 m。主墩均采用3.5 m厚承臺+φ1.5 m鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)形式，樁長均為70 m。

橋臺采用肋板式橋臺，臺后按照1：1.5放坡，橋臺錐坡采用漿砌片石護(hù)坡。橋臺下φ1.2 m鉆孔灌注樁，樁長42 m。

2.3.4 附屬設(shè)施

為保證橋梁運(yùn)營期間不會影響總干渠水體，對橋面雨水縱向統(tǒng)一收集后由橋臺處泄水管排至地面，并最終匯至大堤外側(cè)的截水溝中。

另外，為防止在橋梁運(yùn)營期間橋面落物污染總干渠中水體，經(jīng)南水北調(diào)相關(guān)部門要求，主橋范圍內(nèi)橋面兩側(cè)均布置了2.5 m高的防拋網(wǎng)片，全橋共設(shè)置6道。防拋網(wǎng)片均采用防腐效果較好的鍍鋅鋼絲。

2.4 施工方案

為盡量減少與干渠施工的相互影響，主梁采用對稱掛籃懸臂澆注施工。主要施工步驟如下：

（1）施工準(zhǔn)備，四通一平。

（2）橋梁樁基礎(chǔ)、承臺、橋墩（臺）施工。

圖2 上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造立面圖（單位：m）

（3）搭設(shè)主橋0號塊支架，澆注0號塊混凝土。待混凝土齡期及強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，張拉相應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼束。墩梁臨時固結(jié)后拆除0號塊支架。

（4）0號塊兩側(cè)安裝掛籃，對稱懸臂澆注1號塊。待混凝土齡期及強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，張拉相應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼束，平移掛籃準(zhǔn)備施工下一節(jié)段。

（5）重復(fù)上述步驟，對稱掛籃懸臂澆注剩余梁段。

（6）搭設(shè)邊跨現(xiàn)澆段支架，澆注邊跨部分梁段。

（7）搭設(shè)邊跨合龍吊架，安裝合龍段勁性骨架，澆注合龍段，邊跨合龍，待混凝土齡期及強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，按設(shè)計(jì)要求分批張拉合龍段預(yù)應(yīng)力鋼束。

（8）安裝中跨合龍段勁性骨架，解除主墩頂臨時固結(jié)裝置，澆注中跨合龍段，拆除掛籃。待混凝土齡期及強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，分批張拉合龍段預(yù)應(yīng)力鋼束。

（9）施工橋面附屬設(shè)施。

（10）全橋貫通，荷載試驗(yàn)，竣工通車。

橋梁主墩承臺、墩身施工與南水北調(diào)總干渠施工存在工序交叉的情況。為保證橋梁施工及南水北調(diào)總干渠施工順利進(jìn)行，施工期間與相關(guān)部門進(jìn)行了積極地溝通，并科學(xué)地進(jìn)行施工組織安排：

（1）0號塊施工結(jié)束后，需要進(jìn)行墩梁臨時固結(jié)以保證懸臂施工期間的安全。由于主墩距離一級馬道較近，若采用臨時支墩的墩梁固結(jié)方案，臨時支墩將影響一級馬道的施工，同時還將影響一級馬道作為南水北調(diào)總干渠施工期間臨時通道的作用。經(jīng)過方案比選，最終確定采用不影響一級馬道施工的預(yù)應(yīng)力粗鋼筋+高強(qiáng)度硫磺砂漿臨時支座的墩梁固結(jié)形式。

（2）主墩承臺基坑開挖會對總干渠大堤破壞，由于總干渠的大堤回填要求較高，因此橋梁基礎(chǔ)施工結(jié)束后，由南水北調(diào)總干渠建設(shè)部門按干渠建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一實(shí)施河道防滲和大堤回填。

3 結(jié)語

南水北調(diào)是緩解我國北方水資源嚴(yán)重短缺局面的重大戰(zhàn)略性工程。為保證總干渠工程的順利進(jìn)行，所有跨渠橋梁的建設(shè)均需服從總干渠的總體要求。變高度連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)明確，施工簡單，對總干渠施工影響較小。

[1]黃大寨,丁文在,吳定山.懸澆箱梁中常見的幾種結(jié)構(gòu)型式墩梁固結(jié)的優(yōu)缺點(diǎn)[J].公路交通技術(shù)，2006,（6）.

[2]袁宇亮，梁祥金，馮濤.淺議橋梁美學(xué)在南水北調(diào)工程中的應(yīng)用[J].南水北調(diào)與水利科技,2008,(6).