三鲁公路跨航道桥梁主桥方案的技术经济比选

陈剑锋

（上海市政工程造价咨询有限公司，上海 200092）

1 项目背景

三鲁公路桥是大芦线航道整治工程跨航道桥梁中的一座。大芦线航道是上海市“一环十射”规划干线航道之一，是长江三角洲地区高等级航道网的主要组成部分，是沟通洋山深水港区和相邻省区的重要国家级集装箱运输主通道。整治后大治河航道由现在的Ⅴ级全面提升为Ⅲ级航道，全线的桥梁净空尺度按Ⅲ级航道标准进行建设。规划标准河宽102 m，航道通航净宽79 m，要求跨航道桥梁一跨跨越。三鲁公路现状桥梁不满足Ⅲ级航道的通航要求，需拆除重建。

2 主桥主跨跨径选择

2.1 主桥主跨选择的控制因素

主桥主跨选择的控制因素主要有水务要求、航道通航、驳岸及老桥墩台位置等，具体详述如下。

2.1.1 水务要求

根据航道设计技术要求，主桥主跨需一跨过河，即水中不容许设置桥墩。桥位处规划河道蓝线宽度102 m，即墩身净距不得小于102 m。

2.1.2 航道通航要求

三鲁公路桥位于航道通航标准段：航道设计底宽79 m，该79 m范围内必须满足通航净高7.0 m要求。

2.1.3 桥梁轴线与航道斜交角度

由于主桥跨径较大，采用斜桥正做的模式，三鲁公路桥轴线与航道斜交4.1°。

主跨大小也应计入斜交角度的影响。

（1）整幅式主桥：驳岸厚度0.3 m，主墩墩身厚2.5 m，宽 12 m，主跨不应小于：102 m/cos4.1°+12 m×tg4.1°+2.5 m+2×0.3 m＝106.2 m，取主跨107 m。

（2）双幅式主桥：驳岸厚度0.3 m，主墩墩身厚2.5 m，双柱总宽22.75 m，主跨不应小于:102 m/cos4.1°+22.75 m×tg4.1°+2.5 m+2×0.3 m＝107 m，取主跨107 m。

即结合水务、通航、斜交角、驳岸等因素，主桥主跨应不小于107 m。

2.1.4 保持驳岸构造连续要求

主墩处需确保驳岸构造连续。

2.1.5 保持防洪通道畅通

主墩布置时应在河道蓝线与陆域控制线15 m范围内预留6 m宽的防洪通道空间，确保防洪通道畅通，同时确保桥位处辅道与防洪通道能顺利沟通，满足桥位周边居民、企业等出行方便。

2.1.6 承台平面位置与驳岸、河道断面的相对关系

（1）若主跨选择107 m，承台平面已经侵入河道蓝线。

根据初步论证分析，主墩承台侵入河道蓝线技术上是可行的，但承台顶标高必须置于0.5 m以下（规划河底标高1.0 m）。该处地面标高一般在5.0 m左右，承台厚度暂按3.0 m考虑，则主墩承台基坑深度达到7.5～8.0 m。按照上海市深基坑管理规定，该基坑属于深基坑，施工风险大，造价较高。该方案技术上可行，但是基坑造价不够经济合理。

（2）主跨跨径加大至112 m后，承台不侵入河道蓝线，承台顶标高可抬升至3.0 m，主墩承台基坑深度约5 m。基坑造价降低、施工风险减小，但主跨跨径加大，上部结构造价上升，故需综合比较后确定桥梁主跨跨径。

2.1.7 避开老桥墩台的要求

三鲁公路桥新建桥位与老桥桥位重合，故新建桥梁主跨跨径选择时，主墩必须避开老桥的桥墩或桥台。

老桥为简支小箱梁，边跨22 m，边跨桥墩位于蓝线以内11 m，桥台位于蓝线以外11 m，主墩应布置在老桥桥台与蓝线之间。

2.2 主桥主跨方案初步比选

该项初步设计拟定107 m主跨方案（最小主跨方案，墩身紧贴河道蓝线）和112 m主跨方案（承台紧贴河道蓝线）两个方案，具体布置详见图1、图2所示。

图1 方案一：主桥107 m主跨方案图（单位：m）

图2 方案二：主桥112 m主跨方案图（单位：m）

方案一：墩身紧贴河道蓝线，主桥主跨107 m，主墩承台基坑深度7.5 m左右，主墩承台作为驳岸的基础，驳岸设在主墩墩身外侧。

方案二：承台紧贴河道蓝线，主桥主跨112 m，主墩承台基坑深度5.0 m左右，主墩承台作为驳岸的基础。

以桥宽30 m为例进行比选，航道蓝线宽102 m，主桥方案初步拟定以下两个，分别为65 m+107 m+65 m预应力混凝土连续梁（方案一）和69 m+112 m+69 m预应力混凝土连续梁（方案二），其工程造价比较如表1所列。

表1 主桥跨径方案一和方案二工程造价（建安费部分）比较表

可见，采用方案一107 m主跨，主桥规模较小，但基坑开挖深度增大。按30 m桥宽的预应力混凝土连续梁方案，方案一较方案二，主桥造价减少468万，而基坑造价增加410万，总造价略有减小。

方案一主跨107 m，主桥梁高较方案二小，可适当减小引桥长度，因此可进一步减小工程总造价。此外，采用方案一主墩墩身紧贴河道蓝线，有利于防洪通道的布置。

采用方案一基坑开挖深度比方案二增大2.5 m，增加了基坑开挖费用及开挖风险。但考虑到方案一基坑开挖深度为7.5 m左右，该深度基坑开挖施工有一定经验，基坑开挖风险是可控制的。

综上所述，为有效地减小桥梁规模，降低工程造价，该项初步设计推荐采用方案一107 m主桥主跨方案。

三鲁公路桥新建桥位与老桥桥位重合，老桥边跨桥墩位于蓝线以内11 m，桥台位于蓝线以外11 m。新建桥梁主跨107 m，主墩已避开老桥桥墩、台，能够满足要求。

3 主桥桥型方案综合比选

3.1 主桥桥型方案初选

三鲁公路桥主桥主跨选定为107 m，且桥梁均位于航道标准段，无特殊的通航及景观要求。主桥方案优先考虑采用技术可靠、施工工艺成熟、经济合理的现浇预应力混凝土连续梁。此外，适用于107 m跨径的桥型还有自锚式悬索桥、矮塔斜拉桥、下承式系杆拱桥等。

自锚式悬索桥采用先架设主梁再施工缆索的施工顺利，需要在航道中搭设支架，对航道通航影响大，施工措施费高，施工工艺复杂，施工周期长。根据大芦线一期的初步设计成果，该工程跨径范围内的自锚式悬索桥单位造价比同跨径预应力混凝土连续梁高50%左右，自锚式悬索桥造价高，故不予采用。

矮塔斜拉桥是介于连续梁和斜拉桥之间的一种桥型，相对于连续梁来说，其梁高可适当降低，但是需要设置桥塔和斜拉索。根据大芦线一期的建设经验，该工程跨径范围内的矮塔斜拉桥造价比同跨径的预应力混凝土连续梁桥高，施工工期较预应力混凝土连续梁长。在无其他条件限制时，与预应力混凝土连续梁相比，矮塔斜拉桥并不占优势。因此，该项初步设计不采用矮塔斜拉桥方案。

综上所述，三鲁公路桥主桥推荐采用变截面预应力混凝土连续梁方案（见图3）。预应力混凝土连续梁经济节约、布置合理，采用挂篮施工便捷可靠，对航道的通航影响小。

主跨107 m也是下承式系杆拱桥的适用跨径。下承式系杆拱桥为单跨简支结构，相对于预应力混凝土连续梁、自锚式悬索桥及矮塔斜拉桥，下承式系杆拱桥无需设置边跨，主桥规模小。相对于预应力混凝土连续梁，下承式拱桥的缺点是需采用支架施工，对航道通航影响大，施工工艺较复杂，桥梁单价指标较高。综合考虑，将下承式系杆拱桥作为三鲁公路桥主桥比较方案（见图4）。

图3 预应力混凝土连续梁桥效果图

图4 下承式系杆拱桥效果图

预应力混凝土连续梁及下承式系杆拱桥各方面的技术经济比较详见表2所列。

表2 主桥方案综合比较表

从表2可以看出，预应力混凝土连续梁方案结构简洁、技术可靠、施工工艺成熟、经济合理，耐久性好，对航道通航影响小。

根据专家中间评审意见，进一步对双幅式预应力混凝土连续梁、整幅式预应力混凝土连续梁进行同深度比选。

3.2 主桥方案一（双幅式预应力混凝土连续梁）

3.2.1 桥跨布置

经过主跨跨径比选，主跨跨径确定为107 m，主桥跨径布置为（65+107+65）m（见图5）。

图5 三鲁公路桥主桥方案一（双幅式）立面布置图（单位：mm）

3.2.2 横断面布置

三鲁公路桥规划红线宽42 m，主线双向4车道布置，主跨还满足非机动车和人行通行。

方案一（双幅式预应力混凝土连续梁）桥面总宽28 m。桥面布置为：

（2.25 m人行道+2.5 m非机动车道+0.5m护栏+8 m车行道+0.5 m护栏+0.5 m/2分隔带）×2＝28 m（见图6）。

图6 三鲁公路桥主桥方案一（双幅式）标准横断面图（单位：mm）

3.3 主桥方案二（整幅式预应力混凝土连续梁）

3.3.1 桥跨布置

经过主跨跨径比选，主跨跨径确定为107 m，主桥跨径布置为（65+107+65）m（见图7）。

图7 三鲁公路桥主桥方案二（整幅式）立面布置图（单位：mm）

3.3.2 横断面布置

方案二（整幅式预应力混凝土连续梁）桥面总宽28 m。

主跨桥面布置为：

（2.25 m人行道+2.5 m非机动车道+0.5 m护栏+8 m车行道+0.5 m护栏+0.5 m分隔带+0.5 m护栏+8 m车行道+0.5护栏+2.5非机动车道+2.25 m人行道）＝28 m（见图8）。

图8 三鲁公路桥主桥方案二

主桥边跨可不通行人，断面两侧各缩短挑臂2.0 m，主桥边跨箱梁断面是横向对称的，结构受力也是合理的。边跨不设人行道，减少了主桥面积，主桥造价相应有一定的减少。

边跨桥面布置为：

（0.25 m栏杆+2.5 m非机动车道+0.5 m护栏+8 m车行道+0.5 m护栏+0.5 m分隔带+0.5 m护栏+8 m车行道+0.5 m护栏+2.5 m非机动车道+0.25 m栏杆）＝24 m（见图9）。

图9 三鲁公路桥主桥方案二

3.3.3 人行梯道布置

同双幅式主桥人行梯道布置的分析，但整幅式方案边跨不设人行道，梯道布置在主墩处即可。

3.4 主桥桥型方案综合比选结论

双幅式预应力混凝土连续梁（方案一）、整幅式预应力混凝土连续梁（方案二）各方面的技术经济比较详见表3所列。

整幅式方案由于减少了主桥边跨人行道，主桥面积相对双幅式减少了322 m2，全桥造价节约了约800万元（含整幅式仅设4座梯道，双幅式设8座梯道）。

但是整幅式方案主跨箱梁挑臂达到了7.7 m，边跨箱梁挑臂达到了5.7 m，单个挂篮体量相对大，挑臂下设横肋，施工时建议将纵向箱体和横向挑臂分开悬浇，施工工序较多，施工难度相对大。

由于两个方案全桥总造价相差不大，从方便施工角度出发，推荐采用双幅式预应力混凝土连续梁方案。

表3 主桥方案综合比较表

4 比选结论

通过主桥跨径、主桥桥型、梁体型式等多方面的技术和经济比较，三鲁公路桥主桥方案最终选定为主跨107 m的双幅式预应力混凝土连续梁。

从设计阶段一开始，设计和造价人员就形成了良好的互动关系，造价人员及时地参与方案设计，在最短的时间内对每个设计方案做出概算，并及时反馈给设计人员，使其能够优化设计方案，提高设计质量，真正做到了技术和经济的优化统一。

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