高速公路特大型橋梁與跨大堤橋設計方案研究*

王志豪，馬 婧

（鄭州市公路工程公司，河南 鄭州 450001）

濮陽至陽新高速公路黃河特大型橋梁跨大堤橋的橋址水文特征獨特，通航環境及周圍生態環境要求較高。該橋址的選擇既要滿足通航和河道特征要求，還要與工程地質、地形地貌條件、水文（水利）條件等相適合，更應與周圍環境及景觀要求等相一致。在我國加強保護生態環境的大背景下，橋梁建設既要處理好耐久性和造價費用、后期養護等問題，又要考慮施工技術難易程度、結構造型與堤外引橋的搭配，以及同周圍環境的協調性。為此，通過比對波形鋼腹板式組合梁橋與預應力連續梁橋的技術方案，從中選擇適用連續梁橋的最佳設計方案。

1 工程概況

濮陽至陽新黃河特大橋全長8 127 m，橋寬2×16.56 m，工程造價高，工程規模大，橋梁形式選擇是該項目的關鍵。起點樁號自北向南，分別為：北堤的外引橋、跨大堤橋、堤內引橋，主橋，以及南堤的內引橋、跨大堤橋、堤外引橋等組成。全橋共36 聯，伸縮縫37 道。表1 為陽新高速公路黃河特大橋跨徑布置方案。

表1 陽新高速公路黃河特大橋跨徑布置方案

濮陽至陽新黃河特大橋水文地質條件符合黃河水文水利特征，地質復雜，抗震設防烈度高，沖刷大，屬典型游蕩性河段。主河槽擺動大，應充分考慮黃河綜合治理、開發利用及防洪規劃等問題，橋梁選擇位于黃河主河槽順直且窄的部位跨越[1]，應盡量減小黃河橋軸線與主河槽中泓線、治導線法線與橋軸線的夾角。

2 濮陽至陽新黃河特大橋橋位方案

2.1 濮陽至陽新黃河大橋橋位比選位置

上下游黃河大橋合理分布根據水利部黃河水利委員會相關要求[2]，高村至陶城鋪河段的容許橋梁間距應在5 km 以上。其中，方案K 線橋位與上游G106 東明黃河大橋相距14.8 km，與下游S304（規劃中） 黃河大橋相距12 km。方案AK 線橋位與上游G106 東明黃河大橋相距13 km，與下游S304（規劃中） 黃河大橋相距13.8 km。K 線橋位和AK線橋位，這兩個方案均滿足橋位設計要求。

2.2 保證橋址所處河道的穩定性

橋位處一般要求河勢較穩定，主流在不同時期、不同流量下擺幅較小，深泓點位置變化不大，主槽窄深，變化小。根據黃河水利委員會相關要求，黃河大橋橋墩設置以不影響河道主流變化為原則，橋梁軸線與洪水主流方向垂直，若有交角偏差，不宜超過10°。K 線橋位和AK 線橋位都位于張閻樓工程和連山寺工程之間，河勢穩定，主槽擺幅較小。另外，治導線與K 線橋位間呈4°夾角，與AK 線橋位間呈2°夾角，均滿足橋梁穩定性的設計標準[1]。

2.3 銜接優化高速路網

濮陽至陽新黃河特大橋工程，起點始于濮范高速，向南線路，濮陽小辛莊南，上跨黃河北大堤為K 線方案，偏東南方，于菏澤牡丹區李莊集東高寨村的東北向跨黃河南大堤，南與荷東高速相接。AK 線跨黃河北大堤，在濮陽市晁莊的北向，路線偏東南方，在高寨村的西南向跨黃河南大堤，南與菏寶高速相接。

路線布線時，考慮到前后互通的間距，經過兩省綜合城市路網對接，經多次論證確定路線的具體位置，并通過預測交通量、車道數計算，最終進行服務水平評價。主橋與跨大堤橋考慮的主要影響因素有以下3 點。

1） 黃河大橋的合理分布符合高速公路網的整體走向。

2） 橋址處河道的穩定性注意軟土及地震液化對路區及路基結構的影響。橋址處屬黃河中下游，而黃河下游地表土層承載力不佳，工程性質一般或較差，粉土段易形成地震液化，影響河道及橋梁穩定性。

3） 壅水的影響。橋墩壅水會不斷地沖刷堤壩和河道，這在一定程度上降低了河道及堤防工程的防洪等功能。

根據以上的控制因素，參照JTG 3362-2018《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》[3]，本項目初擬定黃河橋位為：K 線橋位方案，即北側跨黃河北大堤，沿東南向跨過黃河，在高寨村東北向跨南大堤。

3 預應力混凝土連續梁橋方案比選

連續梁橋跨中梁高比較小，結構輕盈，此高度梁能較好地符合梁的內力分布規律，初步設計提出兩個梁式橋設計方案，并從材料方面對此方案進行比選。

3.1 方案一：預應力混凝土連續梁橋設計

綜合考慮施工技術、經濟性、混凝土耐久性，以及通航要求，制定了預應力混凝土連續梁設計方案。此方案中，預應力混凝土連續梁技術較為成熟，且應用最為廣泛，因此，將大堤橋跨布置為（75+130+75）m 預應力混凝土連續梁橋，全長280 m，橋寬2×16.56 m，采用上下行分離式橋梁。上部結構為預應力混凝土變截面連續梁，大堤橋邊跨與中跨比為0.577。主梁屬單箱室斷面，箱梁底、頂寬度分別為8.5 m 和16.56 m，4.03 m 長的懸臂。主橋箱梁選取豎向、橫向、縱向預應力混凝土，其中縱向結構設計為全預應力，由于鋼絞線具有低松弛高強度的特征，縱向結構采用鋼絞線。豎向預應力為螺紋鋼筋。在具體施工中，常用的懸臂澆筑、懸臂拼裝、頂推施工、滿堂支架等施工方法的應用無須設置大量臨時設備和施工支架，不會給橋下通車及通航造成影響，施工期也不受水位及季節影響，具有非常強的施工優勢。

3.2 方案二：波形鋼腹板預應力混凝土組合梁橋

橋跨布置為（75+130+75）m 波形鋼腹板預應力混凝土組合梁橋，全長280 m，橋寬2×16.56 m，采用上下行分離式橋梁。參照（DB37/T 3549-2019）《大跨徑波形鋼腹板預應力混凝土組合箱梁橋技術規范》[4]和黃河特大橋實際要求，上部結構采用波形鋼腹板預應力混凝土組合梁橋，邊跨與中跨的比例為0.577。主梁為單箱單室型。梁高與底板依據2 次拋物線變化，波形鋼腹板采用Q345qD 鋼材。以波形鋼腹板取代混凝土腹板，箱梁為波形鋼腹板與鋼筋混凝土相結合的組合結構，利用10 ～30 mm 厚度鋼板代替30 ～80 mm 厚度的混凝土腹板，能夠有效減輕橋梁重量，也提高了橋梁的美觀性。但斜拉橋施工工藝復雜且養護工作量大，成本造價高[5]。波形鋼腹板預應力混凝土組合梁橋，縱向預應力筋為體內束、體外束。預應力為鋼絞線，體內束內設連續梁，承受恒載；體外束用于承受活載，于全橋合龍后穿索張拉。波形鋼腹板預應力混凝土組合梁橋大量使用體外預應力鋼束，能夠增強結構的穩定性和強度，進而降低其跨中下撓風險，增強抗震性能。

3.3 方案比較分析

預應力混凝土連續梁橋具有施工工藝成熟、工期短、造價低及后期養護工程量小等優點，當前被廣泛應用于60 只150 m 跨徑范圍內。而波形鋼腹板預應力混凝土梁式橋是一種高效、經濟且施工簡單便捷的新型橋梁形式，可恰當地將混凝土和鋼兩種材料有機結合，降低了大跨徑混凝土梁式橋腹板開裂及跨中下撓的風險，應用體外索方便了后期橋梁維修[6]。同時，波形鋼腹板預應力混凝土連續梁的懸空施工工藝復雜，對施工控制及施工質量要求非常高，后期維護難度大，維護成本高。這兩種橋型方案的跨徑組合相同，差別主要在結構的合理性、工程造價、工期、后期維護及施工難度等方面，經分析比較，方案一、方案二各有優缺點。表2 為跨大堤橋設計方案比較情況表。

表2 跨大堤橋設計方案比較情況表

通過表2 對比分析得出：預應力混凝土連續梁橋設計方案有成熟的施工經驗，后期維護少，造價及維護成本比較低[7]。考慮造型與堤外引橋的搭配，以及同周圍環境協調性等因素[8]，最終，濮陽至陽新高速公路特大型橋梁工程跨大堤橋選擇預應力混凝土連續梁橋設計方案。

4 結束語

濮陽至陽新黃河特大型橋梁跨越河南省與湖北省高速公路，在具體擬定本項目的橋位方案時，要考慮兩省、兩市的橋位對接，高速公路網的路線整體走向，橋址處河道的穩定性以及黃河防洪等多種因素。同時，還要處理好航道、交通、生態環境間的關系，確保橋梁耐久性及安全性是橋梁工程的關鍵。本設計采用預應力混凝土連續梁橋方案，盡可能地降低了通航風險及施工風險，節省造價，此跨大堤橋材料選型可為類似工程設計及材料選用等提供參考。