三魯公路跨航道橋梁主橋方案的技術經濟比選

陳劍鋒

（上海市政工程造價咨詢有限公司，上海 200092）

1 項目背景

三魯公路橋是大蘆線航道整治工程跨航道橋梁中的一座。大蘆線航道是上海市“一環十射”規劃干線航道之一，是長江三角洲地區高等級航道網的主要組成部分，是溝通洋山深水港區和相鄰省區的重要國家級集裝箱運輸主通道。整治后大治河航道由現在的Ⅴ級全面提升為Ⅲ級航道，全線的橋梁凈空尺度按Ⅲ級航道標準進行建設。規劃標準河寬102 m，航道通航凈寬79 m，要求跨航道橋梁一跨跨越。三魯公路現狀橋梁不滿足Ⅲ級航道的通航要求，需拆除重建。

2 主橋主跨跨徑選擇

2.1 主橋主跨選擇的控制因素

主橋主跨選擇的控制因素主要有水務要求、航道通航、駁岸及老橋墩臺位置等，具體詳述如下。

2.1.1 水務要求

根據航道設計技術要求，主橋主跨需一跨過河，即水中不容許設置橋墩。橋位處規劃河道藍線寬度102 m，即墩身凈距不得小于102 m。

2.1.2 航道通航要求

三魯公路橋位于航道通航標準段：航道設計底寬79 m，該79 m范圍內必須滿足通航凈高7.0 m要求。

2.1.3 橋梁軸線與航道斜交角度

由于主橋跨徑較大，采用斜橋正做的模式，三魯公路橋軸線與航道斜交4.1°。

主跨大小也應計入斜交角度的影響。

（1）整幅式主橋：駁岸厚度0.3 m，主墩墩身厚2.5 m，寬 12 m，主跨不應小于：102 m/cos4.1°+12 m×tg4.1°+2.5 m+2×0.3 m＝106.2 m，取主跨107 m。

（2）雙幅式主橋：駁岸厚度0.3 m，主墩墩身厚2.5 m，雙柱總寬22.75 m，主跨不應小于:102 m/cos4.1°+22.75 m×tg4.1°+2.5 m+2×0.3 m＝107 m，取主跨107 m。

即結合水務、通航、斜交角、駁岸等因素，主橋主跨應不小于107 m。

2.1.4 保持駁岸構造連續要求

主墩處需確保駁岸構造連續。

2.1.5 保持防洪通道暢通

主墩布置時應在河道藍線與陸域控制線15 m范圍內預留6 m寬的防洪通道空間，確保防洪通道暢通，同時確保橋位處輔道與防洪通道能順利溝通，滿足橋位周邊居民、企業等出行方便。

2.1.6 承臺平面位置與駁岸、河道斷面的相對關系

（1）若主跨選擇107 m，承臺平面已經侵入河道藍線。

根據初步論證分析，主墩承臺侵入河道藍線技術上是可行的，但承臺頂標高必須置于0.5 m以下（規劃河底標高1.0 m）。該處地面標高一般在5.0 m左右，承臺厚度暫按3.0 m考慮，則主墩承臺基坑深度達到7.5～8.0 m。按照上海市深基坑管理規定，該基坑屬于深基坑，施工風險大，造價較高。該方案技術上可行，但是基坑造價不夠經濟合理。

（2）主跨跨徑加大至112 m后，承臺不侵入河道藍線，承臺頂標高可抬升至3.0 m，主墩承臺基坑深度約5 m。基坑造價降低、施工風險減小，但主跨跨徑加大，上部結構造價上升，故需綜合比較后確定橋梁主跨跨徑。

2.1.7 避開老橋墩臺的要求

三魯公路橋新建橋位與老橋橋位重合，故新建橋梁主跨跨徑選擇時，主墩必須避開老橋的橋墩或橋臺。

老橋為簡支小箱梁，邊跨22 m，邊跨橋墩位于藍線以內11 m，橋臺位于藍線以外11 m，主墩應布置在老橋橋臺與藍線之間。

2.2 主橋主跨方案初步比選

該項初步設計擬定107 m主跨方案（最小主跨方案，墩身緊貼河道藍線）和112 m主跨方案（承臺緊貼河道藍線）兩個方案，具體布置詳見圖1、圖2所示。

圖1 方案一：主橋107 m主跨方案圖（單位：m）

圖2 方案二：主橋112 m主跨方案圖（單位：m）

方案一：墩身緊貼河道藍線，主橋主跨107 m，主墩承臺基坑深度7.5 m左右，主墩承臺作為駁岸的基礎，駁岸設在主墩墩身外側。

方案二：承臺緊貼河道藍線，主橋主跨112 m，主墩承臺基坑深度5.0 m左右，主墩承臺作為駁岸的基礎。

以橋寬30 m為例進行比選，航道藍線寬102 m，主橋方案初步擬定以下兩個，分別為65 m+107 m+65 m預應力混凝土連續梁（方案一）和69 m+112 m+69 m預應力混凝土連續梁（方案二），其工程造價比較如表1所列。

表1 主橋跨徑方案一和方案二工程造價（建安費部分）比較表

可見，采用方案一107 m主跨，主橋規模較小，但基坑開挖深度增大。按30 m橋寬的預應力混凝土連續梁方案，方案一較方案二，主橋造價減少468萬，而基坑造價增加410萬，總造價略有減小。

方案一主跨107 m，主橋梁高較方案二小，可適當減小引橋長度，因此可進一步減小工程總造價。此外，采用方案一主墩墩身緊貼河道藍線，有利于防洪通道的布置。

采用方案一基坑開挖深度比方案二增大2.5 m，增加了基坑開挖費用及開挖風險。但考慮到方案一基坑開挖深度為7.5 m左右，該深度基坑開挖施工有一定經驗，基坑開挖風險是可控制的。

綜上所述，為有效地減小橋梁規模，降低工程造價，該項初步設計推薦采用方案一107 m主橋主跨方案。

三魯公路橋新建橋位與老橋橋位重合，老橋邊跨橋墩位于藍線以內11 m，橋臺位于藍線以外11 m。新建橋梁主跨107 m，主墩已避開老橋橋墩、臺，能夠滿足要求。

3 主橋橋型方案綜合比選

3.1 主橋橋型方案初選

三魯公路橋主橋主跨選定為107 m，且橋梁均位于航道標準段，無特殊的通航及景觀要求。主橋方案優先考慮采用技術可靠、施工工藝成熟、經濟合理的現澆預應力混凝土連續梁。此外，適用于107 m跨徑的橋型還有自錨式懸索橋、矮塔斜拉橋、下承式系桿拱橋等。

自錨式懸索橋采用先架設主梁再施工纜索的施工順利，需要在航道中搭設支架，對航道通航影響大，施工措施費高，施工工藝復雜，施工周期長。根據大蘆線一期的初步設計成果，該工程跨徑范圍內的自錨式懸索橋單位造價比同跨徑預應力混凝土連續梁高50%左右，自錨式懸索橋造價高，故不予采用。

矮塔斜拉橋是介于連續梁和斜拉橋之間的一種橋型，相對于連續梁來說，其梁高可適當降低，但是需要設置橋塔和斜拉索。根據大蘆線一期的建設經驗，該工程跨徑范圍內的矮塔斜拉橋造價比同跨徑的預應力混凝土連續梁橋高，施工工期較預應力混凝土連續梁長。在無其他條件限制時，與預應力混凝土連續梁相比，矮塔斜拉橋并不占優勢。因此，該項初步設計不采用矮塔斜拉橋方案。

綜上所述，三魯公路橋主橋推薦采用變截面預應力混凝土連續梁方案（見圖3）。預應力混凝土連續梁經濟節約、布置合理，采用掛籃施工便捷可靠，對航道的通航影響小。

主跨107 m也是下承式系桿拱橋的適用跨徑。下承式系桿拱橋為單跨簡支結構，相對于預應力混凝土連續梁、自錨式懸索橋及矮塔斜拉橋，下承式系桿拱橋無需設置邊跨，主橋規模小。相對于預應力混凝土連續梁，下承式拱橋的缺點是需采用支架施工，對航道通航影響大，施工工藝較復雜，橋梁單價指標較高。綜合考慮，將下承式系桿拱橋作為三魯公路橋主橋比較方案（見圖4）。

圖3 預應力混凝土連續梁橋效果圖

圖4 下承式系桿拱橋效果圖

預應力混凝土連續梁及下承式系桿拱橋各方面的技術經濟比較詳見表2所列。

表2 主橋方案綜合比較表

從表2可以看出，預應力混凝土連續梁方案結構簡潔、技術可靠、施工工藝成熟、經濟合理，耐久性好，對航道通航影響小。

根據專家中間評審意見，進一步對雙幅式預應力混凝土連續梁、整幅式預應力混凝土連續梁進行同深度比選。

3.2 主橋方案一（雙幅式預應力混凝土連續梁）

3.2.1 橋跨布置

經過主跨跨徑比選，主跨跨徑確定為107 m，主橋跨徑布置為（65+107+65）m（見圖5）。

圖5 三魯公路橋主橋方案一（雙幅式）立面布置圖（單位：mm）

3.2.2 橫斷面布置

三魯公路橋規劃紅線寬42 m，主線雙向4車道布置，主跨還滿足非機動車和人行通行。

方案一（雙幅式預應力混凝土連續梁）橋面總寬28 m。橋面布置為：

（2.25 m人行道+2.5 m非機動車道+0.5m護欄+8 m車行道+0.5 m護欄+0.5 m/2分隔帶）×2＝28 m（見圖6）。

圖6 三魯公路橋主橋方案一（雙幅式）標準橫斷面圖（單位：mm）

3.3 主橋方案二（整幅式預應力混凝土連續梁）

3.3.1 橋跨布置

經過主跨跨徑比選，主跨跨徑確定為107 m，主橋跨徑布置為（65+107+65）m（見圖7）。

圖7 三魯公路橋主橋方案二（整幅式）立面布置圖（單位：mm）

3.3.2 橫斷面布置

方案二（整幅式預應力混凝土連續梁）橋面總寬28 m。

主跨橋面布置為：

（2.25 m人行道+2.5 m非機動車道+0.5 m護欄+8 m車行道+0.5 m護欄+0.5 m分隔帶+0.5 m護欄+8 m車行道+0.5護欄+2.5非機動車道+2.25 m人行道）＝28 m（見圖8）。

圖8 三魯公路橋主橋方案二

主橋邊跨可不通行人，斷面兩側各縮短挑臂2.0 m，主橋邊跨箱梁斷面是橫向對稱的，結構受力也是合理的。邊跨不設人行道，減少了主橋面積，主橋造價相應有一定的減少。

邊跨橋面布置為：

（0.25 m欄桿+2.5 m非機動車道+0.5 m護欄+8 m車行道+0.5 m護欄+0.5 m分隔帶+0.5 m護欄+8 m車行道+0.5 m護欄+2.5 m非機動車道+0.25 m欄桿）＝24 m（見圖9）。

圖9 三魯公路橋主橋方案二

3.3.3 人行梯道布置

同雙幅式主橋人行梯道布置的分析，但整幅式方案邊跨不設人行道，梯道布置在主墩處即可。

3.4 主橋橋型方案綜合比選結論

雙幅式預應力混凝土連續梁（方案一）、整幅式預應力混凝土連續梁（方案二）各方面的技術經濟比較詳見表3所列。

整幅式方案由于減少了主橋邊跨人行道，主橋面積相對雙幅式減少了322 m2，全橋造價節約了約800萬元（含整幅式僅設4座梯道，雙幅式設8座梯道）。

但是整幅式方案主跨箱梁挑臂達到了7.7 m，邊跨箱梁挑臂達到了5.7 m，單個掛籃體量相對大，挑臂下設橫肋，施工時建議將縱向箱體和橫向挑臂分開懸澆，施工工序較多，施工難度相對大。

由于兩個方案全橋總造價相差不大，從方便施工角度出發，推薦采用雙幅式預應力混凝土連續梁方案。

表3 主橋方案綜合比較表

4 比選結論

通過主橋跨徑、主橋橋型、梁體型式等多方面的技術和經濟比較，三魯公路橋主橋方案最終選定為主跨107 m的雙幅式預應力混凝土連續梁。

從設計階段一開始，設計和造價人員就形成了良好的互動關系，造價人員及時地參與方案設計，在最短的時間內對每個設計方案做出概算，并及時反饋給設計人員，使其能夠優化設計方案，提高設計質量，真正做到了技術和經濟的優化統一。

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