新安江電站橋梁方案設(shè)計(jì)

任正林，杜 鑫

（1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017；2. 中鐵二院華東勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310000）

新安江電站橋梁方案設(shè)計(jì)

任正林1，杜 鑫2

（1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017；2. 中鐵二院華東勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310000）

文章以建德市新安江電站橋梁工程為背景，從經(jīng)濟(jì)性、周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性、施工難易程度、施工工期、景觀性等方面出發(fā)，闡述了該橋橋位和橋型方案設(shè)計(jì)的基本思路，并介紹了橋梁的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、橋位選擇、總體布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

橋梁工程；方案設(shè)計(jì)；橋位比選；橋型比選

1 工程概況

新安江電站橋位于新安江大壩下游約1.5 km，建德市城區(qū)上游約4.5 km處，是連接朱家埠和白沙并跨越新安江的便捷通道。老橋包括南引橋和主橋兩個(gè)組成部分。主橋全長160 m,為雙跨上承式鋼筋混凝土箱型拱橋；南引橋?yàn)?0×20 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板簡支梁橋。橋梁全寬9.9 m，橋面橫斷面布置為2×0.25 m（欄桿）+2×1.2 m(人行道)+2×3.5 m(行車道)。設(shè)計(jì)荷載為汽-15，驗(yàn)算荷載為掛-80級，人群荷載按3.5 kN/m2進(jìn)行計(jì)算。

該橋建成于1990年，并于2004年進(jìn)行了全面加固維修。由于建德市的發(fā)展需要，對大橋南岸原引橋部分河床進(jìn)行了回填，用于土地開發(fā)。河道回填后，橋位處行洪斷面壓縮，水位增高，水流速度增大。根據(jù)《建德市新安江電站大橋泄洪安全評估報(bào)告》，斷面壓縮后拱圈抗彎剛度驗(yàn)算不滿足要求，建議對老橋進(jìn)行加固或改建。鑒于老橋設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)較低，在2004年已進(jìn)行過加固維修，因此從長遠(yuǎn)安全性考慮，對新安江電站橋梁進(jìn)行改建。

新建橋梁采用3級公路標(biāo)準(zhǔn)，路基寬度8.5 m，行車道寬度2×3.5 m，土路肩寬度2×0.75 m，相應(yīng)橋梁標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）荷載標(biāo)準(zhǔn)，公路-I級；人群，3.5 kN/m2；

（2）設(shè)計(jì)時(shí)速，40 km/h；

（3）橋面寬度，機(jī)動(dòng)車道8 m，人行道寬度2.5 m；

（4）橋面橫坡，機(jī)動(dòng)車道1.5%，人行道1.5%（反向）；

（5）通航標(biāo)準(zhǔn)，Ⅳ級航道；（6）設(shè)計(jì)安全類別，一級；

（7）地震作用，地震動(dòng)峰值加速度等于0.05 g，按構(gòu)造要求設(shè)防。

2 橋位比選

老橋橋位上游為新安江電廠用地，能利用的可能性較小，若新建橋梁橋址需重新選擇，新橋址需考慮在老橋的下游。

根據(jù)新安江兩岸的地形特點(diǎn)，提出3個(gè)橋位方案進(jìn)行考慮比選（見圖1）：橋位方案1為在老橋橋位處拆除重建；橋位方案2（A、B）和橋位方案3在老橋下游。根據(jù)南岸接線的位置，下游新橋址選擇有兩個(gè)思路：

（1）南岸接線布設(shè)在新整平回填的場地內(nèi)，老橋南岸接線往東靠鐵路延伸與新橋相接；

（2）新橋跨過新安江，上跨鐵路后，接到朱家埠路上。

圖1 橋位方案比選圖

根據(jù)設(shè)計(jì)思路(1)選擇了橋位方案2A，即新橋址位于老橋下游約340 m處；該方案橋梁北面接線高度約37.0 m，橋梁跨過新安江后，南面穿康師傅飲用水項(xiàng)目用地紅線，至鐵路北側(cè)，沿鐵路東西方向修建連接線，并與老橋橋頭接線相接。

由于老橋下游約650 m的回填場約68 362 m2已考慮出讓給康師傅飲用水項(xiàng)目，且回填場地的標(biāo)高控制約在34 m左右，若新橋穿過該出讓區(qū)塊，其標(biāo)高在37 m左右，將該區(qū)塊一分為二。若將該區(qū)塊全部填至37 m標(biāo)高，則需增加土方約21萬m3，增加造價(jià)較高，所以該橋位實(shí)施的可能難度較大。

為了盡量減小對康師傅飲用水項(xiàng)目用地的影響，橋位移到康師傅飲用水項(xiàng)目用地紅線下游，即橋位方案2B。該方案位于老橋下游約660 m，橋梁南岸需沿著老鐵路修建一條連接線，長約600 m。若采用該橋位，存在兩方面問題：一是土地利用有所浪費(fèi)，在局促的空間內(nèi)，東西向有3條道路；二是和康師傅的用地規(guī)劃要做好協(xié)調(diào)工作，其地塊南側(cè)要讓出一條連接線的空間。綜合各方面因素，該橋位也不是特別理想。

根據(jù)設(shè)計(jì)思路(2)，北岸新電路平均標(biāo)高在35 m左右，最低點(diǎn)標(biāo)高33.5 m，最高點(diǎn)標(biāo)高41.90 m；南岸朱家埠路標(biāo)高在55 m左右，最低點(diǎn)標(biāo)高46.48 m，最高點(diǎn)標(biāo)高61.20 m；南岸距離朱家埠路北側(cè)約20 m左右有鐵路，標(biāo)高在40 m左右。大部分路段兩側(cè)道路標(biāo)高均在20 m左右，道路位于山谷兩側(cè)，南北道路距離在260～330 m，故大部分路段無法完成降坡接線要求。

全線唯有在老橋下游約935 m處，存在技術(shù)上接坡的可能。該處北岸新電路現(xiàn)狀標(biāo)高約38.85 m，南岸鐵路標(biāo)高約39.65 m，朱家埠路標(biāo)高約49.42 m，南北岸道路標(biāo)高差10.57 m，有效降坡距離約325 m，平均縱坡為3.25%。

但是，考慮到橋梁兩頭均為平交口；平交口設(shè)置大縱坡，交通組織上存在較大安全隱患。若需確保交通安全，橋梁的平均縱坡應(yīng)控制在2%以下，兩岸道路標(biāo)高差應(yīng)控制在6.5 m以下。

根據(jù)該思路，若采用橋位方案3，需抬高北岸新電路，或降低南岸朱家埠路。由于朱家埠路北側(cè)鐵路限制，降低朱家埠路標(biāo)高會(huì)造成鐵路凈空高度受限，可能性較小，需進(jìn)一步明確該處鐵路凈空要求，故重點(diǎn)考慮將北岸新電路抬高4.0 m。根據(jù)初步了解，北岸老路斷面是半填半挖斷面，沿河側(cè)道路邊坡坡率為1∶1.5，接線處北岸新電路兩側(cè)300 m范圍內(nèi)，道路較為平整，且無重大結(jié)構(gòu)物，從技術(shù)上存在抬高接坡的可能（見圖2）。

圖2 新電路抬高示意圖

但是新電路抬高后，對原新安江的泄洪斷面存在部分壓縮，需與相關(guān)管理部門協(xié)調(diào)；同時(shí)，采用該方案需跨過鐵路，需與鐵路部門協(xié)調(diào)；再則，采用該橋位，橋梁長度較長，整體造價(jià)較高。綜合考慮后，不作推薦。

綜上所述，新建新安江電站橋梁的橋位比選空間較小，本次設(shè)計(jì)推薦采用橋位方案1，即老橋拆除重建，其主要缺點(diǎn)是施工期間交通組織不順暢，但考慮到南岸朱家埠路正在改建當(dāng)中，且改建后對老路部分彎道進(jìn)行了截彎取直，道路標(biāo)準(zhǔn)提高，對本項(xiàng)目建設(shè)是有利的，且相對其他橋位方案路線最短，方便兩岸民眾出行。

3 橋型方案設(shè)計(jì)［1-4］

通過橋位處的景觀分析，橋位的南北岸山勢較高，峽谷空間較小，南北岸山的間距在350～500 m；橋位處風(fēng)景優(yōu)美，特別是“江霧奇景”，堪稱世界一絕。橋型的最佳方案是橋融入周邊的環(huán)境當(dāng)中，使橋景與自然景色融為一體。

同時(shí)，由于橋位位于南北岸山勢的峽谷當(dāng)中，地質(zhì)條件非常好。從老橋的使用情況來看，老橋的基礎(chǔ)還非常穩(wěn)固，沖刷也不明顯。橋型方案選擇時(shí)需綜合地質(zhì)條件因素，使橋梁的經(jīng)濟(jì)性與景觀性能較好地統(tǒng)一。基于以上考慮橋梁確定了4個(gè)橋型方案進(jìn)行比選。

3.1 方案1

該方案采用3跨曲弦半穿式鋼桁架連續(xù)梁橋，主跨100 m，邊跨62.8 m，橋梁全長237.92 m。中支點(diǎn)桁高17.5 m，跨中及邊跨端部桁高6.75 m。

上部結(jié)構(gòu)主桁，上弦均采用600 mm×900 mm箱形斷面，下弦均采用600 mm×800 mm箱形斷面，腹桿采用600 mm×500 mm箱形斷面；支點(diǎn)處直腹桿采用600 mm×900 mm箱型斷面。橋道系橫梁采用鋼混疊合梁結(jié)構(gòu)，橫梁總高度1 300 mm。橋梁縱向設(shè)小縱梁，縱梁采用500 mm×300 mm工字型斷面，縱梁間距2 m；全橋設(shè)下平聯(lián)，下平聯(lián)采用384 mm×300 mm工字型斷面。

主墩采用樁接承臺(tái)接立柱形式，考慮防撞要求，橋梁縱向設(shè)兩排樁，樁基直徑采用Φ1.5 m灌注樁，承臺(tái)高度1.5 m，橋墩墩柱設(shè)計(jì)為圓臺(tái)狀，主結(jié)構(gòu)采用Φ28的鋼筋混凝土柱式結(jié)構(gòu)，與上部結(jié)構(gòu)桁架斷面線條統(tǒng)一。橋臺(tái)采用漿砌片石重力式橋臺(tái)。

由于鋼結(jié)構(gòu)采用工廠預(yù)制，現(xiàn)場拼裝方式，施工方案可綜合施工單位技術(shù)實(shí)力及設(shè)備情況具體調(diào)整。本次方案設(shè)計(jì)考慮邊跨水深相對較淺，且地質(zhì)情況好，因此，橋梁邊跨采用支架拼裝；跨中相對水深較深，水流急，考慮采用懸拼方案。橋面板采用預(yù)制拼裝方式，預(yù)制板需存放半年以上，待鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，吊裝橋面板，并澆筑濕接縫。

該方案橋梁上部結(jié)構(gòu)采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)美觀、輕盈、飄逸，橋下空間通透，能較好地融入到周邊環(huán)境中（見圖3）。支點(diǎn)處設(shè)觀景平臺(tái)，便于游人在橋上觀景。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制拼裝，施工便捷、施工工期較短。

圖3 3跨曲弦半穿式鋼桁架連續(xù)梁橋效果圖

3.2 方案2

該方案采用中承式提籃拱橋，橋梁全長228.66 m，拱軸線采用二次拋物線主跨190 m，矢跨比為1/5，面內(nèi)矢高38 m，拱肋內(nèi)傾角10°。

拱肋采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。橋面以上斷面采用啞鈴型斷面，斷面總高度2.6 m。鋼管采用兩根Φ1 000 mm圓鋼管，壁厚16 mm；中隔板高80 cm，采用壁厚16 mm鋼板焊接，鋼管內(nèi)填充C50微膨脹混凝土；橋面以下考慮到水流沖擊、防腐及整體造型美觀等綜合因素，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，截面高度由上至下逐漸變化，橋面與鋼管連接處高度采用3.2 m，承臺(tái)位置處高度采用4.0 m；符合人力學(xué)審美要求。

橋梁的橫向聯(lián)系如下：橋面以上設(shè)13道橫撐，橫撐采用Φ1 000 mm圓鋼管，壁厚16 mm；橋面以下部分，考慮景觀因素，采用1.6 m厚鋼筋混凝土實(shí)體板，與橫梁形成一體，并在中部鏤空，使橋下空間更加通透、整潔，避免常規(guī)剪刀撐結(jié)構(gòu)造成的視覺凌亂感。

立柱采用Φ800 mm鋼筋混凝土圓柱，柱上接混凝土蓋梁，蓋梁高度1.2 m，寬0.8 m。

橋道板采用漂浮體系，中橫梁高度1.2 m，寬0.4 m；橋面板采用25 cm厚鋼筋混凝土板。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，重力式橋臺(tái)。橋臺(tái)與拱肋基座連成一體，有利于拱腳受力。橋面以下部分考慮岸邊水深較淺，采用支架整體現(xiàn)澆，橋上拱肋采用纜索吊分階段焊接拼裝，并焊接相應(yīng)橫撐鋼管，待拱肋合龍后，在拱肋鋼管內(nèi)泵送混凝土；混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，安裝橋道系橫梁、架設(shè)橋面板、澆筑濕接縫。

該方案充分利用了橋位處地質(zhì)條件好的工程特性，采用中承式拱橋結(jié)構(gòu)，拱橋推力直接傳遞至基巖中，結(jié)構(gòu)穩(wěn)重、比例協(xié)調(diào)，如一道彩虹橫跨新安江兩岸與兩岸山勢呼應(yīng)，很好地融入到周邊環(huán)境中（見圖4），施工方案技術(shù)成熟，安全可靠。

圖4 中承式提籃拱橋效果圖

3.3 方案3

該方案采用獨(dú)塔雙索面斜拉橋，全橋配跨由北向南為31 m（邊跨）+26 m（邊跨）+138 m（主跨）+45 m（邊跨）=240 m。

橋塔采用倒Y型造型，墩、塔、梁固結(jié)。橋面以下及橋面以上無索區(qū)采用鋼筋混凝土實(shí)體斷面，橫橋向塔寬2.0 m，順橋向塔寬由上至下逐漸變寬，頂上斷面4.5 m×2.0 m，橋面處斷面6.0 m×2.0 m。由于索塔錨固區(qū)索力巨大,應(yīng)力高度集中，而截面尺寸較小,如果采用混凝土結(jié)構(gòu)不能滿足錨固區(qū)的強(qiáng)度和安全可靠性,因此索塔錨固區(qū)設(shè)計(jì)采用鋼箱結(jié)構(gòu)。

主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，邊跨采用箱型斷面，中跨采用邊箱肋板式結(jié)構(gòu)形式。

全橋共設(shè)15對斜拉索，其中主跨12對，背索3對；橋梁背索張拉在地錨中，以平衡主跨斜拉索張拉引起的橋塔彎矩。

橋墩采用樁柱式結(jié)構(gòu)，主墩樁基直徑1.5 m，一個(gè)塔柱設(shè)12根嵌巖樁，共計(jì)24根嵌巖樁；邊跨橋墩采用雙排樁，樁基直徑1.2 m，一個(gè)橋墩設(shè)4根嵌巖樁；北岸橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)，南岸橋臺(tái)采用與地錨形成一體重力式結(jié)構(gòu)。

主塔混凝土部分采用提升拼裝式模板法施工。為克服倒“Y”型兩斜腿部位在混凝土施工期間因自重產(chǎn)生的水平力,在兩斜腿之間設(shè)置水平支撐。由于主塔后傾12°，塔柱混凝土逐漸向上施工時(shí)將形成大斜率懸臂狀態(tài);為克服傾斜塔柱在懸臂施工過程中由于自重及施工荷載等產(chǎn)生的附加應(yīng)力使混凝土產(chǎn)生裂紋,施工時(shí)在主塔傾斜部分的另一側(cè)牽拉臨時(shí)索,以增強(qiáng)塔柱穩(wěn)定性，防止混凝土開裂。下塔柱施工示意圖見圖5。

圖5 下塔柱施工示意圖

索塔錨固區(qū)鋼塔柱由具有相應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)資質(zhì)的廠家嚴(yán)格按照鋼結(jié)構(gòu)施工工藝在廠進(jìn)行集中加工,經(jīng)各方面技術(shù)性能檢定合格后,運(yùn)至現(xiàn)場,采用整體龍門吊安裝。吊裝到位后與混凝土塔墩內(nèi)的預(yù)埋鋼板焊接成為整體，鋼箱與鋼箱之間的連接采用焊接方式。上塔柱施工示意圖見圖6。

圖6 上塔柱施工示意圖

邊跨31 m、26 m、45 m箱型主梁采用支架現(xiàn)澆施工，中跨138 m采用前支點(diǎn)掛籃施工；主梁施工時(shí)逐步調(diào)整斜拉索及背索索力，全橋合龍后再整體調(diào)整一次索力。

橋型方案結(jié)構(gòu)新穎、方案氣勢宏大，與新安江大壩及兩岸山勢在氣勢上能很好地協(xié)調(diào)統(tǒng)一（見圖7）。橋梁施工難度較大，橋塔的施工精度對全橋的結(jié)構(gòu)控制影響至關(guān)重要。全橋除斜拉橋錨索區(qū)鋼箱斷面采用鋼廠加工現(xiàn)場安裝外，其余工程均需在現(xiàn)場澆筑，且鋼箱安裝測量要求非常精確，因此，橋梁施工工期相對較長。

圖7 獨(dú)塔雙索面斜拉橋效果圖

3.4 方案4

該方案采用65 m+100 m+65 m變截面連續(xù)箱梁。變截面連續(xù)箱梁支點(diǎn)梁高6.5 m，跨中梁高2.5 m，采用單箱單室斷面。箱梁底板下緣按二次拋物線變化。箱梁懸臂長3.25 m，底板寬6.5 m，采用三向預(yù)應(yīng)力，縱、橫向預(yù)應(yīng)力采用鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力采用Φ32的精扎螺紋鋼。

箱梁底板厚度0#塊為80 cm，各梁段從懸臂根部至懸澆段結(jié)束處，由80～30 cm，其間按二次拋物線變化，跨中合龍段斷面為30 cm；箱梁頂板厚度均為25 cm；箱梁腹板厚度0#塊為80 cm，1#、2#塊厚80～50 cm，其余梁段腹板厚50 cm；箱梁懸臂端部高度20 cm，根部高度50 cm。

下部結(jié)構(gòu)橋墩采用立面花瓶式橋墩，上口寬3.5 m，與箱梁支點(diǎn)水平段長度一致，下底寬2.5 m，采用圓弧過渡，使上下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。承臺(tái)厚度為2.2 m，下設(shè)4根1.5 m嵌巖樁。橋臺(tái)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)重力式橋臺(tái)。

該方案施工工藝非常成熟，下部結(jié)構(gòu)完成后，在承臺(tái)上搭設(shè)支架澆筑0#塊，待0#塊達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，安裝掛籃，其余梁段采用掛籃懸澆施工。主梁共設(shè)3個(gè)合龍段，施工時(shí)先合龍邊跨，后合龍中跨。

該方案突出一個(gè)“隱”字，考慮新安江電站大壩及兩岸山勢氣魄宏大，橋梁采用無橋面以上結(jié)構(gòu)體系的梁橋，使橋梁隱藏在周邊環(huán)境當(dāng)中（見圖8）。橋面寬度較其他方案窄，經(jīng)濟(jì)性高。施工工藝成熟，施工難度較低，工期相對較短。

圖8 變截面連續(xù)箱梁效果圖

連續(xù)梁造價(jià)經(jīng)濟(jì)、施工方便，在中等跨徑橋梁中具有較高的競爭力，然而近年隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁的美觀越來越受到重視，連續(xù)梁由于其結(jié)構(gòu)形式較為常規(guī)，美觀性不高，故往往不被選用。

4 橋型方案比較

橋型方案比選的具體情況見表1。

表1 橋型方案比選

本次橋型方案設(shè)計(jì)提出的4種橋型方案均可滿足橋梁功能的要求，其中經(jīng)濟(jì)性：方案4＞方案2＞方案1＞方案3；周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性：方案1＞方案2＞方案3＞方案4；美觀性：方案1、方案3＞方案2＞方案4；施工難易：方案1、方案4＞方案2＞方案3；建設(shè)工期：方案1、方案4＞方案2＞方案3。

5 結(jié)論

本文對新安江電站橋梁4種橋型方案進(jìn)行了比選，綜合各方案，從經(jīng)濟(jì)性、周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性、施工難易程度、施工工期、景觀性等方面來看4種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，最終推薦采用3跨曲弦半穿式鋼桁架連續(xù)梁橋作為實(shí)施方案，可供類似工程參考。

［1］周年先. 橋梁方案比選［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1997.

［2］范立礎(chǔ). 橋梁工程［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［3］潘世建，楊盛福. 橋梁景觀［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［4］樊凡. 橋梁美學(xué)［M］.北京：人民交通出版社，1987.

Bridge Conceptual Design for Xin'an River Hydropower Station

Ren Zhenglin1, Du Xing2
（1. JSTI Group, Nanjing 210017, China; 2. China Railway Eryuan East China Investigation and Design Co., Ltd., Hangzhou 310000, China）

Taking bridge engineering of Xin'anjiang Power Station in Jiande city as backgroud, this paper expounded the basic thought of the bridge location and bridge type scheme, proceeding from the aspects as economy, harmoney with the surrounding, complexity of the construction, construction period, landscaping etc. It also introduced the technical standard, bridge location selection, general arrangement and struction design of the bridge.

bridge engineering; scheme design; bridge location comparison and selection; bridge type comparison and selection

U442.5+4

A

1672-9889（2016）06-0062-05

2016-01-28）

任正林（1981-），男，江蘇興化人，工程師，主要從事橋梁設(shè)計(jì)工作。