復(fù)合環(huán)境下橋梁選型實(shí)例分析

李念平，王召勝

（山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心，山東 濟(jì)南 250100）

1 橋梁建設(shè)背景及概況

引黃濟(jì)青輸沙渠大橋（以下簡(jiǎn)稱“輸沙渠大橋”）為沾化至臨淄公路的重要橋梁之一。沾化至臨淄公路是連接山東省黃藍(lán)兩區(qū)與濟(jì)南都市圈的重要通道，將有力推動(dòng)黃藍(lán)兩區(qū)與省會(huì)城市群經(jīng)濟(jì)圈聯(lián)動(dòng)發(fā)展和黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)中北部開發(fā)。

輸沙渠大橋位于博興縣引黃濟(jì)青工程蔡寨公路橋上游約300 m 處，跨越引黃濟(jì)青高低輸沙渠（兩渠三堤）。橋位處地表起伏較大，引黃濟(jì)青工程堤頂高程較高，橋下堤頂?shù)缆吠ㄐ袃艨諔?yīng)不小于4.5 m，滿足工程清淤、搶修需要。該橋北面約2 km 為批復(fù)的黃河大橋、南面約700 m 為規(guī)劃的蔡寨互通立交。輸沙渠大橋的橋位、跨越角度受黃河大橋橋位和蔡寨互通立交的嚴(yán)重制約，與引黃濟(jì)青高低輸沙渠斜交，主橋橋長(zhǎng)約200 m、橋?qū)?1 m，設(shè)計(jì)雙向六車道。

引黃濟(jì)青工程是遠(yuǎn)距離、跨流域、跨區(qū)域的重大戰(zhàn)略性工程，是山東省“百”字型骨干水網(wǎng)的重要組成部分。工程建成通水30 年來(lái)，累計(jì)引水約 102 億 m3、供水約 85 億 m3。特別是近 5 年來(lái)，工程超負(fù)荷、超流量、全年運(yùn)行，有力保障了膠東地區(qū)用水安全，促進(jìn)了膠東地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

2 橋梁選型原則

鑒于引黃濟(jì)青工程的重要性、特殊性，大橋選型應(yīng)充分考慮大橋與引黃濟(jì)青工程的相互影響。引黃濟(jì)青工程長(zhǎng)年調(diào)水運(yùn)行，橋梁施工將與調(diào)水運(yùn)行同期進(jìn)行，橋梁設(shè)計(jì)方案、施工方案受調(diào)水的制約，同時(shí)橋梁施工期間對(duì)堤身穩(wěn)定和調(diào)水運(yùn)行有一定影響。輸沙渠大橋施工期、運(yùn)營(yíng)期一旦發(fā)生影響堤身安全、調(diào)水安全、水質(zhì)安全的事件，將造成極其嚴(yán)重的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。

本文從規(guī)劃期、施工期、運(yùn)營(yíng)期等不同階段，充分考慮橋梁安全可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)合理性和環(huán)境保護(hù)等的要求，統(tǒng)籌兼顧橋梁建設(shè)對(duì)引黃濟(jì)青工程的影響，綜合比選兩孔、一孔等4種方案，從中選出最優(yōu)方案。同時(shí)，采取有效措施，最大限度減輕橋梁施工期、運(yùn)營(yíng)期對(duì)引黃濟(jì)青工程的不利影響，最大限度保障引黃濟(jì)青工程的堤防安全、運(yùn)行安全和水質(zhì)安全。

3 橋梁設(shè)計(jì)方案

3.1 方案一：鋼桁梁+鋼混組合梁+大直徑樁

橋梁全長(zhǎng)961.08 m，路線前進(jìn)方向與橋墩走向的右交角為90°, 上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）簡(jiǎn)支小箱梁,橋面連續(xù)。

主橋采用一孔108 m 鋼桁梁跨越高輸沙渠，一孔70 m 組合梁跨越低輸沙渠。方案一需在低輸沙渠右堤臨水坡設(shè)置一排橋墩，即13 號(hào)橋墩。13 號(hào)橋墩及其基礎(chǔ)采用直徑3.5 m 的鉆孔灌注樁，不設(shè)承臺(tái)和系梁。13 號(hào)橋墩基礎(chǔ)施工不需要開挖,對(duì)堤防安全和調(diào)水安全影響較小。為確保堤防安全，在13 號(hào)橋墩靠近高渠堤防一側(cè)，設(shè)置一道噴射混凝土防滲墻；橋梁上部結(jié)構(gòu)施工采用臨時(shí)支架隔離、保護(hù)被跨越的渠道，同時(shí)為108 m鋼桁梁組裝提供臨時(shí)支撐。70 m 鋼混組合梁采用架橋機(jī)架設(shè)施工，對(duì)渠道堤防和調(diào)水影響較小。

3.2 方案二：連續(xù)鋼桁梁+大直徑樁

方案二與方案一唯一不同的是主橋上部結(jié)構(gòu)。方案二主橋上部結(jié)構(gòu)采用了（108+70）m 連續(xù)鋼桁梁。一孔108 m 鋼桁梁跨越高輸沙渠，一孔70 m 鋼桁梁跨越高輸沙渠。主橋上部結(jié)構(gòu)采用頂推施工,不在渠道斷面內(nèi)設(shè)置臨時(shí)支撐，同時(shí)，下部結(jié)構(gòu)不設(shè)承臺(tái)和系梁，13 號(hào)橋墩基礎(chǔ)施工不需要開挖,對(duì)渠道堤防和調(diào)水影響較小。為確保堤防安全，在13 號(hào)橋墩靠近高渠堤防一側(cè)，設(shè)置一道噴射混凝土防滲墻，進(jìn)一步減輕樁基施工對(duì)渠道堤防和調(diào)水的影響。

3.3 方案三：鋼桁梁+鋼混組合梁+承臺(tái)

方案三與方案一唯一不同的是主橋下部結(jié)構(gòu)。方案三的13 號(hào)橋墩采用直徑3.5 m 的柱式墩；承臺(tái)尺寸為 7.6 m×7.6 m×3.5 m（長(zhǎng)×寬×高），采用4 根直徑1.8 m 的鉆孔灌注樁。13 號(hào)橋墩承臺(tái)施工需要大開挖，嚴(yán)重影響渠道堤防安全和調(diào)水安全。該方案在施工期、運(yùn)營(yíng)期對(duì)渠道堤防、調(diào)水均有一定影響。為減輕13 號(hào)橋墩承臺(tái)基礎(chǔ)開挖對(duì)渠道堤防和調(diào)水的影響，擬采用鋼板樁圍堰+噴射混凝土防滲墻的組合支護(hù)方式，保障下部結(jié)構(gòu)施工期間的基坑安全、堤防安全和調(diào)水安全。

3.4 方案四：斜拉橋

如輸沙渠大橋一孔跨越引黃濟(jì)青高低輸沙渠，主橋單孔跨徑約200 m。目前適用于200 m跨徑，且技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)合理的橋梁型式有連續(xù)剛構(gòu)橋和斜拉橋。

與其他方案相比,連續(xù)剛構(gòu)橋建筑高度增加6.5 m。如采用連續(xù)剛構(gòu)橋一孔跨越引黃濟(jì)青高低輸沙渠，為保障橋下堤頂?shù)缆吠ㄐ袃艨?，整個(gè)路線縱斷面需抬高6.5 m。同時(shí)，輸沙渠大橋南側(cè)700 m 處的蔡寨互通立交需移位設(shè)置，不符合地方政府規(guī)劃。故連續(xù)鋼構(gòu)橋方案不成立。

方案四擬采用95 m+210 m+95 m 預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋方案，路線前進(jìn)方向與橋墩走向的右交角為90°。橋梁主跨210 m，一孔跨越引黃濟(jì)青高低輸沙渠，引黃濟(jì)青工程管理范圍內(nèi)不設(shè)橋墩。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用群樁基礎(chǔ)且離渠道較遠(yuǎn)，上部結(jié)構(gòu)采用懸臂掛籃施工,施工期、運(yùn)營(yíng)期對(duì)渠道堤防和調(diào)水的影響較小。橋梁建筑高度較其他方案增加1 m，為保障橋下堤頂?shù)缆吠ㄐ袃艨?整個(gè)路線縱斷面需抬高1 m，可滿足蔡寨互通立交的規(guī)劃需求。但該方案的技術(shù)難度大、經(jīng)濟(jì)合理性差，施工周期長(zhǎng)，施工期間的不確定因素多。

4 橋梁方案比選

綜合考慮引黃濟(jì)青輸沙渠大橋?qū)η赖谭腊踩?、運(yùn)行安全、水質(zhì)安全、渠道日常管理、渠道改擴(kuò)建的影響，及橋梁自身安全技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等方面因素，對(duì)上述4 個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比分析。經(jīng)對(duì)比分析，綜合考慮輸沙渠大橋橋位的局限性、橋梁的安全可靠性、經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理性和對(duì)引黃濟(jì)青工程的影響，方案一即108 m 鋼桁梁+70 m 鋼混組合梁+大直徑樁，是安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、有效保護(hù)渠道的方案。同時(shí)建議，做好橋梁施工期、運(yùn)營(yíng)期等不同階段的防護(hù)工作，安全環(huán)保文明施工，最大限度減少輸沙渠大橋?qū)σS濟(jì)青工程的影響，確保堤防安全、運(yùn)行安全和水質(zhì)安全。