白旗松花江大橋主橋結構選型研究

王力波 楊斌 劉國慶

(吉林省交通科學研究所 吉林長春 130012)

白旗松花江大橋是新建國道G229 饒河至蓋州一級公路連接舒蘭市、九臺區兩地的重要節點，于舒蘭市白旗鎮西北側約1 500 m 的霍家渡口北側約150 m 處跨越第二松花江。橋址區位于吉林省中部，地處松花江兩側階地，地貌形態類型較單一，屬沖積平原地區地貌單元，場地地形起伏不大。

1 水文條件

1.1 流域概況

第二松花江的發源地位于長白山天池西南的望天鵝峰北麓，海拔高程為2 691 m，是松花江的南源。在白山水庫上游13 km 處，頭道松花江與二道松花江匯合后稱之為第二松花江，匯集各支流后，最后與嫩江在松原市寧江區的楊家堡子西北三岔河處匯合，稱之為松花江[1]。

第二松花江從東南流向西北，干流流經吉林省安圖縣、靖宇縣、柳河縣、梅河口市、東豐縣、輝南縣、磐石市、樺甸市、永吉縣、吉林市、舒蘭市、榆樹市、九臺區、德惠市、農安縣、松原市、扶余市、前郭縣等24個市縣。河流總長825.4 km，流域集水面積約為7.38萬km2。流域內有較為發達的水系，豐滿上游的主要支流有蛟河以、輝發河、二道松花江以及頭道松花江，豐滿下游的主要支流有飲馬河、沐石河、鰲龍河、團山子河、牤牛河、溫德河等。

松花江豐滿水庫至烏拉街段67 km段受豐滿電站發電、泄洪影響，常年無封凍狀態，烏拉街至龍棚23 km段結冰期僅為月余，最大冰厚不超過30 cm，結冰封江通常在1 月初，解凍開江通常在2 月中旬。龍棚以下江段結冰期約4 個月，最大冰厚大于70 cm，結冰封江通常在11 月中下旬，解凍開江通常在翌年3 月末或4月初[2]。

1.2 涉河工程

第二松花江流域內水利工程較多，共建有900余座蓄水工程和3 600 余座塘壩，總蓄水量達210×108m3，其中大型蓄水工程8 座，包括豐滿水庫、白山水庫等，1998 年后對大中水庫、堤壩進行了安全加固，上述水利設施的建設，充分發揮了發電、灌溉、防洪治澇及城市用水等綜合利用效益，為吉林省的繁榮發展、美化環境起到了極其重要的作用。各水庫的技術指標具體見表1。

表1 主要大型水庫技術指標表

該項目位于豐滿水庫下游約106 km處，豐滿水庫控制流域面積4.25 萬km2（白山水庫以上控制流域面積1.9萬km2），占第二松花江流域面積的58%。豐滿水庫始建于1937 年，是一個以發電為主，兼顧防洪、灌溉、供水、航運、養魚等綜合利用的大型水庫。水庫大壩為混凝土重力壩，全長為1 080 m，最大壩高為90.5 m，壩頂頂寬為9～13.5 m，壩頂高程為266.50 m，全壩分為擋水壩段、溢流壩段以及發電取水壩段等。豐滿水庫屬狹長型河谷式水庫，水庫最大水面面積為550 km2，最大回水長度為180 km，最大水面寬為10 km，最大水深為75 m。水庫防洪標準千年設計、萬年校核，死水位為242 m，相應的死庫容為26.9 億m3，最高庫水位為267.70 m，發電庫容為53.5 m3，防洪庫容為26.7 m3。豐滿水庫P=2%最大放流量為4 000 m3/s，P=0.33%最大放流量為9 240 m3/s。

2 橋位河段防洪和通航要求

2.1 橋位河段防洪標準

第二松花江干流堤防設計標準為1/50，堤頂寬度為6 m，迎水坡邊坡坡率和背水坡邊坡坡率均為1∶3，堤頂超高為2 m。橋址處堤防設計流量5 500 m3/s，設計平均流速0.955 m/s。

2.2 橋位河段通航要求

第二松花江為松花江干流的上游段，是吉林省境內的第一大河流，吉林市區至陶賴昭段即橋位所江段的航道規劃技術等級為Ⅳ級。依據《內河航道標準》選取500 t級貨船作為代表船隊，船隊尺寸長×寬×設計吃水為138.0 m×11.0 m×1.4 m，現狀通航的80客位旅游船舶作為控制船型，船型尺度為32.4 m×6.0 m×1.0 m，舷上高度5.4 m。

橋位處最高通航水位為167.56 m，采用1/10 洪水重現期的水位，設計最低通航水位為162.25 m，采用95%通航保證率的水位。

3 主橋橋型方案選擇

3.1 橋跨選擇

主橋橋跨選擇時充分考慮以下4個方面因素。

（1）橋位處主河槽寬度約290 m，橋軸線與第二松花江流水方向的交角約90°。

（2）航道規劃等級為Ⅳ級，根據《內河通航標準》要求，通航要求凈寬50 m，凈高8 m，上底寬不小于41 m，側高不小于5.0 m，設2個通航孔。

（3）橋址上下游既有橋梁工程。橋位上游約76 km處設有九站松花江特大橋；九站松花江特大橋與豐滿水電站之間吉林市城區段分別設有秀水橋、金珠大橋、霧凇大橋、臨江門大橋、江灣大橋、龍潭大橋、吉林大橋、松江大橋、哈龍大橋、蘭旗大橋、清源大橋等多座跨越松花江的橋梁；橋位下游約20 km 處設有半拉山松花江大橋，下游約70 km處設有烏金屯松花江大橋、下游約85 km處設有陶賴昭松花江大橋。該項目上下游代表性橋梁建設規模情況具體見表2。

表2 上下游代表性橋梁建設規模表

（4）橋位處河床床面沖淤比較穩定，河床演變基本完成，河槽趨于穩定。

從保障大橋結構安全、減小船只碰撞橋墩幾率以及減小橋墩阻水的角度考慮，應適當放大主橋孔跨。根據橋位處河槽寬度，并統籌經濟性、通航要求、泄洪要求、施工方便性以及景觀等因素，可在90～150 m 之間選取主橋跨徑，綜合考慮上述各影響因素，初步擬定主橋跨徑采用100 m、130 m兩種。

3.2 橋型選擇

根據橋位處地形地貌、水文條件及上下游橋梁結構型式的分析，從結構安全可靠、保障通航安全、滿足泄洪要求、施工方便性、經濟合理性和景觀要求出發，可考慮預應力混凝土連續剛構、連續梁、拱橋以及斜拉橋等作為主橋橋型方案。

3.2.1 預應力混凝土連續剛構、連續梁

我國連續剛構或連續梁的建設經驗非常成熟，該結構大多數應用于跨徑200 m 以內的橋梁，最大跨徑的連續剛構可達330 m。這種橋型特點是主梁為連續體系，具有較好的結構整體性和抗震性能，相比于同等跨度的其他橋型，具有造價相對較低、方便施工、工期相對較短等優勢[3-4]。

3.2.2 波形鋼腹板預應力混凝土箱梁

波形鋼腹板預應力混凝土箱梁由法國于20 世紀80 年代開發，國外修建較多，我國應用到工程實例中較少，設計、施工經驗還不是很成熟。這種橋型特點是將厚重的混凝土腹板用波形鋼腹板代替，減輕了結構的重量，合理發揮材料性能，提高材料的利用率，結構受力合理，經濟效益、抗震性能較好，但波形鋼板制作加工尚未完全成熟，箱梁橫向剛度弱，施工控制相對困難，運營期維護費用較高[5-6]。

3.2.3 斜拉橋

斜拉橋是大跨徑橋梁的一種主要的形式，具有造型優美、跨越能力大、規模宏偉等特征，跨徑在300～600 m 時會有明顯優勢[7]。該方案結合橋位地形地貌條件和景觀要求以及主河槽范圍，可選用斜拉橋方案，但綜合考慮到該橋的使用功能、施工難易程度、建設投資及后期維修養護費用等因素，此次不推薦此方案。

3.2.4 拱橋

作為跨江橋梁，拱橋也是一種備選結構方案，施工時不需要龐大的設備，可以化整為零進行施工，造型優美，當前我國拱橋的最大跨徑已經達到575 m[8]，工程建設經驗較為豐富。根據橋位處的地形地貌特征、地質條件，不適宜采用該種橋型結構。

綜上所述，考慮到較大跨徑連續梁運營期下撓明顯，而實際橋梁墩高在20 m左右剛構體系在全橋固結的情況下橋墩整體抗推剛度較大，容易積聚較大的次內力，結合橋位處實際地質條件、墩柱整體高度及剛度分配，推薦主橋采用預應力混凝土箱型半剛構-連續梁體系，提出如下3個橋型方案。

方案一：（65+100+100+65）m 預應力混凝土半剛構-連續梁。

方案二：（65+100+100+65）m波形鋼腹板預應力混凝土半剛構-連續梁。

方案三：（85+130+85）m 預應力混凝土半剛構-連續梁。

4 橋型方案比選

橋型方案對比情況具體見表3。

表3 橋型方案對比表

5 結論

根據以上橋型方案比較，得出以下結論。

方案一：該方案橋梁結構在吉林省內修建較多，工程造價低，設計、施工技術非常成熟，施工難度小，施工安全性高，工期短，運營期養護量少，滿足通航泄洪要求。

方案二：該方案橋梁結構符合國家關于鋼鐵產能和鋼結構橋梁的政策，但吉林省內已建成較少，設計、施工技術較不成熟，波形鋼板的制作加工尚不成熟。與混凝土結構相比，該結構的橫向剛度較弱，國外一般采用耐候鋼作為波形鋼腹板來保證其耐久性，而國內耐候鋼應用尚未成熟，且施工周期長，施工控制難度相對大，運營期養護費用較高。

方案三：該方案橋梁結構在吉林省內修建較少，設計、施工技術較為成熟靠，施工難度相對較大，施工安全性高，工期短，運營期養護量少，滿足泄洪及通航的基本要求，但通航能力稍差，造價相對較高。

綜合考慮各橋型方案的安全性、工程造價、工期、施工難度、對通航和泄洪的影響、運營期養護費用及環保等因素，推薦方案一：（65+100+100+65）m 跨徑的預應力混凝土箱型半剛構-連續梁。