綜合性水利樞紐交通橋分析與設計

甄羨超

（上海市水利工程設計研究院有限公司，上海市200061）

1 概述

綜合性水利樞紐[1]是在河道或渠道上修建的多種類型水工建筑物（如防洪、灌溉、發電或航運）的綜合體。水利樞紐本身作為攔河建筑物，通常會利用部分水工墩墻作為橋墩來架梁，形成交通橋，用以連接水利樞紐內外部交通和兩岸交通。隨著我國水利事業的不斷發展，人們對水工建筑物，特別是對綜合性水利樞紐的建設要求越來越高，要求綜合性水利樞紐上的交通橋在滿足功能、適用、經濟和安全的前提下，盡可能具有優美的外形，并與閘上建筑、周圍環境相協調。作為水利樞紐的運營管理通道和車輛過江越河的重要通道，交通橋的總體設計與水利樞紐中水工建筑物、岸上配套建筑、管理區道路等均有密切關系。

2 總體設計

水利樞紐上的交通橋通常參照公路橋梁的設計規范和技術標準[2-4]進行設計，當交通橋連接市政道路時，亦可參照市政橋梁的規范和標準。水利樞紐交通橋的結構設計較為常規，其設計重（難）點在于平面設計和橋型總體布置，既要滿足交通過河的需求，亦要滿足水利工程功能上的要求，如水利設施運維、船只通航等。

2.1 平面設計

綜合性水利樞紐交通橋一般由閘站交通橋、閘壩交通橋、船閘交通橋、內部上下匝道橋和引橋組成，引橋與兩側道路相接，形成橫穿水利樞紐的交通流，如圖1所示。交通橋橋寬根據現狀、規劃道路寬度而定，一般設計不小于雙向2車道；內部匝道橋可根據需求設計成單向或雙向通行。橋位平面應根據水利樞紐運營管理和養護維修車輛的進出要求布置，并注重與周邊路網的結合，保證平面線形的舒順；匝道橋不對外開放，可按便利、經濟的原則設置，直通管理區內部。

圖1 一般綜合性水利樞紐交通橋總體平面圖

2.2 橋梁跨徑設計

橋梁跨徑設計需綜合考慮閘站、船閘等水工建筑物分孔和梁高等因素。

閘站工程根據閘門孔徑、泵室孔徑來布置墩墻，考慮工程適用性和經濟性，閘站上交通橋跨徑與水工建筑物分孔一致，在墩墻上直接設置橋墩。

由于通航的原因，船閘交通橋需要1跨越過通航孔。根據以往經驗，船閘墩墻上設置橋墩，可縮小跨徑、降低梁高、減少接坡長度和占地，但在船閘閘室內，通行船只容易擦碰橋墩，從而危害到橋梁結構安全[5]，如圖2所示。因此，為確保交通橋的結構安全和減少運營期的維修養護，推薦船閘交通橋采用1跨越過閘室墩墻。

圖2 遭船只擦碰的船閘橋墩

引橋、匝道橋跨徑一般與閘站交通橋跨徑一致，采用相同梁高，以最終獲得較好的橋梁縱向線形形態。

2.3 橋梁豎向設計

一般綜合性水利樞紐上的交通橋豎向設計應考慮工程占地、銜接道路標高、防洪凈高、通航凈高、橋梁跨徑和梁高等因素，其中關鍵因素是通航凈高和橋梁跨徑[6]，即航道通航等級。如1座建在Ⅲ級以上內河航道的水利樞紐，交通橋主橋橋面與地面高差可達8～10 m以上。閘上建筑前的主橋橋面宜保持平緩，縱坡可以為0%，以便銜接橋面與建筑樓面并配合建筑整體造型。引橋縱坡一般不大于5%，如有非機動車、行人通行要求，應專門設置人非梯道。

3 橋梁結構設計

3.1 上部結構設計

水利樞紐的交通橋橋面是跨越江河的交通通道，橋下是水工建筑物和航道。由于水利樞紐中的水工建筑物大部分在地面、水面以下，交通橋和其他閘上建筑物成為了呈現整個水利樞紐建筑風貌的重要載體。

交通橋主橋跨徑確定后，為降低橋面標高、減少引橋長度，壓縮主橋梁體高度是設計主要考慮的方向，故水利樞紐交通橋主橋梁體一般會采用高跨比較小的結構。對于20 m跨徑以下的橋梁，一般采用預應力混凝土空心板；30 m跨徑以上的橋梁，應考慮連續梁、鋼梁或下承式系桿拱等梁高較小的結構。以50 m跨徑橋梁為例，連續混凝土箱梁梁高2.5 m，下承式系桿拱，橋面系梁高1 m，當縱坡為5%時，可節省兩側引橋長度約60 m。

某大型水利樞紐跨越船閘的系桿拱橋見圖3。

圖3 某大型水利樞紐跨越船閘的系桿拱橋

3.2 下部結構設計

下部結構一般采用排架墩或蓋梁式單柱墩，墩柱選型可采用圓形墩和矩形圓角墩，如圖4所示。引橋橋墩縱向應綜合考慮閘區內部道路位置、配套構筑物位置等進行布置，主橋橋墩縱向應考慮跨越水工建筑物寬度及分孔進行布置。橋墩可根據跨徑布置情況獨立設置基礎或與水工閘墩結合。

圖4 單柱墩實景圖

水工閘墩一般為實心混凝土墩墻，橋、閘墩結合時，墻上可直接架立橋墩，但橋墩需調整偏心以減少墩墻上的偏心荷載；同時，該節段墩墻需進行適當的結構分縫，基礎設計一并考慮水工建筑物和橋梁傳下來的荷載，以減少水工建筑物和橋梁結構沉降差帶來的不利影響。

3.3 附屬工程設計

交通橋上的欄桿、支座、伸縮縫、橋面鋪裝、橋面排水等附屬工程與常規橋梁設計相同，因水利樞紐交通橋功能[7]的特殊性，為滿足橋上和管理區內部通行的需要，一般會在橋面和地面管理區間設置上下人行鋼梯，如圖5所示。

圖5 人行鋼梯布置示意圖

4 設計示例

本文以某改擴建大型水利樞紐的交通橋設計為例，介紹相關設計成果。河道設計河口寬184 m，航道等級為Ⅲ級，水利樞紐包括1個泵閘和2個船閘，該河道是區域的重要泄洪通道和航運通道。

本工程交通橋設計荷載為公路-Ⅱ級，橋上無特種車輛作業需求。交通橋（主橋+引橋）設計總長523.06 m，共6聯20跨；匝道橋長100 m，為1聯4跨。交通橋和匝道橋寬均為8.0 m+0.5 m（防撞護欄）+7.0 m（橋面凈寬）+0.5 m（防護欄）。兩側引橋縱坡分別為4.8%和5.0%，主橋縱坡為0.65%；匝道橋縱坡為6.7%；橋面橫坡為雙向1.5%。

交通橋由北向南跨越整個水利樞紐，主橋分別跨越一線船閘閘室（凈寬12.0 m）、排澇泵閘外河段（凈寬68.0 m）、二線船閘閘室（凈寬34.0 m）。考慮避開船閘閘室結構，一線船閘主橋凈跨需不小于18 m，二線船閘主橋凈跨需不小于43 m，泵閘主橋可在河中設墩（跨徑不小于16 m）。根據上述凈跨限制、水工建筑間的距離和平面線形的約束，跨樞紐主橋采用3×25 m和2×25 m+48 m+2×25 m 2聯組成。根據梁高限制、閘上建筑造型和無落地支架施工要求，推薦采用鋼-混凝土疊合箱梁為主橋梁體。

交通橋由南至北布置為：第1、第2聯為引橋段，采用簡支預應力混凝土箱梁連續橋面，第1聯為3×25 m，第2聯為4×25 m，箱梁高度為1.4 m；第3聯為跨一線船閘和部分泵閘主橋，采用3×25 m連續鋼-混凝土疊合箱梁，箱梁高度為1.2 m；第4聯為跨部分泵閘和二線船閘主橋，采用2×25 m+48 m+2×25 m 5跨連續鋼-混凝土疊合箱梁，箱梁高度為1.2～2.2 m；第5、第6聯為引橋段，采用簡支預應力混凝土箱梁連續橋面，第5聯為3×25 m，第6聯為2×25 m，箱梁高度為1.4 m。在第3聯第2跨處設置上下匝道橋，匝道橋采用4×25 m簡支預應力混凝土箱梁連續橋面，箱梁高度為1.4 m。主橋和引橋標準橫斷面見圖6。

圖6 主橋和引橋標準橫斷面圖（單位：mm）

主橋、引橋橋墩均采用矩形圓角墩，上端部逐漸放大，呈花瓶狀，引橋橋墩上設蓋梁。橋墩均下設承臺，采用PHC管樁基礎。

5 結語

（1）交通橋是水利樞紐總體交通布局的一部分，是水利樞紐的運營管理通道和車輛過江越河的重要通道。交通橋的總體設計與水利樞紐中水工建筑物、岸上配套建筑、管理區道路等均有密切關系。

（2）交通橋主橋上部結構應采用高跨比較小的結構，以適應船閘閘室高凈空的要求。

（3）交通橋下部結構設計應根據跨徑布置情況獨立設置基礎或水工閘墩結合。考慮水工閘墩結合時，需采取必要措施，減少墩墻上的偏心荷載和沉降差帶來的不利影響。

（4）為方便管理人員由橋面通至內部管理區，水利樞紐交通橋需設置上下人行鋼梯。