彎曲河段橋梁通航凈空尺度及橋跨布置方案探討

盧瑜 廣西南寧宏港設(shè)計有限公司

1.工程概況

南寧市三岸大橋位于南寧市青秀山東側(cè)，上距老口樞紐約51.7km，下距邕寧樞紐約18.5km。

南寧市三岸大橋改造工程擬在舊橋上游新建由北向南的四車道復(fù)線橋，舊橋繼續(xù)利用，僅對橋面系進行改造。現(xiàn)狀三岸大橋為凈跨徑270m的中承式鋼管混凝土拱橋，復(fù)線橋為凈跨徑300m鋼管混凝土下承式系桿拱橋，主橋一跨跨過通航水域，單孔雙向通航。

2.橋區(qū)通航環(huán)境

2.1 航道現(xiàn)狀及規(guī)劃

橋梁所在的西江航運干線南寧（老口～牛灣作業(yè)區(qū)段）現(xiàn)狀為Ⅲ級航道，航道維護尺度為2.6×60×550m（水深×寬度×彎曲半徑，下同）。工程河段規(guī)劃為內(nèi)河Ⅱ級航道，航道維護尺度為3.50×80×550m，通航2000噸級船舶。

2.2 相鄰水上設(shè)施

復(fù)線橋于河道彎頂過江，上距規(guī)劃青坪大橋約0.8km，下距舊橋6.8m、下距廣西沿海鐵路三岸邕江特大橋（簡稱“南欽高鐵橋”）40m，舊橋上游約50m處為青屯220kV高壓線。

現(xiàn)狀三岸大橋于1998年建成，主橋為中承式鋼管混凝土拱橋，通航孔跨度270m，設(shè)計最高通航水位73.17m（5年一遇，國家85高程，下同），通航凈寬150m，凈高10m。

南欽高鐵橋主橋為連續(xù)鋼桁架拱橋，通航孔跨度276m，設(shè)計最高通航水位74.43m（10年一遇），通航凈寬221m，凈高22.0m。

規(guī)劃青坪大橋主橋為中承式鋼箱拱橋，通航孔跨徑370 m，設(shè)計最高通航水位76.26m（20 年一遇），通航凈寬370m，凈高大于10m。

青屯220kV高壓線與復(fù)線橋凈距僅14m，橋梁施工對其有影響，需改遷。

圖1 橋位平面布置示意圖

2.3 橋區(qū)船舶習(xí)慣航路

橋址位于邕寧水利樞紐庫區(qū)，水流條件較好，原橋址上游約150m右岸的冷水洲被淹沒。正常蓄水位時，橋區(qū)河面寬度約300m，上行船舶沿河中深槽航行經(jīng)過三岸大橋后轉(zhuǎn)向左岸，沿冷水洲左側(cè)深槽上行；下行船舶習(xí)慣沿航道線行駛；但洪水期部分漁船沿河道右岸緩流（冷水洲右側(cè)）上行。

2.4 通航設(shè)計代表船型

根據(jù)橋梁所跨西江航運干線（南寧老口～牛灣段）規(guī)劃航道等級，結(jié)合《內(nèi)河通航標準》（GB50139-2014）、《關(guān)于公布西江航運干線過閘船舶標準船型主尺度系列及有關(guān)規(guī)定的公告》（2011年第94號）、《內(nèi)河過閘運輸船舶標準船型主尺度系列 第3部分：西江航運干線》（GB 38030.3-2019）規(guī)定船型，確定橋區(qū)通航設(shè)計代表船型如表1所示。

3.設(shè)計通航水位的確定

工程河段規(guī)劃為Ⅱ級航道，設(shè)計最高通航水位采用20年一遇水位。本工程位于邕寧樞紐庫區(qū)河段，應(yīng)根據(jù)《內(nèi)河通航標準》第6.4.4條、第6.4.5條規(guī)定推算橋梁設(shè)計最高通航水位、最低通航水位。

參考《廣西南寧市邕寧水利樞紐工程初步設(shè)計報告》（報批稿，廣西南寧水利電力設(shè)計院、廣西珠委南寧勘測設(shè)計院共同編制），推算的邕寧樞紐庫區(qū)河段沿程水面線上包線、下包線結(jié)果，橋址處設(shè)計最高通航水位為76.20m（20年一遇）、設(shè)計最低通航水位為66.11m。

4.通航凈空尺度論證

4.1 通航凈高

規(guī)范要求，Ⅱ級航道過河建筑物通航孔通航凈高不小于10m，側(cè)高不小于6m。復(fù)線橋在20年一遇水位情況下設(shè)計通航凈高11.62m，跨中梁底高程（87.821）介于現(xiàn)有三岸大橋及南欽高鐵橋之間，較現(xiàn)狀三岸大橋梁底高程高4.45m，滿足規(guī)范及2000噸級船舶通航要求，并留有一定的富裕度。

4.2 通航凈寬

（1）計算公式。根據(jù)《標準》附錄C第C.0.1條規(guī)定，當橋軸線法線方向與水流交角不大于5°時，橋梁單孔雙向通航凈寬可按下列公式Bm2＝2BF+b+△Bm+Pd+Pu計算，其中BF＝Bs+Lsinβ；當橋軸線法線方向與水流交角大于5°時，需另外考慮交角、橫向流速加寬值。

（2）通航凈寬計算。

①計算參數(shù)：

A、行航行漂角β：Ⅱ級航道取6°。

B、下行船舶的偏航距Pd：橋區(qū)橫向流速最大值為0.35m/s，查表C.0.1保守考慮取值為22.5m；

C、上行船舶的偏航距Pu：取為0.85Pd。

②船舶航行所需最小凈寬，見表2。

③交角、橫向流速加寬ΔB：

根據(jù)本工程橋區(qū)水流條件數(shù)值模擬分析結(jié)果，橋區(qū)橫向流速最大值為0.35m/s，參考《標準》附錄C.0.3表5.2.2-1，ΔB取值為30m。

④斜交加寬：

復(fù)線橋橋軸線法線與水流方向最大夾角為7.76°，根據(jù)幾何關(guān)系，斜交加寬=B斜-B正，其中B斜＝（B正+L墩×sinθ）/cosθ，B正=150+30=180m，L墩=43m（取舊橋與復(fù)線橋橋臺長度順水流方向之和），計算得斜交加寬值為7.25m。

⑤紊流加寬ΔB紊流：

參考《內(nèi)河通航標準》（GBJ139-90）修訂專題研究報告中橋墩紊流總寬度經(jīng)驗公式E=0.88KSV0.75b0.56h0.44進行計算，式中：

Ks—與橋墩形狀相關(guān)的系數(shù)，本橋橋墩為方頭墩：Ks=1.2

b—墩形計算寬度（m），b=2（墩長×sinα+墩寬×cosα）

h—橋墩附近水深

α—橋區(qū)航道線與水流方向夾角

V—墩前流速

選取橋墩附近采樣點水流流速、與航道線夾角計算得橋墩紊流總寬度為49m。

⑥通航孔凈寬限制值：

經(jīng)計算，橋梁通航孔凈寬限制值為：150+30+7.25+49=236.25m（取整237m）。橋梁設(shè)計通航孔凈寬285.5m，滿足規(guī)范及通航要求。

表1 復(fù)線橋論證通航設(shè)計代表船型

表2 船舶航行所需最小凈寬計算表 單位：m

5.橋跨及墩臺布置

綜合考慮橋址于彎頂跨江、城市橋梁景觀效果、防洪影響及舊橋?qū)聿鸪臄U建可能的等因素，復(fù)線橋采取大跨度（300m）一跨跨過通航水域設(shè)計方案；與舊橋、南欽高鐵橋?qū)撞贾茫瑥?fù)線橋與舊橋邊緣距離控制在50 m以內(nèi)，橋墩布置在邕寧樞紐正常蓄水位67.17m水沫線處，橋墩承臺全部埋入河床。橋跨布置符合《標準》相關(guān)規(guī)定，同時增加通航孔有效凈寬，降低船舶撞擊橋梁的風(fēng)險。

6.通航安全保障措施

復(fù)線橋及規(guī)劃青坪大橋建成后，短距離內(nèi)布置有4座橋梁，相對單座橋梁，橋群對通航條件的影響更為復(fù)雜，將增加船舶操控及避讓難度。受舊橋通航凈寬影響，在舊橋未拆除改擴建之前，橋區(qū)航道線按舊橋通航凈寬150m布置，凈高按10m（5年一遇水位73.17m情況下）控制，綜合考慮4座橋梁平面布置及凈高，統(tǒng)籌考慮設(shè)置橋區(qū)助航標志，并設(shè)置必要防撞設(shè)施引導(dǎo)船舶安全通過橋區(qū)。

7.結(jié)論

復(fù)線橋橋梁選址存在一定不利因素，但綜合考慮現(xiàn)場地形、舊橋及相鄰橋梁布置方案、兩岸道路布局、景觀效果、防洪影響及投資規(guī)模等因素，適當考慮加寬，橋梁采用大跨度（300m）一孔跨過通航水域的設(shè)計方案，通航凈空尺度滿足Ⅱ級航道單孔雙向通航要求。