三魯公路跨航道橋梁主橋方案的技術經(jīng)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(huán)十射”規(guī)劃干線航道之一，是長江三角洲地區(qū)高等級航道網(wǎng)的主要組成部分，是溝通洋山深水港區(qū)和相鄰省區(qū)的重要國家級集裝箱運輸主通道。整治后大治河航道由現(xiàn)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(guī)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(xiàn)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(jù)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(guī)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(nèi)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(jié)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(xù)要求

主墩處需確保駁岸構造連續(xù)。

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(nèi)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(yè)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(jīng)侵入河道藍線。

根據(jù)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(guī)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(guī)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(jīng)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?；釉靸r降低、施工風險減小，但主跨跨徑加大，上部結(jié)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(nèi)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(cè)。

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?qū)?0 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(xù)梁（方案一）和69 m+112 m+69 m預應力混凝土連續(xù)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(guī)模較小，但基坑開挖深度增大。按30 m橋?qū)挼念A應力混凝土連續(xù)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(jīng)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(guī)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(nèi)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(yōu)先考慮采用技術可靠、施工工藝成熟、經(jīng)濟合理的現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)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(jù)大蘆線一期的初步設計成果，該工程跨徑范圍內(nèi)的自錨式懸索橋單位造價比同跨徑預應力混凝土連續(xù)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(xù)梁和斜拉橋之間的一種橋型，相對于連續(xù)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(jù)大蘆線一期的建設經(jīng)驗，該工程跨徑范圍內(nèi)的矮塔斜拉橋造價比同跨徑的預應力混凝土連續(xù)梁橋高，施工工期較預應力混凝土連續(xù)梁長。在無其他條件限制時，與預應力混凝土連續(xù)梁相比，矮塔斜拉橋并不占優(yōu)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(xù)梁方案（見圖3）。預應力混凝土連續(xù)梁經(jīng)濟節(jié)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(jié)構，相對于預應力混凝土連續(xù)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(guī)模小。相對于預應力混凝土連續(xù)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(xù)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(xù)梁及下承式系桿拱橋各方面的技術經(jīng)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(xù)梁方案結(jié)構簡潔、技術可靠、施工工藝成熟、經(jīng)濟合理，耐久性好，對航道通航影響小。

根據(jù)專家中間評審意見，進一步對雙幅式預應力混凝土連續(xù)梁、整幅式預應力混凝土連續(xù)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(xù)梁）

3.2.1 橋跨布置

經(jīng)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(guī)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(xù)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(xù)梁）

3.3.1 橋跨布置

經(jīng)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(xù)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(cè)各縮短挑臂2.0 m，主橋邊跨箱梁斷面是橫向?qū)ΨQ的，結(jié)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(jié)論

雙幅式預應力混凝土連續(xù)梁（方案一）、整幅式預應力混凝土連續(xù)梁（方案二）各方面的技術經(jīng)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(jié)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(fā)，推薦采用雙幅式預應力混凝土連續(xù)梁方案。

表3 主橋方案綜合比較表

4 比選結(jié)論

通過主橋跨徑、主橋橋型、梁體型式等多方面的技術和經(jīng)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(xù)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(nèi)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(yōu)化設計方案，提高設計質(zhì)量，真正做到了技術和經(jīng)濟的優(yōu)化統(tǒng)一。

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