嘉松公路跨黃浦江大橋方案比選及科研規(guī)劃

楊榮青 YANG Rong-qing

（上海公路投資建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 200335）

0 引言

在大型橋梁建設(shè)項(xiàng)目中，為了選擇性能優(yōu)越、造價(jià)經(jīng)濟(jì)的建設(shè)方案，往往需要進(jìn)行橋梁方案比選。方案比選一般根據(jù)橋位的路況、水位、跨徑等選擇可選橋型，在此條件下選擇安全經(jīng)濟(jì)的橋型結(jié)構(gòu)、跨徑布置等。針對(duì)不同項(xiàng)目方案考慮的側(cè)重點(diǎn)會(huì)不一樣，本文針對(duì)通航要求復(fù)雜位置橋梁在實(shí)施過(guò)程中的影響因素，并就這些因素在設(shè)計(jì)方案比選過(guò)程的對(duì)比進(jìn)行了介紹[1]。同時(shí)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了該橋科研項(xiàng)目的規(guī)劃。

1 工程概況

嘉松公路跨黃浦江大橋道路等級(jí)為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度為60km/h，雙向六車(chē)道，兩側(cè)設(shè)慢行道，橋梁總寬36.6m。

嘉松公路跨黃浦江大橋地處“上海之根”——上海市松江區(qū)，作為松江區(qū)中軸線南延伸跨越黃浦江的大橋，位于黃浦江二級(jí)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)，緊鄰松南郊野公園、松江南站樞紐和松江新城。特殊的地理位置決定了大橋橋型的選擇不僅要滿足交通功能要求，還要充分考慮施工期和運(yùn)營(yíng)期對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)還需融入周邊環(huán)境、甚至成為區(qū)域的景觀標(biāo)志。

2 橋型方案比選

2.1 橋位選擇

根據(jù)規(guī)劃線位，見(jiàn)圖1，嘉松公路以平交形式穿越塔閔公路交叉口后，以直線線形向南略偏東，跨越黃浦江后于松金公路交叉口前落地，后保持原直線線形接至葉新公路。規(guī)劃線位橋位與辰塔路跨橫潦涇大橋直線距離約4.5km，與松衛(wèi)公路松浦三橋直線距離約2.9km，三座大橋空間分布較為合適。規(guī)劃線位橋位西側(cè)為黃浦江直角彎，相距約1.1km。規(guī)劃線位橋位東側(cè)為大漲涇河口及米市渡渡口，距離分別為300m和450m。

圖1 地理位置圖

綜合規(guī)劃線位的總體走向、上下游河道現(xiàn)狀及越江通道分布情況，嘉松公路擬建橋位不具備較大調(diào)整的空間。若向上游調(diào)整，則大橋與黃浦江直角彎距離更近，將加劇通航安全風(fēng)險(xiǎn)；若向下游調(diào)整，為避開(kāi)大漲涇河口，需向下游調(diào)整至少1km，則三座大橋的分布關(guān)系合理性變差，同時(shí)線位需要先后跨越大漲涇及黃浦江，將加大工程量，且與規(guī)劃線位偏差較大，較難銜接。

2.2 橋型方案

大橋處河面寬度約290m，根據(jù)航務(wù)部門(mén)批復(fù)，一跨過(guò)河，江中不設(shè)墩。結(jié)合地形、地貌、路線平縱、工程地質(zhì)等情況，嘉松公路跨黃浦江大橋主橋主跨跨徑采用336m。常規(guī)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋、部分斜拉橋等適用于200m以下，對(duì)于主跨336m的采用上述梁式橋已經(jīng)非常不經(jīng)濟(jì)且結(jié)構(gòu)高度高。而主跨336m適用橋型一般有拱橋、斜拉橋、自錨式懸索橋等。

2.2.1 自錨式懸索橋

懸索橋在世界范圍內(nèi)應(yīng)用從19世紀(jì)末開(kāi)始，20世紀(jì)30年代獲得迅速的發(fā)展，其跨徑已經(jīng)進(jìn)入千米級(jí)特大跨徑范圍。自錨式懸索橋?qū)⒅骼|直接錨固在主梁上，從而取消了龐大的錨碇。

針對(duì)于本橋的具體情況，采用一跨過(guò)江，可以采用（55+130+336+130+55m）自錨式懸索橋的布置方式；橋塔布置于兩岸駁岸外，主橋縱向?qū)ΨQ布置；橫斷面布置采用雙索面的布置方式，主梁高度等高，建筑高度較低，減少了橋梁長(zhǎng)度。

自錨式懸索橋不需要修建大體積的錨碇，外觀優(yōu)雅。但由于主纜直接錨固在主梁上，梁承受了很大的軸向力，為此需加大梁的截面和主纜鋼材用量，造價(jià)明顯增加，且由于必須在主梁、橋塔做好之后再吊裝主纜、安裝吊索，因此需要搭建臨時(shí)支架或其他方式安裝主梁，施工較復(fù)雜、施工費(fèi)用較高。但是主塔、基礎(chǔ)和拉索的材料用量相比斜拉橋要節(jié)省。

2.2.2 斜拉橋

斜拉橋在世界范圍內(nèi)應(yīng)用從20世紀(jì)70年開(kāi)始，90年代獲得迅速的發(fā)展，其跨徑已經(jīng)進(jìn)入前懸索橋適用的特大跨徑范圍。斜拉橋的經(jīng)濟(jì)跨徑為300m以上。

針對(duì)于本橋的具體情況，航道基本對(duì)稱，可以采用（50+50+100+336+100+50+50m）雙塔雙索面斜拉橋的布置方式，基本處于斜拉橋的經(jīng)濟(jì)跨徑范圍；橫斷面布置采用雙索面的布置方式，主梁高度等高3m，建筑高度較低，減少了橋梁長(zhǎng)度。

2.2.3 拱橋

鋼桁架拱橋是近年來(lái)在鐵路橋梁大跨徑范圍應(yīng)用較為廣泛的一種橋型。隨著設(shè)計(jì)、施工技術(shù)逐漸成熟，而且橋梁梁面布置豐富多彩，并能顯著降低橋梁建筑高度，因此在對(duì)于橋梁景觀和建筑高度有較高要求環(huán)境下被廣泛采用。

橋梁建筑高度由橫梁控制，相對(duì)于其他橋型，可以較大程度的較低建筑高度，從而縮短橋梁范圍。

此種橋型最大的問(wèn)題在于施工工藝復(fù)雜，施工難度大，施工費(fèi)用較高，施工期間航運(yùn)管理較復(fù)雜，工期難以保證。

2.2.4 綜合比選

方案綜合比選見(jiàn)表1。

表1 綜合比選表

經(jīng)綜合比較，三種方案技術(shù)上均可行，斜拉橋經(jīng)濟(jì)性好、雄偉簡(jiǎn)潔、技術(shù)成熟，但黃浦江上類(lèi)似斜拉橋數(shù)量較多，顯得單調(diào)；鋼桁架拱橋桿件數(shù)量多，拼裝速度慢，施工工序多，且施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，施工期間對(duì)通航影響也較大，工期長(zhǎng)。懸索橋景觀性好，以廣富林為原型設(shè)計(jì)的懸索橋外形柔和優(yōu)雅，結(jié)合松江區(qū)特有的“山、水、城”的生態(tài)特質(zhì)和“山水樂(lè)源、生態(tài)茸城”的主題，在松江位于“50里水路看5千年歷史”的文化觀光風(fēng)貌河道的終點(diǎn)，現(xiàn)代中式的剛性橋塔與曲線優(yōu)美的柔性主纜完美結(jié)合，代表著松江悠久的歷史積淀，象征著既往開(kāi)來(lái)、勇于創(chuàng)新的精神。

另外，主纜在懸索橋設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)無(wú)需更換，僅吊索需要更換。而斜拉索在斜拉橋設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)是需要更換的。斜拉索和吊索的設(shè)計(jì)使用年限基本一致，約25～30年，也就是說(shuō)斜拉索和吊索在100年的橋梁設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)需更換3次，而斜拉橋斜拉索的更換量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吊索的更換量，經(jīng)測(cè)算，斜拉索及吊索更換費(fèi)用如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)換索費(fèi)用對(duì)比表

由表2可知，雖然斜拉橋前期造價(jià)較自錨式懸索橋低6000萬(wàn)元，但后期養(yǎng)護(hù)成本高于自錨式懸索橋，兩者在全壽命周期成本基本一致。因此，無(wú)論是從景觀方面考慮，還是從全壽命成本考慮，推薦跨黃浦江大橋采用自錨式懸索橋方案。

3 科研規(guī)劃

3.1 項(xiàng)目必須設(shè)立的科研課題

本工程最終推薦方案為雙塔雙索面正交異性組合橋面板鋼箱梁自錨式懸索橋。由于該橋規(guī)模較大，結(jié)構(gòu)受力特殊，是一座重要的橋梁工程，從安全性、可靠性角度，必須進(jìn)行一些專題研究[2]，見(jiàn)表3。

表3 必須設(shè)立的科研課題內(nèi)容

3.2 針對(duì)性設(shè)立的科研課題

另外根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，又針對(duì)性設(shè)立一些科研課題研究，見(jiàn)表4。

表4 針對(duì)性設(shè)立的科研課題內(nèi)容

4 結(jié)語(yǔ)

自錨式懸索橋作為一種特殊的橋型，以其結(jié)構(gòu)造型美觀、對(duì)地形和地質(zhì)狀況適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，受到工程界的青睞，成為城市中等跨徑橋梁極具競(jìng)爭(zhēng)力的方案。雖然建設(shè)初期自錨式懸索橋相對(duì)斜拉橋造價(jià)要高，但在全壽命設(shè)計(jì)周期內(nèi)，自錨式懸索橋換索等后期更換養(yǎng)護(hù)成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于斜拉橋的成本，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，兩者在全壽命周期的綜合成本基本相當(dāng)。

作為一座在同類(lèi)橋梁中跨徑較大的橋梁，設(shè)計(jì)進(jìn)行多項(xiàng)創(chuàng)新工作，力求使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)更趨合理。通過(guò)前期對(duì)項(xiàng)目的策劃和多項(xiàng)專題研究，確保本橋的安全、順利實(shí)施。