城市道路跨航道桥梁段总体方案的设计要点分析

凌宏伟

（上海浦东建筑设计研究院有限公司，上海市 201204）

0　引言

水运业是经济社会发展的基础性、先导性产业和服务性行业，是城市综合交通运输体系的重要组成部分。“十三五”期间，全国各地根据规划要求大力投资并推进内河航道的建设。为规范内河航道的建设标准，国家住建部和质监总局联合发布《内河通航标准》（GB 50139-2014），对航道的等级、通航净空尺寸、通航水位和过临河建筑物布置等都作了具体规定。

内河航道的建设或提升改造，势必要求规范和提高跨河桥梁设施的建设标准，由此增加桥梁建设规模和投资，加大对周边环境的影响，在城市化地区有时还影响到居民的交通出行和日常生活。城市道路跨航道桥梁段工程包括主桥段桥梁、引桥段桥梁、桥接坡和接地段道路，工程沿线场地情况一般会较为复杂，影响因素多，在工程设计中若考虑不周全，会导致总体方案布置不尽合理，造成工程投资增加，有时会引起建设过程中或运营后的居民反响和社会矛盾凸显等问题。

笔者通过近年参与的上海市相关工程设计实践，对城市道路跨航道桥梁段总体方案的主要影响因素、设计要点和总体布局方案进行了总结，以供读者参考。

1　总体设计原则

一是要结合航道、路网、交通和用地等规划条件，同时对河道现状、交通出行状况、沿线地块和构筑物、地上地下管线、场地环境等现状建设条件和控制因素进行全面、详细的调查，为技术方案的分析和确定收集全面、详实的依据。

二是要综合考虑经济性、实用性和安全性，明确功能定位，提出多方案比选，最终确定经济、合理的总体方案。

三是总体方案应有一定的前瞻性，避免今后不必要的改建或重复翻建，以节约建设资金，也避免对周边环境的二次影响。

四是方案应与城市环境和谐共存，确保交通通畅、安全，也要方便沿线居民出行，减少对周边环境的影响。

2　工程建设条件调查要点

2.1　航道规划要求

（1）标准规定

航道规划指标是城市道路跨航道桥梁段总体方案确定的主要控制因素之一。

根据《内河通航标准》（GB 50139-2014），我国航道按可通航内河船舶的吨级划分为7级，见表1。

表1　航道等级划分

根据航道等级和相对应的船舶吨级，应对照《内河通航标准》的规定，确定代表船型尺寸(总长、型宽、设计吃水)和航道尺度（水深和直线段双线底宽）。包括桥梁在内的水上过河建筑物布置规定如下：水上过河建筑物的布置不得影响和限制航道的通过能力；通航孔的布置应满足过河建筑物所在河段双向通航的要求；在水运繁忙的宽阔河流上，通航孔的布置应满足多线通航的要求；在限制性航道上，应采取一孔跨过通航水域；水上过河建筑物的墩柱不应过于缩小河道的过水面积，墩柱纵轴线宜与水流流向平行，墩柱承台不得影响通航安全，不得造成危害船舶航行的不良水流。《内河通航标准》同时规定，当水上过河建筑物轴线的法线方向与水流流向的交角大于5°时，其通航净空要求应符合图1规定。图1中Bm表示水上过河建筑物通航净宽，H m表示水上过河建筑物通航净高，H表示航道水深，b表示上底宽，a表示斜边水平距离，h表示侧高，DH NW L表示设计最高通航水位，DLNW L表示设计最低通航水位。其中通航孔净高、净宽、侧高等尺寸则对照《内河通航标准》取定。

图1　通航净空控制尺寸示意图

经研究分析，规划通航净空顶面最低控制标高可按最高通航水位加通航孔净高之和计算控制。规划跨过通航水域桥梁的最小跨度要满足水上过河建筑物通航净宽规定值，同时航道管理部门有“应采取一孔跨过河”的要求时，则规划桥梁的最小主跨跨度受控于规划河口宽度。

2.2　道路规划条件

城市道路跨航道桥梁段工程设计遵循道路总体规划。道路、桥梁及桥接坡的总体设计方案技术指标均也应根据规划确定的道路等级取定，这些技术指标也是总体方案布置的主要控制因素。

根据《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012），城市道路等级分为快速路、主干路、次干路和支路，按道路等级规定可取不同的设计速度，按不同的设计速度又取不同的最大纵坡度、最小坡长、机动车最大坡长、非机动车最大坡长、竖曲线最小半径和最小长度、合成坡度等技术指标。

以某主干路为例，该主干路经路网规划、交通条件等的综合分析，并对前后衔接段作对比后取设计速度为50 km/h，则根据《城市道路工程设计规范》，各项技术指标控制取值见表2。

表2　某主干路的各项技术指标取值

但是我们也经常会遇到在城市道路中，桥梁和接坡段有非机动车骑行的实际需求。此时还应满足《城市道路工程设计规范》的相关规定：非机动车纵坡宜小于2.5%，困难情况下大于或等于2.5%时，应按表3规定限制坡长。

表3　非机动车道最大坡长

通过分析我们可以看出，除非不考虑非机动车骑行，则可按机动车的最大纵坡取值。而要满足非机动车骑行的条件，当桥梁和接坡段的机动车道和非机动车道同坡时，主要还是以表3为控制指标，但这样也会减缓纵坡度，使坡长加长。

有些工程中，由于沿岸居民就近出行的需求，或为适当节约工程投资，也可采用桥头设置人行梯道上下的方式，人行梯道设置应满足以下要求：梯道宽度不应小于2.0 m，中间平台深度不应小于2.0 m；踏步的高度不应大于15 cm，宽度不应小于3.0 m；每个梯段踏步不应超过18级。桥头设置手推自行车的梯道时，应采用梯道带坡道的布置方式，一条坡道宽度不宜小于0.4 m；坡道坡度不宜大于1:4；中间平台深度不应小于2.0 m，转向平台宜设不小于1.5 m的转弯半径。

而在另外一些工程中由于建设条件受限、无法满足非机动车骑行的情况下，可采取人行和非机动车共设推行坡道，人行部分兼顾无障碍坡道（轮椅车推行），此时需满足有关的无障碍设施要求：纵坡坡度不小于1:12；坡道每升高1.5 m，设不小于2.0 m的中间平台。在这种情况下，有利的一面是由于无需考虑非机动车骑行，因此主线的纵断面可以按机动车道最大纵坡度取值，加大纵坡，可以缩短坡长，减小影响范围。

除此之外，由于城市地区路网相对较密，平行道路间距小，跨航道桥梁段影响范围较长，因此有些工程中会涉及对两端相交道路交叉口的影响。根据《城市道路工程设计规范》的要求，平面交叉口范围内道路竖向设计应保证行车舒顺和排水通畅，交叉口进口道纵坡不宜大于2.5%，困难情况下不宜大于3%。因此，在纵断面设计时要兼顾到这一点。

2.3　沿线交通出行需求

沿线交通出行需求也是城市道路跨航道桥梁段总体方案确定的影响因素之一。常见的情况归纳如下：

（1）桥下有机孔或人孔的通行需求。规范要求的机动车通行净高为大于或等于4.5 m，仅通行小汽车为大于或等于3.5 m，仅通行非机动车和行人为大于或等于2.5 m。在工程中，根据不同的航道等级和通航孔尺寸要求，跨航道桥梁的设计控制标高控制点可能是在水上过河主跨位置，也可能在桥下机孔或人孔的位置，这需要设计人员在设计过程中进行详细的分析和甄别。

（2）引桥段或桥接坡两侧若有企业、居民区出入口的，需考虑其出行需求，并设置相应的辅道，辅道的宽度根据道路红线宽度、主线桥梁的设计宽度和辅道的交通需求进行综合分析确定。一般两侧辅道可成U字型，并选择合适的主跨或引桥跨下设机孔穿越，单侧辅道则采用单向通行。若出入口仅为人行和非机动车通行的，可视情况仅设人、非辅道，桥跨下也仅需设人孔即可。

（3）航道的两侧一般规划有陆域控制带和防汛通道，设计时要考虑预留防汛通道的通行空间和防汛抢险车辆的通行净高。

2.4　沿线用地规划和环境敏感点控制

有别于城市道路跨不通航的中小河道桥梁，跨航道桥梁桥面标高则更高，接坡长度更长，一定程度上对两侧居民和企业造成包括环境、噪声等在内的影响，这点往往也成为总体方案确定的重要控制因素。因此城市化地区应详细调查沿线用地规划和现状，尤其是噪声敏感点和建筑物较近的路段，事先做好环境影响评价和社会稳定风险评估。并在方案设计中充分重视、优化技术方案，并采取一定的工程措施，以减少施工和运营对居民生活的干扰，降低对周边地块和建筑物的影响。

3　总体方案设计研究

3.1　总体方案分析

笔者根据以往工程案例，总结了几种常用的总体布置方案和适用条件，供大家参考。

（1）总体布置方案一（见图2）

图2　总体布置方案一

主桥、引桥段同断面，机动车道、非机动车道和人行道同坡、共板，桥梁纵断面坡度可以满足自行车骑行要求，纵坡按小于或等于3.5%控制（有限制坡长）。可视红线和用地情况，另在主跨或临主跨桥梁段后两侧加设人行梯道。

适用条件：桥长不受限制，不受两侧地块出入影响，非机动车骑行上下的情况。

（2）总体布置方案二（见图3）

图3　总体布置方案二

引桥段机动车道与非机动车道同坡、共板，桥梁纵断面坡度可以满足非机动车骑行要求，纵坡按小于或等于3.5%控制；过主跨或临主跨桥梁段后设两侧设人行梯道（可加设自行车推行坡道），坡度可设为1:4。

适用条件：桥长不受限制，非机动车骑行上下，桥梁段两侧地块有人行出入需求的情况；或为节约工程投资的情况。

（3）总体布置方案三（见图4）

在总体布置方案二基础上，两侧增设地面辅道，在主跨或临主跨桥梁段下设机孔。

适用条件：坡长不受限制，非机动车骑行上下，同时桥接坡两侧有地块出入口，有设地面辅道需求的情况。

（4）总体布置方案四（见图5）

图4　总体布置方案三

引桥段主线为机动车道专用，过主跨或临主跨桥梁段后两侧设坡道（可直或折返式），供非机动车推行和人行通过，坡度按无障碍设置要求，采用1∶12；主线引桥纵断面坡度无需考虑非机动车骑行要求，故可以加大至规范限制值以缩短坡长，减少工程投资。

适用条件：坡长受限制，结合周边交通，非机动车推行上下，桥梁段两侧地块有非机动车和人行出入需求的情况；或为节约工程投资的情况。

（5）总体布置方案五（见图6）

属特殊情况，主桥为不对称断面布置，单侧设置人行道，双向通行，需适当放宽主桥面人行道；引桥下两侧设地面人行道，至主桥附近设人孔；主桥处设单侧梯道。

适用条件：如单侧建筑影响实施宽度，或对单侧建筑物影响较大的情况。

目前国内城市的非机动车类型较多，不仅有人力自行车，还有电动车等。在实际运行中存在非机动车通过坡道上下利用率不高的情况，反而进入机动车道混行，造成安全隐患。因此建议在总体方案布置时尽可能考虑非机动车骑行的方案。

本文所列总体方案可能并不全面，遇到具体工程，设计应因地制宜、结合规划和现状条件作进一步研究和优化总体方案。

图6　总体布置方案五

3.2　主跨桥梁断面布置

城市道路跨航道桥梁段的断面应根据道路断面总体方案确定。但由于跨航道桥梁的主桥规模较大，因此建议主桥和引桥断面布置在满足交通功能的前提下尽量简洁、经济。主跨桥梁一般考虑机动车、非机动车和行人并板通行，桥宽如下：

（1）不设中间分隔带的主桥总宽度为B=（B1+B2+B3+B4）×2

（2）设中间分隔带的主桥单幅宽度为B/2=A1+B1+B2+B3+B4+A2

其中：B1为主桥机动车道宽度，应按远期规划一次实施，避免远期拓宽改建；B2为机非分隔带宽度，为减小桥梁面积、节约投资，宜在确保路灯或其他附属设施设置的情况下尽量减小取值宽度。B3为非机动车道宽度，一般参照道路断面总体方案取值；B4为人行道宽度，即要保证通行宽度，又要确保桥梁结构或附属设施设置的宽度要求，同时要满足部分管线在人行道盖板下穿越过桥的要求。

3.3　引桥的断面布置

引桥的断面布置一般参照主桥的断面确定。但如前所述有些工程中，为满足沿岸居民就近出行的需求，在主桥两侧设置梯道上下，行人过主桥后从梯道上下，并通过地面通道行走，主线引桥桥面段不设人行道。还有些工程中，由于建设条件受限、采取人行、非机动车道与机动车道分离，共设坡道上下的情况下，主线引桥桥面段不设非机动车道和人行道。因此引桥的断面布置尚需结合总体方案确定。

3.4　主跨跨径取值

规划跨过河通航水域桥梁的最小跨度要满足水上过河建筑物通航净宽规定值，在上海地区航道管理部门同时有“应采取一孔跨过河”的要求，因此规划桥梁的最小主跨跨度受控于规划河口宽度。主桥布置主要有几种方法：正交正做、斜交正做、斜交斜做，具体应根据主桥桥型、施工方案、驳岸的保护距离等确定。主跨跨径应结合上述分析合理取值。

3.5　主跨桥型选择

对于上海地区跨航道主跨在60～90 m跨径的桥梁结构，本文选取常用的三跨预应力混凝土连续梁或单跨下承式梁拱组合桥作比较。

三跨预应力钢筋混凝土连续梁，其施工可采用挂篮或转体施工，施工工艺成熟，施工期间对航道影响小，而且后期养护少。但其主桥桥梁结构高度大，在需要满足通航孔净高或桥下机孔等的要求下，其桥面标高更高，桥接坡更长，对两侧的出行影响更大。由于引桥增加，因此工程造价也相对更高。

单跨下承式梁拱组合桥结构高度低，引桥和桥接坡较短，初期造价较低。但其施工工艺要求较预应力钢筋混凝土连续梁桥施工相对更高，另外运营期间需定期对钢管拱和吊杆等构件进行维护，养护工作量较大，后期养护维修费用也较高。

对比之下，在有条件的情况下，主跨可采用三跨钢筋混凝土连续梁结构；若受地块出入口影响，两端衔接的横向道路交叉口距离近，需要缩短桥坡长度时，主跨桥型可采用下承式简支梁拱组合桥。

工程实践中还有其他适合的主跨桥型，由于本文篇幅有限，故不一一列举。

3.6　引桥方案选定

引桥长度和跨数由坡度和起桥高度确定，根据地区经验常用起桥高度标准控制在2.5 m～3.0 m之间。为便于施工，节约工程造价，引桥宜采用本地区常用的中小跨径桥梁上部结构。

4　结语

本文对城市道路跨航道桥梁段的总体方案归纳提出了总体设计原则以及影响工程的主要控制因素和要点，总结了城市道路跨航道桥梁段的主要总体方案，并列举了几种常用总体布置方案。建议设计从业人员在工程设计中，事先充分调查现状情况和规划资料，并进行全面综合分析，再对总体方案进行深入的研究和比选，分析方案的可行性、交通条件、实施难易程度、对周边环境的影响程度和工程的经济性，提出合理、可行的总体方案。

结合以往工程设计中所遇到的情况，同时提出几点建议：一是建议规划部门在编制规划时，城市道路跨航道桥梁及接坡段宜预留足够的红线宽度，以满足桥下辅道等的设置空间。二是为了确保航道安全运行，建设单位应严格按照航道管理部门提出的要求，按照《桥梁通航安全影响论证报告编制规定（JTS 110-9-2012）》对总体方案作专项论证。三是在沿线环境影响敏感点和建筑物较近的路段，应事先做好环境影响评价和社会稳定风险评估，以减少对周边环境的影响。

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2018年，郑州市干线公路项目建设拟投资13.6亿元。 2018年，郑州市干线公路项目计划新改建公路里程约53 km。其中:1个重点项目——G107线东移一期改建工程6月底将实现主体通车。6个计划新开工项目为：S317郑开交界至港区段新建工程、四港联动大道弓马庄等3处积水点整治工程、郑州市快速通道及干线公路安全服务综合整治、郑州市普通国省干线智慧公路建设项目、陇海西路新田大道东至桃贾路口段改造、郑登快速通道采空区路面改造项目。

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