臨猗黃河大橋橋位及引線方案研究

鄧洪宗

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 概況

G3511線菏澤至寶雞高速公路是國家高速公路網G35濟廣線的聯絡線，起點為山東省菏澤市，經山東、河南、山西、陜西4省，終點為陜西省寶雞市，全長872 km。臨猗黃河大橋及引線工程是國家高速公路G3511線的重要組成路段，該項目主要為山西臨猗和陜西合陽縣兩省交界的黃河橋，為國家高速公路菏寶線的控制性節點工程，向東接山西省垣孫高速公路（已建）；向西接陜西省合鳳高速公路（規劃），并與京昆高速公路相接。臨猗黃河大橋及山西境引線由山西省建設，陜西境引線由陜西省建設。

2 地形地質特征

臨猗黃河大橋橋位處黃河兩岸，整體上看西高東低，為一個巨大的“U”形河谷，兩岸地形陡峻，西岸陜西側基本上呈黃土臺塬地貌，黃土高崖聳立，崖頂至河床高差達200 m左右；東岸山西側地勢較為平緩基本上屬典型的黃土高原地貌，溝壑縱橫，大型沖溝兩側有大量小沖溝，呈典型的“雞爪”地形。

3 路線設計思路

本項目黃河橋規模巨大，橋梁造價高，是本項目的控制性工程，路線走向服務于橋位，本項目路線研究的基本思路為，堅持地質選線、環保選線的原則，同時要考慮橋梁引線的建設條件及運營安全。

4 方案研究

4.1 橋位平面研究

根據本項目路線方案布設思路，結合本項目具體情況，共布設3個橋位走廊帶。

圖1 橋位平面比較

4.1.1 橋位方案一

方案一的思路是盡量縮短新建高速的長度，此區域京昆高速呈東西走向，與合鳳線的走向基本相同，存在共線的可能，方案一與京昆高速形成丁字交叉，與京昆高速公路共線后，設樞紐互通與京昆高速公路分離，與規劃的合鳳高速公路連接，本方案新建路線長度17.5 km，黃河大橋長6.8 km，與京昆高速共線17.6 km。

4.1.2 橋位方案二

方案二的思路是不與京昆高速共線，與京昆高速形成十字交叉，向西與陜西省規劃的合鳳高速公路順接，本方案路線長度29.6 km，黃河大橋長6.9 km。

4.1.3 橋位方案三

方案三是在方案二的基礎上將黃河橋位盡量向南移，但不影響洽川國家風景名勝區，盡量降低黃河大橋的規模，方案三在陜西境與京昆高速形成十字交叉，本方案路線長度30.5 km，黃河大橋長6.5 km。

4.1.4 橋位平面比選

a）方案一 方案一的優點是新建里程短，可利用京昆高速共線，但實際運營里程較長，本方案需要與京昆高速共線17.6 km，現有共線段為四車道高速公路，經交通量預測，結合京昆高速、合鳳高速交通量預測結果，現有四車道高速公路可適應至2025年，以后需加寬至六車道高速公路，而此路段有多個高墩大跨橋梁，受高墩大跨橋梁拼接技術的限制，無兩側拼接加寬的條件，需采用分離式加寬，加寬工程規模較大。本方案布設于黃河濕地核心區范圍內，對黃河濕地的干擾較大。山西、陜西境新建里程短，收費站、服務區布設空間位置受限，因此，推薦不共線的二、三方案。

b）方案二與方案三 方案二路線較為順捷，黃河河道順直，但黃河大橋較長，黃河兩側地形陡峭，無法利用地形展線降低橋梁高度，總體工程規模較方案三高；方案三黃河橋梁長度較短，工程規模相對較小，但連接線里程較長。考慮到本方案主要工程為黃河大橋，黃河大橋的橋梁安全、建設規模、施工難易、后期運營、養護管理才是本項目最需要考慮的內容，因此，方案三工程造價低，施工容易，環境影響小，完工后養護較方便，有利于發揮高等級公路的功能，具有較強的抗風險能力和較好的經濟效益，將方案三作為推薦橋位重點研究。

4.2 橋梁高度研究

橋址區黃河河槽較寬，有4 km連續橋高均超過100 m，超長超高橋梁造成黃河橋設計、施工等難度大，橋梁工程規模較大。根據地質、氣象、水文、地震等資料，橋址區地質條件較差，100 m鉆孔范圍內巖層未揭示，主要分布的土層有粉質黏土、細砂、粗砂，力學指標較低；地表下20 m范圍內飽和砂土屬于液化土，液化土層最大埋深9.5～20 m，液化等級中等-嚴重；黃河沖刷深度大，達20余米，且存在揭河底現象，對橋梁下部影響大；區域內地震動峰值加速度0.2g，烈度為Ⅷ度，且黃河河口段最大風速達45 m/s，對黃河橋結構影響較大。

以上因素造成黃河橋設計、施工、養護、投資存在較大風險，在推薦橋位走廊范圍內如何降低橋梁高度，縮短橋梁長度，從而達到降低施工難度，保證結構安全，進而降低橋梁工程規模，是推薦橋位走廊帶內路線方案研究的重點。通過對推薦橋位走廊帶的進一步研究，考慮從調整縱斷面和利用黃河兩岸坡面布設路線方案兩個方面研究。

結合橋址區黃河兩岸的地形條件，在推薦橋位走廊范圍內分別沿黃河一、二級臺地和陜西境徐水河北側山坡坡面展線，布設高、中、低線3個方案進行比選。

圖2 高中低線位平面比較

4.2.1 高線方案

高線方案在山西側黃土塬設黃河大橋跨越黃河，橋梁終點止于陜西岸黃河與徐水河交匯處西北角，路線繼續向西與京昆高速公路交叉。黃河大橋最大橋高167 m，主橋橋長5 544 m。該方案黃河橋跨徑組成采用（3×30+13×50）m+（140+3×168+140）m+（140+4×168+140）m×5+（4×50）m，主橋采用等截面鋼桁梁，引橋采用T梁，橋梁全長6 488 m。黃河兩岸最大挖方20 m，最大縱坡2.7%。主線收費站、服務區和互通布設空間自由度較大。

4.2.2 中線方案

該方案沿黃河東岸黃土塬坡面溝壑區展線，在黃河二級臺地處設黃河特大橋跨越黃河，橋梁終點止于陜西岸黃河與徐水河交匯處西北角黃土塬半坡上，沿徐水河坡面處黃土溝壑展線2.2 km后，上黃土臺塬，繼續向西與京昆高速公路交叉。黃河橋最大橋高110 m，主橋橋長4 480 m。該方案黃河橋跨徑組成為（5×30+15×50）m+（7×5×128）m+（2×30）m ，主跨采用128 m等截面鋼桁梁，橋長5 447 m；山西岸最大挖方32 m，最大縱坡3.7%/740 m/1處；陜西岸最大挖方44 m；最大縱坡3.5%/890 m/2處；山西側主線收費站及服務區布設空間有限。

4.2.3 低線方案

該方案路線從項目起點即沿黃河黃土塬坡面溝壑區展線，進入黃河一級臺地，隨后設黃河大橋跨越黃河，橋梁終點止于陜西岸黃河與徐水河交匯處西北角黃土塬半坡上，沿徐水河坡面處黃土溝壑展線5 km后，上黃土臺塬，向西與京昆高速公路交叉，山西岸橋高29 m，陜西岸橋高72 m，平均橋高50 m，主橋橋長2 830 m。該方案黃河橋跨徑組成為（4×30） +4×（4×50）+ （67+2×120+67）+4×（67+4×120+67）+4×30預應力混凝土連續剛構，橋長3 877 m；黃河山西岸最大挖方45 m，最大縱坡3.9%/800 m/2處；陜西岸最大挖方29 m，最大縱坡3.9%/800 m/3處；山西側主線、收費站及服務區布設空間嚴重受限，互通布設于黃土沖溝之間，將主線收費站布設于黃河一級臺地上。

4.2.4 方案比較

a）從建設里程、運營里程上，各方案建設里程見表1。

表1 建設里程表 km

從表1可以看出，高線建設、運營里程最短；對山西境，低線建設里程最短，高線最長；對陜西境，高線建設里程最短。

b）從土石方和路基防護數量上，高線填方232萬m3、挖方數量250萬m3，填挖方數量基本平衡，符合不破壞就是最大的保護的環保理念，利于環境保護。中線填方310萬m3、挖方數量636萬m3，挖方量較大，但山西境填、挖方數量分別為197/160萬m3，填挖方數量基本平衡；陜西境挖方數量較大，棄土困難，但考慮到陜西境路線里程較長，可考慮縱向調運。低線填方392萬m3、挖方數量621萬m3，挖方量較大，山西境填挖方數量分別為224/420萬m3，棄方數量巨大，棄土場設置困難，無縱向調運條件。

c）從與周邊景區、保護區等設施的干擾上，上述3個方案在同一條橋位走廊范圍，由黃河濕地緩沖區通過，對黃河濕地干擾較小；繞避了洽川風景名勝區和徐水河國家濕地風景區。中線和低線沿徐水河坡面展線，施工期對徐水河國家濕地風景區中的合理利用區和管理區有一定干擾；高線沿徐水河溝口黃土塬布線，對徐水河國家濕地公園基本無干擾。

d）從地震力對結構的影響上，根據 2015年第五代地震動參數區劃（GB 18306—2015）發布，臨猗黃河大橋所在區域抗震設防標準提高，基本地震動峰值加速度提高至0.2g，相應地震烈度為Ⅷ度，導致臨猗黃河大橋實施難度進一步增大。對以上3個方案，高線方案橋梁最高、跨徑最大，地震力對結構的影響最大，實施難度最大；反之，低線方案橋梁最低、跨徑最小，地震力對結構影響最小。

e）從橋梁施工、養護難度和工期上，本項目主要工程為黃河大橋，橋梁施工難度和工期主要受采用橋型方案的控制，高線橋梁跨徑和高度最大，施工和養護難度最大。高線方案黃河橋跨徑采用160 m，橋梁高度167 m，橋梁較高，施工和養護難度較大，工期略長；低線橋梁較低，跨徑較小，施工和養護難度略小，工期略短；中線居中。同時該區域風速較大，從風速對結構影響以及對施工期間的影響上，高線影響最大，低線最小。

對于引線橋梁，均位于黃土溝壑區：高線方案設大橋562 m/3座，其中僅1座大橋橋梁高度約50 m，其余兩者大橋橋梁高度均在20 m以內；從施工難度和施工便道修建上，高線施工難度較小。中線方案山西側設大橋1 785 m/11座，陜西側設大橋455 m/5座，全線設置的大橋橋梁高度基本在20～50 m之間，最大橋高68 m。黃土溝壑區橋梁施工以及施工便道設置較為困難，施工難度較大，工期較長。對于低線，山西側設大橋2 655 m/12座，陜西側設大橋2 107 m/14座；全線設置的大橋橋梁高度基本在40～70 m之間，最大橋高73 m。黃土溝壑區橋梁施工以及施工便道設置困難，施工難度大，工期長。

f）從運營安全上，縱坡、防護、挖方邊坡高度。高線縱坡緩，最大縱坡2.7%，挖方最大邊坡高度20 m，最大邊坡高度為三級邊坡，防護數量少，符合環保理念，利于運營安全。中線山西岸最大挖方32 m，最大縱坡3.7%/740 m/1處；陜西岸最大挖方40 m，最大縱坡3.5%/890 m/2處。低線山西岸最大挖方45 m，最大縱坡3.9%/800 m/2處；陜西岸最大挖方29 m，最大縱坡3.9%/800 m/3處。從運營安全上，高線縱坡平緩，利于運營安全；中線和低線均存在連續陡坡，且挖方邊坡較高，不利于運營安全，更不利于環境保護，尤其是低線，主線收費站位于黃河一級臺地，為兩側連續下坡的最低點，對運營安全極為不利。

g）從橋梁景觀上，高線橋梁較高，恢宏大氣，猶如黃河上的一條蛟龍，景觀效果最佳，同時與周邊濕地、保護區、國家級風景區相得益彰，增加了一道亮麗的風景線；中線橋梁高度110 m，景觀效果一般；低線橋梁較低，景觀效果較差。

h）從對黃河影響上，高線方案橋梁較高，跨徑較大，黃河中的橋墩較少，對黃河河道、水流影響較小；低線橋梁較低，跨徑較小，對黃河河道影響較大。

i）從收費站、互通、服務區設置條件上，高線方案引線工程連續挖方路段相對較短，黃土臺塬段路線相對較長，收費站、服務區以及互通布設條件較好，且布設位置選擇余地較大。中線方案引線工程連續挖方路段相對較長，黃土臺塬段路線相對較短，收費站、服務區以及互通布設位置受限。低線方案引線工程連續挖方路段較長，黃土臺塬段路線短，收費站、服務區以及互通布設位置受限，互通布設于兩黃土沖溝之間，黃土臺塬段無布設主線收費站位置，僅能將主線收費站設于黃河橋橋頭黃河一級臺地。

j）從工程規模上，主要工程規模比較見表2。

總體規模造價上，低線方案工程造價39.3億元，工程造價最低；高線方案工程造價60.2億元，工程造價最高。對于黃河橋，低線方案橋梁較低且較短，采用連續鋼構方案，工程造價最低；中線方案和高線方案橋梁高度分別為110 m和167 m，采用鋼桁梁方案，有利于降低橋梁上部重量，利于抗震，但工程造價較高。

4.2.5 綜合比選

從以上比選可知，高線方案工程造價較高，橋梁較長且較高，實施和養護難度較大；低線方案雖造價較低，有利于降低臨猗黃河大橋的實施難度以及建設、養護和工程投資的風險，但低線縱坡較大，不利于運營安全，且連續挖方長度較長，不利于環境保護、棄土困難，主線收費站等設施布設困難，陜西境不同意該接線方案；黃河大橋高度較低，景觀較差。中線方案工程造價適中，橋梁高度110 m，建設、養護、運營風險可控；陜西境局部挖方數量雖較大，但路線較長，可考慮縱向調運；山西境路基填挖方基本平衡；縱坡相對平緩，橋梁輕盈、美觀，與周圍自然景觀協調，景觀效果好，標志性較強，富有現代氣息。

表2 工程規模比較表

經綜合分析，從既能有效降低工程造價以及建設、養護、運營安全風險，又利于環境保護和橋梁景觀上，本項目擬推薦采用中線方案。

5 結語

通過對臨猗黃河大橋橋位的研究，可以總結出以下結論：

a）必須堅持地質選線，環保選線，必須堅持安全第一的理念，本項目黃河大橋地形地質條件復雜，環境敏感點多，本項目橋位一與橋位二由于橋梁規模大，風險高，對黃河濕地影響大，因此被排除，而橋位三是最合理的方案。

b）橋位方案要綜合考慮各種因素，不只是前期建設，還有后期運營，本項目黃河橋的低線位方案黃河橋規模小，造價低，但運營安全不夠理想，對沿線環境破壞較嚴重，最終選擇的中線方案在各方面較均衡。

c）我國目前的高速公路均歸各省建設和管理，對于跨省的項目，方案研究一般需要全盤考慮，本項目亦是如此，但這種類型的項目很難做到純技術分析，從本項目中可發現，山西境與陜西境的造價呈反比關系，由于黃河大橋歸山西建設，黃河大橋規模降低，必然導致陜西境工程規模增加，這個平衡很難由技術層面決定，但如果陜西境的10 km高速和黃河橋在一個項目，就可以由技術層面決定了，因此，這種跨省項目的建設模式能否創新，值得探討。