文安洼特大橋設計要點綜述

張信鵬

(河北省交通規劃設計研究院有限公司 石家莊市 050011)

1 工程概述

北京新機場至德州高速公路京冀界至津石高速段是《河北雄安新區規劃綱要》中“四縱三橫”區域高速公路網的重要組成部分，是雄安新區使用北京大興國際機場最主要的高速公路，是雄安新區與冀東南、魯西之間的重要聯系通道[1]，是實現新區60min到北京、天津，90min到石家莊目標的重要支撐。項目途經固安東、永清西、霸州東、文安西、任丘東，路線全長87.256km。

京德高速文安洼特大橋位于廊坊市文安縣境內，主要是為跨越趙王新河、文安洼蓄滯洪區設置。趙王新河是白洋淀棗林莊樞紐至東淀的行洪河道，全長約42km。文安洼蓄滯洪區位于海河流域大清河下游，是海河流域河北八大洼淀之一。

京德高速路線總體為南北走向，位于大廣高速公路以東，京臺高速公路以西的走廊帶內。本項目范圍內趙王新河、文安洼蓄滯洪區大致為東西走向，因此京德高速跨越趙王新河、文安洼蓄滯洪區不可避免。為滿足防洪要求，結合防洪評價意見，自趙王新河北大堤至大留鎮停車區設置文安洼特大橋，橋梁全長21.607km，為目前河北省內最長的公路橋梁。

圖1 文安洼特大橋主橋圖

2 總體設計

2.1 特大橋設置原則

特大橋總體設計需要考慮更多的因素，主要體現在如下幾點：

(1)必要性論證，特大橋設置會使整個項目的造價大大提高，因此特大橋設置的必要性和起終點研究尤其重要。

(2)總體設計時充分考慮特大橋與地形、地貌及平縱面線形的協調，在布設路線線位及橋梁時，橋、路綜合考慮[2]；充分考慮河流、河堤、被交路、互通等交叉因素，優先滿足控制點的跨徑布置。

(3)橋梁結構型式選擇時應綜合本地區的自然條件、材料來源、施工條件等因素，結合橋梁規模、路線平縱線型、橋梁使用功能特點，可優先采用標準跨徑、集中預制，盡量做到標準化，以保證工程質量，加快建設速度，降低工程造價。

(4)特大橋制約因素較多，進行細部設計時綜合考慮防洪要求、通航要求及環評要求等。

2.2 技術標準

設計速度：120km/h。

汽車荷載：公路-Ⅰ級。

設計洪水頻率：特大橋1/300。

地震動峰值加速度： 0.15g。

環境類別：Ⅱ類環境。

橋梁設計基準期：100年。

橋梁寬度：34.5m=(0.525m防撞護欄+15.725m凈寬+0.525m防撞護欄)+0.95m+(0.525m防撞護欄+15.725m凈寬+0.525m防撞護欄)。

2.3 跨徑布置

文安洼特大橋跨越主要河流有趙王新河、小白河，跨越主要被交路有臺王線、世紀大道、保靖線、興祖線。其中跨越趙王新河主河槽采用(50+80+80+50)m變截面現澆箱梁，趙王新河兩側大堤采用(40+60+40)m變截面現澆箱梁，跨越小白河、興祖線位置兩側設置90°至70°斜轉正現澆箱梁，互通內主線變寬段橋梁采用現澆箱梁，其余橋梁結構根據布置情況采用25m、30m、35m、40m預制T梁交錯布置。

全橋跨徑布置情況如下：{7×30+[(40+60+40)+3×40+(50+80+80+50)+3×40+(40+60+40)]+[6×30+3×35+4×30+(29+30+29)+3×35+3×40+3×35+12×30]+220×30+3×40+116×30+[4×30+3×40+4×30]+24×30+[8×30+4×35+8×30+(30+35+30)+3×40+(30+33+33+30)+3×35+9×30]+13×30+3×25+18×30+3×25+110×30+3×40+49×30+[4×28+3×40+4×32]+16×30}m。其中跨趙王新河主河槽及兩側大堤段跨徑為[(40+60+40)+3×40+(50+80+80+50)+3×40+(40+60+40)]m、文安北互通段跨徑為[6×30+3×35+4×30+(29+30+29)+3×35+3×40+3×35+12×30]m、跨小白河段跨徑為[4×30+3×40+4×30]m、文安西互通段跨徑為[8×30+4×35+8×30+(30+35+30)+3×40+(30+33+33+30)+3×35+9×30]m、跨興祖線段跨徑為[4×28+3×40+4×32]m。

3 預制T梁上、下部結構比選

本特大橋橋梁規模較大，多次跨越河流、地方道路等，跨徑布置選擇時需綜合考慮各種因素，因此采用25m、30m、35m、40m預制T梁及現澆箱梁等結構交錯布置，使橋梁布置得更加合理。

文安洼特大橋主要采用預制結構，預應力混凝土T梁，全橋預制T梁共計9076片，其中25m T梁98片，30m T梁8507片，35m T梁132片，40m T梁339片，有效地節約工期、保證質量。

3.1 上部結構綜合比選

結合本地區特點，跨徑按25m、30m和35m對預制小箱梁、預制T梁進行綜合比選。

表1 上部結構綜合對比表

(1)預制小箱梁和預制T梁對比

本橋在經濟性上，小箱梁比同等跨徑的T梁經濟；在使用性能上，本橋位于蓄滯洪區，對橋梁受凈空限制較小，對建筑高度要求低；在施工控制上，從施工質量、進度、運輸、吊裝、張拉等方面考慮，T梁均優于小箱梁，尤其是施工進度和施工質量上。在運營期養護上，T梁養護成本相對低，易于養護。通過小箱梁與T梁綜合比較，同時考慮到本橋梁為雄安新區項目，質量要求高，施工工期較短等綜合因素，本橋采用預制T梁方案。

(2)25m、30m和35m預制T梁對比

本橋梁處于文安洼蓄滯洪區，根據防洪評價單位意見，處于主要河流及分洪道、蓄滯洪區的橋梁跨徑宜在30m跨徑以上；經濟指標35m最大，30m與25m比較接近；同時考慮滿足跨越地方道路及規劃道路的要求，本橋梁主要采用30m跨徑。

圖2 預制T梁標準橫斷面圖(單位：cm)

3.2 下部構造比選

本橋位于平原區，下部結構地質情況相近，因此對本橋采用三柱墩和兩柱墩進行比選，本橋30m T梁占總預制梁片數的93.7%，本文僅對上部結構為30m T梁進行比選分析，詳見表2。

表2 30mT梁下部結構對比表

通過對比，三柱墩工程量較小，造價較低，施工簡單快捷，因此本橋下部結構采用三柱墩橋梁方案。

4 跨趙王新河橋梁設計關鍵要點

京德高速跨越趙王新河段，趙王新河底寬400～530m，左右堤間距約630m，設計流量2700m3/s。依據《河北雄安新區規劃綱要》批復精神，恢復淀泊水動力過程，加強新區與天津港、黃驊港交通聯系，暢通新區出海通道，計劃修建保津航線。趙王新河為計劃保津航線的主要部分，文安洼特大橋跨越趙王新河段考慮通航要求，為Ⅲ級航道，單向航道主槽頂寬55m，設計最低通航水深3.2m，凈高10m。結合通航要求及景觀設計，跨越趙王新河部分采用[(40+60+40)+3×40+(50+80+80+50)+3×40+(40+60+40)]m橋梁跨徑。跨越趙王新河主河槽采用(50+80+80+50)m變截面現澆箱梁，跨越兩側大堤采用(40+60+40)m變截面現澆箱梁。

4.1 跨河橋梁凈空確定

跨趙王新河橋梁的凈空設計主要受制于兩方面，一是要滿足防洪要求，二是要滿足通航要求。設計防洪標準為300年一遇，滿足防洪要求允許最小梁底高程9.92m，跨越趙王新河段橋梁設計梁底高程為14.2～20.1m，大于允許最小梁底高程9.92m，滿足防洪要求。

趙王新河為Ⅲ級航道，最高設計通航水位按20年一遇洪水位確定，最小凈空為10m。20年一遇洪水時趙王新河跨越位置水位為7.72m，滿足通航要求。允許最小梁底高程為17.72m，通航段橋梁設計梁底高程為18.8～20.1m，大于允許最小梁底高程17.72m，滿足通航要求。

4.2 堤頂路凈空的確定

由于橋梁跨越位置兩堤堤防外側村民傍堤填土進行建設，左堤寬度達50m，右堤寬度達61m，橋梁跨越按照有效堤防斷面進行控制。為減小橋梁建設對堤身安全的影響，結合防洪評價，趙王新河特大橋跨越左、右兩堤堤防采用一跨跨越方式，左、右兩堤跨徑60m。跨越左堤位置橋墩距離外坡腳1m，距離內坡腳11.8m；跨越右堤位置橋墩距離外坡腳0.5m，距離內坡腳9.4m，橋墩均未布置在堤身斷面內，橋梁建設對堤身安全影響較小。

考慮行洪期間能夠保證堤頂防汛車輛的正常通行，橋梁梁底高程按照規劃堤頂路加4.5m凈空考慮，跨越趙王新河左、右堤位置橋梁設計梁底高程為15.6～16.1m，現狀堤頂高程8.9～9.1m，規劃堤頂高程9.72m，梁底距離規劃堤頂5.8～5.9m，即大于4.5m凈空，能夠保證堤頂防汛車輛的正常通行。

4.3 跨河主橋結構設計

橋梁上部結構為(50+80+80+50)m預應力混凝土連續箱梁，主橋長260m，設計角度90°，由單箱單室箱形斷面組成。箱梁根部高度4.8m，跨中梁高2.3m，其間梁高按2.0次拋物線變化。箱梁頂板寬16.775m，底板寬8.775m，頂板厚0.3m，底板厚由跨中0.32m按2.0次拋物線變化至根部0.75m，腹板分別為0.7m、0.9m。橋梁箱梁除墩頂0/1號塊件外，各單“T”箱梁均采用掛籃懸臂澆筑法施工，分9對梁段，即5×4.0m+4×3.5m進行對稱懸臂澆筑。橋墩墩頂塊長6.5m，中孔合龍段長2.0m，邊孔現澆段長8.8m，邊孔合龍段長2.0m。橋墩采用實心墩，過渡墩橫橋向寬9m，順橋向厚2m，主墩橫橋向寬10m，順橋向厚3.5m。

4.4 橋面排水設計

結合環境影響報告，考慮跨越趙王新河處橋梁發生危險化學品泄露可能會對趙王新河水質及濕地生態系統產生不利影響，設計時在跨趙王新河段落設置橋面徑流水收集系統，并在趙王新河南北堤外側合適位置設置事故池，統一通過集中排水系統將橋面污水(雨水)引至兩側事故池，避免橋面徑流水以及風險事故下的污水直接排入水體，確保水質安全。

趙王新河主橋中間處為本段落縱段最高點，采用泄水管收集橋面排水后匯入縱向PVC集水管，然后通過縱向PVC集水管從趙王新河主橋中間向兩側排水，縱向PVC集水管在堤壩路外側橋墩處延伸至地面，匯入事故池中。

5 總結

以京德高速文安洼特大橋為工程實例，從總體設計，預制結構方案比選，跨河段橋梁設計要點等方面分析和論述，可以得出以下結論：

(1)特大橋的總體設計應充分考慮跨河、跨堤、跨路及其他交叉控制點之間的相互關系及協調情況。

(2)較長的特大橋由于工程量較大，上部結構的方案比選尤其重要，工程質量、工期、造價等因素對工程影響較大，宜綜合考慮。

(3)對于跨域重要河流的主橋，設計時除了重視橋梁結構設計外，還應綜合考慮防洪要求、通航要求及環評要求等。