彎曲河段橋梁通航凈空尺度及橋跨布置方案探討

盧瑜 廣西南寧宏港設計有限公司

1.工程概況

南寧市三岸大橋位于南寧市青秀山東側，上距老口樞紐約51.7km，下距邕寧樞紐約18.5km。

南寧市三岸大橋改造工程擬在舊橋上游新建由北向南的四車道復線橋，舊橋繼續利用，僅對橋面系進行改造。現狀三岸大橋為凈跨徑270m的中承式鋼管混凝土拱橋，復線橋為凈跨徑300m鋼管混凝土下承式系桿拱橋，主橋一跨跨過通航水域，單孔雙向通航。

2.橋區通航環境

2.1 航道現狀及規劃

橋梁所在的西江航運干線南寧（老口～牛灣作業區段）現狀為Ⅲ級航道，航道維護尺度為2.6×60×550m（水深×寬度×彎曲半徑，下同）。工程河段規劃為內河Ⅱ級航道，航道維護尺度為3.50×80×550m，通航2000噸級船舶。

2.2 相鄰水上設施

復線橋于河道彎頂過江，上距規劃青坪大橋約0.8km，下距舊橋6.8m、下距廣西沿海鐵路三岸邕江特大橋（簡稱“南欽高鐵橋”）40m，舊橋上游約50m處為青屯220kV高壓線。

現狀三岸大橋于1998年建成，主橋為中承式鋼管混凝土拱橋，通航孔跨度270m，設計最高通航水位73.17m（5年一遇，國家85高程，下同），通航凈寬150m，凈高10m。

南欽高鐵橋主橋為連續鋼桁架拱橋，通航孔跨度276m，設計最高通航水位74.43m（10年一遇），通航凈寬221m，凈高22.0m。

規劃青坪大橋主橋為中承式鋼箱拱橋，通航孔跨徑370 m，設計最高通航水位76.26m（20 年一遇），通航凈寬370m，凈高大于10m。

青屯220kV高壓線與復線橋凈距僅14m，橋梁施工對其有影響，需改遷。

圖1 橋位平面布置示意圖

2.3 橋區船舶習慣航路

橋址位于邕寧水利樞紐庫區，水流條件較好，原橋址上游約150m右岸的冷水洲被淹沒。正常蓄水位時，橋區河面寬度約300m，上行船舶沿河中深槽航行經過三岸大橋后轉向左岸，沿冷水洲左側深槽上行；下行船舶習慣沿航道線行駛；但洪水期部分漁船沿河道右岸緩流（冷水洲右側）上行。

2.4 通航設計代表船型

根據橋梁所跨西江航運干線（南寧老口～牛灣段）規劃航道等級，結合《內河通航標準》（GB50139-2014）、《關于公布西江航運干線過閘船舶標準船型主尺度系列及有關規定的公告》（2011年第94號）、《內河過閘運輸船舶標準船型主尺度系列 第3部分：西江航運干線》（GB 38030.3-2019）規定船型，確定橋區通航設計代表船型如表1所示。

3.設計通航水位的確定

工程河段規劃為Ⅱ級航道，設計最高通航水位采用20年一遇水位。本工程位于邕寧樞紐庫區河段，應根據《內河通航標準》第6.4.4條、第6.4.5條規定推算橋梁設計最高通航水位、最低通航水位。

參考《廣西南寧市邕寧水利樞紐工程初步設計報告》（報批稿，廣西南寧水利電力設計院、廣西珠委南寧勘測設計院共同編制），推算的邕寧樞紐庫區河段沿程水面線上包線、下包線結果，橋址處設計最高通航水位為76.20m（20年一遇）、設計最低通航水位為66.11m。

4.通航凈空尺度論證

4.1 通航凈高

規范要求，Ⅱ級航道過河建筑物通航孔通航凈高不小于10m，側高不小于6m。復線橋在20年一遇水位情況下設計通航凈高11.62m，跨中梁底高程（87.821）介于現有三岸大橋及南欽高鐵橋之間，較現狀三岸大橋梁底高程高4.45m，滿足規范及2000噸級船舶通航要求，并留有一定的富裕度。

4.2 通航凈寬

（1）計算公式。根據《標準》附錄C第C.0.1條規定，當橋軸線法線方向與水流交角不大于5°時，橋梁單孔雙向通航凈寬可按下列公式Bm2＝2BF+b+△Bm+Pd+Pu計算，其中BF＝Bs+Lsinβ；當橋軸線法線方向與水流交角大于5°時，需另外考慮交角、橫向流速加寬值。

（2）通航凈寬計算。

①計算參數：

A、行航行漂角β：Ⅱ級航道取6°。

B、下行船舶的偏航距Pd：橋區橫向流速最大值為0.35m/s，查表C.0.1保守考慮取值為22.5m；

C、上行船舶的偏航距Pu：取為0.85Pd。

②船舶航行所需最小凈寬，見表2。

③交角、橫向流速加寬ΔB：

根據本工程橋區水流條件數值模擬分析結果，橋區橫向流速最大值為0.35m/s，參考《標準》附錄C.0.3表5.2.2-1，ΔB取值為30m。

④斜交加寬：

復線橋橋軸線法線與水流方向最大夾角為7.76°，根據幾何關系，斜交加寬=B斜-B正，其中B斜＝（B正+L墩×sinθ）/cosθ，B正=150+30=180m，L墩=43m（取舊橋與復線橋橋臺長度順水流方向之和），計算得斜交加寬值為7.25m。

⑤紊流加寬ΔB紊流：

參考《內河通航標準》（GBJ139-90）修訂專題研究報告中橋墩紊流總寬度經驗公式E=0.88KSV0.75b0.56h0.44進行計算，式中：

Ks—與橋墩形狀相關的系數，本橋橋墩為方頭墩：Ks=1.2

b—墩形計算寬度（m），b=2（墩長×sinα+墩寬×cosα）

h—橋墩附近水深

α—橋區航道線與水流方向夾角

V—墩前流速

選取橋墩附近采樣點水流流速、與航道線夾角計算得橋墩紊流總寬度為49m。

⑥通航孔凈寬限制值：

經計算，橋梁通航孔凈寬限制值為：150+30+7.25+49=236.25m（取整237m）。橋梁設計通航孔凈寬285.5m，滿足規范及通航要求。

表1 復線橋論證通航設計代表船型

表2 船舶航行所需最小凈寬計算表 單位：m

5.橋跨及墩臺布置

綜合考慮橋址于彎頂跨江、城市橋梁景觀效果、防洪影響及舊橋將來拆除改擴建可能的等因素，復線橋采取大跨度（300m）一跨跨過通航水域設計方案；與舊橋、南欽高鐵橋對孔布置，復線橋與舊橋邊緣距離控制在50 m以內，橋墩布置在邕寧樞紐正常蓄水位67.17m水沫線處，橋墩承臺全部埋入河床。橋跨布置符合《標準》相關規定，同時增加通航孔有效凈寬，降低船舶撞擊橋梁的風險。

6.通航安全保障措施

復線橋及規劃青坪大橋建成后，短距離內布置有4座橋梁，相對單座橋梁，橋群對通航條件的影響更為復雜，將增加船舶操控及避讓難度。受舊橋通航凈寬影響，在舊橋未拆除改擴建之前，橋區航道線按舊橋通航凈寬150m布置，凈高按10m（5年一遇水位73.17m情況下）控制，綜合考慮4座橋梁平面布置及凈高，統籌考慮設置橋區助航標志，并設置必要防撞設施引導船舶安全通過橋區。

7.結論

復線橋橋梁選址存在一定不利因素，但綜合考慮現場地形、舊橋及相鄰橋梁布置方案、兩岸道路布局、景觀效果、防洪影響及投資規模等因素，適當考慮加寬，橋梁采用大跨度（300m）一孔跨過通航水域的設計方案，通航凈空尺度滿足Ⅱ級航道單孔雙向通航要求。