濟南鳳凰黃河大橋總體設計

常付平，許為民，李盤山，王媛媛

[1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092；2.濟南城市建設集團有限公司，山東 濟南 250100；3.滕州市交通運輸局，山東 滕州277500]

1 項目背景

濟南鳳凰黃河大橋[1]位于濟南市東北部，是連接濟南新東站與崔寨地區中心的南北向交通性主干道。項目路線南起鳳凰路與荷花路交叉口，依次跨越邯濟至膠濟鐵路聯絡線、南水北調工程濟東明渠后繼續往北，在小河套村向西北方向延伸，跨越黃河后與G 220 平交，見圖1。橋位距上游石濟客運專線橋約5.1 km，距下游濟南黃河三橋約3.1 km。工程全長6.683 km，全線包含特大橋兩座，其中跨黃河段大橋總長3 788 m，跨邯濟至膠濟鐵路聯絡線及南水北調濟東明渠橋總長1 323 m。跨黃河段橋梁為公路交通與軌道交通共建段，集約利用寶貴的過河通道資源，節省工程造價；其他橋段為公路交通與軌道交通分離布置。

圖1 項目地理位置圖

2 設計標準

（1）道路等級：一級公路兼城市主干路。

（2）行車速度：60 km/h。

（3）車道寬度：2×（4×3.5 m）。

（4）設計荷載：汽車為公路Ⅰ級（城—A 級復核）；人群按《公路橋涵設計通用規范》（JTGD 60—2015）取用。

（5）設計洪水頻率為1/300；300 a 一遇洪水位為36.09 m。

（6）通航：Ⅳ級航道，通航凈寬不小于130 m，通航凈高不小于8 m；設計通航最高水位為35.3 m。

（7）環境類別：II類環境。

（8）風：地表類別A 類，基本風速（100 a 重現期）28.6 m/s（規范值）。

（9）地震：本工程抗震設防烈度按不低于7 度（0.10g）進行抗震設防。

（10）冰壓力：最高冰凌期水位24.984 m，最大冰厚0.48 m，冰壓力750 kN/m2；

（11）預留軌道工程

a.車輛

根據濟南市軌道交通R1 線現階段設計成果，暫按100 km/h 的6 編組A 型車控制，車輛固定軸距2.5 m，定距15.7 m，重車軸重為170 kN。列車活載計算圖式見圖2。

圖2 列車靜活載計算圖式（單位：m）

b.二期荷載

按有砟軌道考慮，直線段二期恒載124.2 kN/m，曲線段129.2 kN/m。

3 橋梁總體設計

3.1 縱斷設計

3.1.1 跨黃河段縱斷控制條件

（1）通航凈空：內河Ⅳ級航道，設計最高通航水位35.3 m（1985 國家高程系統，下同），通航凈空高度8 m。

（2）防洪要求：設計洪水位36.09 m，梁底高程不得低于38.47 m。

（3）跨大堤凈空要求：跨大堤處梁底高程不得低于42.6 m。

3.1.2 跨線段縱斷控制條件

（1）南水北調堤頂路凈空：堤頂路凈空不小于4.5 m。

（2）邯膠鐵路聯絡線凈空：橋下凈空不小于10.0 m（軌頂標高28.6 m）；且需預留掛籃施工空間。

3.2 橫斷面設計

（1）橫斷面布置形式

目前，國內已（在）建公鐵（軌）共建[2-3]橋梁，多采用分層布置模式，即上層布置機動車道，下層布置軌道交通或者鐵路交通，該種斷面布置方式機動車爬坡高度大，再者濟南段黃河為懸河，堤頂與兩岸接線地面標高差10 多米，分層布置會導致兩岸接線長度加長，且與橫向交叉道路溝通困難。因此本橋共建段采用公軌同層布置。

公軌同層布置分為軌道交通對稱布置在結構外側、軌道交通布置于結構單側及軌道交通居中布置三種形式。從結構受力的合理性以及軌道交通運行的安全性上來看，軌道交通布置在外側橋面排水不易處理。在發生緊急情況時，軌道交通布置在橋梁內側對疏散人群更為有利。因此本橋按照軌道交通居中布置方案。

（2）橫斷面設計

道路等級為一級公路兼城市主干路，雙向8 車道，每幅橋寬16.5 m，中間設10.2 m 軌道交通預留空間，兩側設3 m 非機動車道和1.75 m 人行道，考慮主橋結構寬度后，橫斷面全寬61.7 m，見圖3。考慮到水中引橋需頂推施工，橫斷面布置同主橋，不進行結構區變化。

圖3 主橋、水中引橋橫斷面（單位：m）

考慮道路的順接及工程造價，跨大堤引橋范圍結構區變化，安全距離由4.5 m 變至0.65 m，公路橋兩內側防撞欄桿間距寬19.2～11.5 m，橋梁全寬54.0～61.7 m，見圖4。

圖4 跨大堤引橋橫斷面（單位：m）

陸上引橋及跨線引橋（跨南水北調橋梁、跨邯膠鐵路聯絡線橋梁除外）為雙向8 車道，分兩幅布置，每幅橋寬16.5 m，兩幅之間預留軌道交通空間11.5 m。跨邯膠鐵路聯絡線橋梁為雙向八車道，兩側設2.05 m兩級防撞區，每幅橋寬18.7 m，兩幅之間預留軌道交通空間11.4 m；跨南水北調橋梁為雙向八車道，兩側設3.0 m 非機動車道和1.75 m 人行道，分兩幅布置，每幅橋寬21.25 m，兩幅之間預留軌道交通空間11.5 m，見圖5。

圖5 引橋標準斷面（單位：m）

3.3 孔跨布置

3.3.1 跨黃河段孔跨布置控制條件

橋位處大堤間距約2 300 m，主河槽寬度約830 m，稍偏向右岸。主河槽兩側為灘涂。左右兩岸堤后均為淤背區，寬度均約100 m。河槽橫斷面見圖6。

圖6 河槽橫斷面

跨黃河段橋梁孔跨布置主要考慮以下幾個因素：

（1）根據（黃建管【2007】48 號）規定，黃河干流陶城鋪以下建橋，主河槽孔跨不小于180 m，灘地孔跨不小于50 m，且采用全橋渡跨越方式。

（2）黃河下游干流橋梁跨越堤防需采取立交方式。為滿足堤防工程管理與搶險交通的需要，采取立交方式跨越堤防的，兩岸跨堤處梁底標高應考慮河道沖淤影響，滿足大橋設計水平年（50 a）的設計堤頂高程加4.5 m 交通凈空。

（3）根據防洪評價結論，橋位附近河段現狀寬度約830 m，主河槽內最多只能設一個橋墩（或橋塔）。

（4）橋梁跨越堤防，橋墩應離開堤身設計堤腳線一定距離（原則上黃河不得小于5 m）。山東段黃河淤背區內僅可設置一個橋墩。

（5）橋位河段規劃為Ⅳ級航道，通航凈空高度不小于8 m，通航凈寬不小于130 m。

3.3.2 跨線段孔跨布置控制條件

（1）橋梁工程設計及施工不能侵入南水北調工程濟東明渠界樁范圍（約73 m），承臺需埋至河床底面以下。

（2）橋墩不侵入邯膠鐵路聯絡線路基邊坡范圍內。

3.3.3 孔跨布置

綜合考慮上述控制條件及臺后填土高度，跨黃河段橋梁總長3 788 m，跨線段橋梁總長1 323 m。具體布置見表1。

表1 橋梁孔跨布置

3.4 主橋設計

主跨428 m 的橋梁，可選擇的橋型主要有懸索橋、斜拉橋、拱橋和桁架橋等方案。該跨徑桁架橋造價不占優勢，且建筑高度較低，標志性弱，景觀效果不突出。上承式、中承式拱橋橋下拱肋結構寬度較大，防撞要求高。根據防洪評價批復下承式拱橋結構做成四跨或六跨，景觀效果一般。黃河“有水不能行船，無水不能行車”，斜拉橋的施工方案無法按照一般大跨斜拉橋的懸拼施工，同樣需要大量支架轉運或者頂推，經比較分析斜拉橋比懸索橋便宜4.1%，經濟性不顯著，但效果與懸索橋相比相差較大，因此最終采用懸索橋結構體系。

主橋橋型方案采用三塔自錨式懸索橋[4]，跨徑布置為70 m+168 m+428 m+428 m+168 m+70 m=1 332 m。主纜跨徑布置為171.5 m+428 m+428 m+171.5 m，中跨矢跨比為1/6.15，邊跨垂跨比為1/15.6。主梁采用組合板組合梁[5]，寬度61.7 m，梁高4 m，吊索標準間距9.0 m。橋塔采用A 型混合塔結構。矩形承臺，鉆孔灌注樁基礎。總體布置見圖7。

圖7 主橋總體布置（單位：m）

3.5 水中引橋設計

對于跨徑70～80 m 的橋梁結構，可采用鋼箱梁、混凝土梁和鋼－混凝土組合梁等方案。混凝土梁結構自重大，特別是對于超寬斷面，橋面板橫向受力大，需配置橋面板橫向預應力，施工較復雜。因此不推薦采用混凝土連續梁。組合梁橋的經濟性比采用正交異性鋼橋面板鋼箱梁優，而且組合梁橋能避免采用正交異性鋼橋面板帶來的疲勞問題，降低運營期間的養護難度，提高了橋梁的耐久性，因此推薦采用組合鋼箱梁橋。

北側水中引橋總長320 m，跨徑布置4×80=320 m，見圖8；南側水中引橋總長210 m，跨徑布置為3×70=210 m，見圖9。主梁均采用等高單箱四室組合鋼箱梁，梁高4.0 m，寬度為61.7 m。墩柱采用多邊形截面空心墩，矩形承臺，鉆孔灌注樁基礎。

圖8 北側水中引橋總體布置圖（單位：m）

圖9 南側水中引橋總體布置圖（單位：m）

3.6 跨大堤引橋設計

主跨165 m、245 m 橋梁可采用橋型為梁橋、斜拉橋、懸索橋、拱橋及桁架橋等。本工程主橋采用主跨428 m 三塔四跨自錨式懸索橋，出于全橋景觀考慮，跨黃河大堤引橋橋面以上不宜設置結構物，因此跨大堤引橋橋型選定為梁橋體系。

橋位地質條件較差，且跨大堤橋梁橋墩高度很低，不適宜采用連續剛構。大跨徑預應力混凝土連續梁橋要用大噸位支座及合龍后需進行體系轉換，給施工、養護（尤其是支座更換）帶來許多不便，也不適合采用。而鋼箱梁結構造價高、剛度較弱，且橋面鋪裝易產生疲勞破壞，耐久性較差，后期養護維修麻煩，因此推薦采用變高連續組合梁。

南側跨大堤引橋采用跨徑組合為104 m+165 m+104 m=373 m，見圖9。主梁采用變高度連續鋼箱組合梁橋，梁高4.5～7.0 m，橋面寬度54.2～61.7 m。墩柱采用多邊形截面空心墩，矩形承臺，鉆孔灌注樁基礎。橋跨布置見圖10。

圖10 南側跨大堤引橋總體布置圖（單位：m）

北側跨大堤引橋采用跨徑組合為154 m+245 m+154 m=553 m，見圖10。主梁采用變高度連續鋼箱組合梁橋，梁高4.8～10.0 m，橋面寬度54～61.7 m。墩柱采用多邊形截面空心墩，矩形承臺，鉆孔灌注樁基礎。橋跨布置見圖11。

圖11 北側跨大堤引橋總體布置圖（單位：m）

3.7 陸上引橋及跨線引橋設計

陸上引橋及跨線引橋采用40 m、37 m 連續梁，主梁連續箱梁（單箱雙室）均采用等高截面，梁高2.3 m，橋寬16.5 m，雙幅布置。墩柱采用圓端形橋墩，墩下設承臺、鉆孔樁基礎，見圖12。

圖12 陸上引橋及跨線引橋橫斷面（單位：m）

跨南水北調引橋跨徑布置57 m+96 m+57 m=210 m，主梁連續箱梁（單箱雙室）均采用變高截面，梁高2.6～5.8 m，橋寬21.25 m，雙幅布置。墩柱采用圓端形橋墩，墩下設承臺、鉆孔樁基礎，見圖13。

圖13 跨南水北調橋橫斷面（單位：m）

跨邯膠鐵路聯絡線橋跨徑布置為45 m+72 m+45 m=162 m，主梁連續箱梁（單箱雙室）均采用變高截面，梁高2.3～4.5 m，橋寬18.8 m，雙幅布置。墩柱采用圓端形橋墩，墩下設承臺、鉆孔樁基礎，見圖14。

圖14 邯膠鐵路聯絡線橋橫斷面（單位：m）

4 結語

鳳凰黃河大橋于2018年10月開工建設，預計于2021年10月建成通車。

（1）鳳凰黃河大橋橋梁全長5 111 m，包含了自錨式懸索橋、連續組合鋼箱梁橋、預應力混凝土連續梁等多種結構形式，技術難度較高。

（2）在橋位資源越來越少的今天，跨黃河橋梁采用公軌合建，具有較高的前瞻性。

（3）跨黃河大橋主橋三塔自錨式懸索橋及跨大堤引橋大跨組合連續梁均為同類橋型跨徑世界第一，具有較高的技術含量，可為同類橋型的建設提供借鑒。