跨南水北調總干渠橋梁的設計與施工

李 琿

（鄭州市交通運輸委員會，鄭州 450006）

1 概述

南水北調將把長江、淮河、黃河、海河流域連接起來，統一調劑，構成我國水資源“四橫三縱，南北調配，東西互濟”的新格局，從根本上扭轉中國水資源分布嚴重不均的局面,是緩解我國北方水資源嚴重短缺局面的重大戰略性工程。

為減少南水北調穿越市區對鄭州市交通的分割影響，規劃部門先后規劃了若干座跨南水北調總干渠橋梁，以解決市區交通組織問題。化工北路位于鄭州市西南中原區與滎陽市交界附近，跨越南水北調中心工程總干渠滎陽段。根據規劃，化工北路為城市快速路，其南接鄭上路，北與西三環北沿線相連，形成了鄭州西部地區南北向交通的主要通道，使鄭州市環路和主要放射道路有效銜接，也是鄭州市“十二五”交通運輸路網建設規劃的重要節點。

2 橋梁方案

2.1 設計原則

為保證南水北調中線工程的順利實施，在跨渠橋梁規劃之初，南水北調相關部門就提出了以下要求：

（1）橋梁跨徑布置以不壓縮總干渠過水斷面，不降低總干渠防洪、運營功能為原則；

（2）橋梁施工工期滿足南水北調相關部門的總體要求;

（3）在總干渠一級馬道內不得設置橋墩，必須一跨跨越總干渠；

（4）主梁施工期間不影響總干渠施工，不得在總干渠內搭設施工支架；

（5）一級馬道凈空不小于4.5 m；施工期間不得影響一級馬道的施工和通行；

（6）橋梁運營期間，橋梁的運營和養護不得影響總干渠內水質；

為保證南水北調工程的順利實施，跨渠橋梁的建設盡量減少對總干渠施工的影響。

2.2 方案比選

根據橋位處總干渠斷面布置形式，化工北路跨南水北調總干渠橋梁的主跨約為75 m。在此跨徑范圍內，可能的橋型方案有變高度連續梁橋、鋼管拱橋和埃塔斜拉橋等。

變高度連續梁橋具有結構簡單，可采用懸臂施工而不會影響總干渠施工的優點，且造價相對較低，因此是跨渠橋梁較合理的橋梁方案形式。

鋼管拱橋雖然可以滿足一跨跨越總干渠的要求，但由于施工方案比較復雜，施工期間會對總干渠施工造成影響；且鋼結構拱肋由于仿佛涂裝損壞和鋼結構的銹蝕，可能污染總干渠內水體。

埃塔斜拉橋景觀效果較好，且施工期間不影響總干渠施工；但埃塔斜拉橋不能塔梁同時施工，工期相對較長；同時，埃塔斜拉橋的造價相對較高。

經過技術經濟比選，并經南水北調相關部門批準，最終確定跨渠橋梁采用懸臂施工的變高度連續梁方案。

2.3 橋梁方案

2.3.1 總體設計

根據規劃，道路中心線與總干渠交角83.295°。橋位處干渠底寬18 m，設計高程112.113 m，一級護坡斜率1：2。一級馬道寬5 m，通行凈空不小于4.5m，馬道設計高程121.323 m。南北兩側馬道外設二級護坡、防護堤及截流溝等設施。設計水位119.113 m，加大設計水位119.813 m（見圖1）。

為減小主跨跨徑，橋墩布置在一級馬道之外并盡量靠近一級馬道，橋梁一跨跨越總干渠及其相關構筑物，盡可能減少橋梁與干渠的施工干擾，同時為避免橋梁結構的不均勻沉降對干渠結構可能帶來的不利影響，橋梁基礎也應距離一級護坡邊緣一定的距離。綜合合理跨徑布置及經濟性因素，確定選用連續梁橋作為跨渠橋梁的設計方案，橋梁跨徑布置為：45+75+45=165（m）。橋梁北側縱坡2.38%，南側縱坡為0.5%，豎曲線半徑為4500m。

圖1 橋梁立面圖（單位：m）

跨渠橋梁采用三跨變高度連續梁橋，跨徑布置為：45+75+45=165（m）。道路全寬 80m，根據道路規劃，橋梁分左、中、右三幅設計。左幅橋寬22.5 m，橋面布置為6 m（人行道）+16 m（混合車道）+0.5 m（防撞護欄）；中幅橋寬20 m，橋面布置為0.5 m（防撞護欄）+19 m（機動車道）+0.5 m（防撞護欄）；右幅橋寬25.5 m，橋面布置為0.5 m（防撞護欄）+19 m（機動車道）+6 m（人行道）。橋梁分為左、中、右三幅，均以各幅橋的箱梁中心線與總干渠中心線的交點作為中跨跨中進行跨徑布置，在各幅箱梁中心線上的跨徑布置均為：45+75+45=165（m）。

2.3.2 上部結構

橋梁上部結構采用三跨變高度預應力混凝土連續梁結構，梁高按二次拋物線變化，梁高方程為：H=2.0（X/35.0）2+2.2(m)，跨中梁高 2.0 m；支點梁高4.2 m（見圖2）。

橋梁按照道路樁號前進方向，分為左、中、右三幅，左幅、右幅采用單箱四室斷面，中幅采用單箱三室斷面。三幅箱梁的橋面寬度分別為22.5m、20m、25.5m，懸臂長度均為2.5m，頂板厚度均為0.25m；底板厚度均為0.25～0.8 m；腹板厚度均為0.45～0.75 m。中橫梁寬3 m，端橫梁寬1.5 m。

考慮盡量減少與干渠施工的交叉影響，上部結構采用對稱懸臂澆注施工。0#塊長度為12 m，懸澆部分節段長度分別為3.0 m、3.5 m，其中1號、2號節段為3.0 m，其余均為3.5 m；合龍段長度為2 m，邊跨支架現澆段長6.38 m。最大懸澆節段重量約為2171 kN，掛籃重量要求不超過950 kN。

鑒于跨渠橋梁的特殊重要性，橋梁上部結構縱向按全預應力構件進行設計。

2.3.3 下部結構

為了減少主梁施工期間對一級馬道及二級邊坡造成影響，墩梁固結方案采用了預應力粗鋼筋和臨時支座的形式。為在墩身內布置足夠的預應力粗鋼筋，橋梁主墩采用花瓶型板式墩身，順橋向厚3.0 m。主墩均采用3.5 m厚承臺+φ1.5 m鉆孔灌注樁的基礎形式，樁長均為70 m。

橋臺采用肋板式橋臺，臺后按照1：1.5放坡，橋臺錐坡采用漿砌片石護坡。橋臺下φ1.2 m鉆孔灌注樁，樁長42 m。

2.3.4 附屬設施

為保證橋梁運營期間不會影響總干渠水體，對橋面雨水縱向統一收集后由橋臺處泄水管排至地面，并最終匯至大堤外側的截水溝中。

另外，為防止在橋梁運營期間橋面落物污染總干渠中水體，經南水北調相關部門要求，主橋范圍內橋面兩側均布置了2.5 m高的防拋網片，全橋共設置6道。防拋網片均采用防腐效果較好的鍍鋅鋼絲。

2.4 施工方案

為盡量減少與干渠施工的相互影響，主梁采用對稱掛籃懸臂澆注施工。主要施工步驟如下：

（1）施工準備，四通一平。

（2）橋梁樁基礎、承臺、橋墩（臺）施工。

圖2 上部結構構造立面圖（單位：m）

（3）搭設主橋0號塊支架，澆注0號塊混凝土。待混凝土齡期及強度達到設計要求后，張拉相應預應力鋼束。墩梁臨時固結后拆除0號塊支架。

（4）0號塊兩側安裝掛籃，對稱懸臂澆注1號塊。待混凝土齡期及強度達到設計要求后，張拉相應預應力鋼束，平移掛籃準備施工下一節段。

（5）重復上述步驟，對稱掛籃懸臂澆注剩余梁段。

（6）搭設邊跨現澆段支架，澆注邊跨部分梁段。

（7）搭設邊跨合龍吊架，安裝合龍段勁性骨架，澆注合龍段，邊跨合龍，待混凝土齡期及強度達到設計要求后，按設計要求分批張拉合龍段預應力鋼束。

（8）安裝中跨合龍段勁性骨架，解除主墩頂臨時固結裝置，澆注中跨合龍段，拆除掛籃。待混凝土齡期及強度達到設計要求后，分批張拉合龍段預應力鋼束。

（9）施工橋面附屬設施。

（10）全橋貫通，荷載試驗，竣工通車。

橋梁主墩承臺、墩身施工與南水北調總干渠施工存在工序交叉的情況。為保證橋梁施工及南水北調總干渠施工順利進行，施工期間與相關部門進行了積極地溝通，并科學地進行施工組織安排：

（1）0號塊施工結束后，需要進行墩梁臨時固結以保證懸臂施工期間的安全。由于主墩距離一級馬道較近，若采用臨時支墩的墩梁固結方案，臨時支墩將影響一級馬道的施工，同時還將影響一級馬道作為南水北調總干渠施工期間臨時通道的作用。經過方案比選，最終確定采用不影響一級馬道施工的預應力粗鋼筋+高強度硫磺砂漿臨時支座的墩梁固結形式。

（2）主墩承臺基坑開挖會對總干渠大堤破壞，由于總干渠的大堤回填要求較高，因此橋梁基礎施工結束后，由南水北調總干渠建設部門按干渠建設標準統一實施河道防滲和大堤回填。

3 結語

南水北調是緩解我國北方水資源嚴重短缺局面的重大戰略性工程。為保證總干渠工程的順利進行，所有跨渠橋梁的建設均需服從總干渠的總體要求。變高度連續梁橋結構明確，施工簡單，對總干渠施工影響較小。

[1]黃大寨,丁文在,吳定山.懸澆箱梁中常見的幾種結構型式墩梁固結的優缺點[J].公路交通技術，2006,（6）.

[2]袁宇亮，梁祥金，馮濤.淺議橋梁美學在南水北調工程中的應用[J].南水北調與水利科技,2008,(6).