上海内河航道桥梁方案选型

2019-06-29岳申舟

城市道桥与防洪 2019年6期

岳申舟

（上海同三高速公路有限公司，上海市 200441）

1 上海高等级内河航道建设情况与展望

内河航道是上海建设国际航运中心中心集疏运体系的重要组成部分，《上海市城市总体规划（2017—2035）》提出，“构建以长江黄金水道为干线、高等级航道为支线、内河港区为转运枢纽的内河航运网络”。

上海高等级内河航道建设于“十一五”期间起步，首先完成了“一环十射”航道水系蓝线规划（见图1）。其中“一环”为黄浦江（上游段）—大芦线—大浦线—赵家沟—蕰藻浜—油墩港—黄浦江（上游段），“十射”包括长湖申线（太浦河）、杭申线（上海段）、苏申外港线（上海段）、苏申内港线（上海段）、金汇港、平申线（上海段）、罗薀河、川杨河、龙泉港（叶榭港）和大芦线航道。

图1 上海市内河“一环十射”航道规划网

经过“十二五”期间大力发展，先后实施了黄浦江（上游段）、赵家沟、苏申外港线、大芦线一期、杭申线（上海段）等多个项目，基本建成“连接苏浙、对接海港”的内河高等级航道网框架。

目前，大芦线二期、平申线（上海段）、长湖申线（上海段）、赵家沟东段等多条航道正加快建设；苏申內港线西段、油墩港航道已开始实施；吴淞江工程（上海段）也将苏申内港线中段、罗蕰河航道纳入其中，有望十三五期间开工建设。

可以预计，上海高等级航道建设还将持续相当长的一段时间，并最终支撑国际航运中心建设。

2 跨航道桥梁建设的特点分析

上海跨内河航道桥梁作为航道建设的“附属工程”，不同于一般公路或城市桥梁，也不同于跨越大江大河的桥梁，具有相当的特殊性。

2.1 需改建桥梁量大面广、数量众多

航道建设必然引起原有桥梁的改建，由于上海城镇化发展已经基本完成，航道整治工程大多位于城市建成区，航道建设对路网的割裂非常明显。

“一环十射”高等级航道分布在上海主要区县，总长度约275 km（见表1）。初步梳理，累计需要建设的跨航道桥梁约170座，平均约1.6 km就有一座。由于通航不达标而改建的桥梁工程投资占到整个航道项目的30%～50%，桥型方案的优劣直接影响航道项目总投资的多少，全面系统论证跨高等级航道桥型方案，为今后航道整治工程桥型方案的选择提供参考标准及技术支撑，以达到充分利用资源，节约投资的目的。

表1 “一环十射”主要航道长度及拟建桥梁统计表

2.2 通航净空要求高、接线道路衔接困难

内河高等级航道大多为Ⅲ级或Ⅳ级，按国家标准通航净高分别需要10 m和8 m，交通运输部在2005年针对长三角平原地区的特殊情况，将以上数值定为7 m。

由于上海内河航道基本位于平原地貌，两岸地势平坦，在满足通航净空的前提下，跨航道桥梁桥面标高往往高出两岸道路10 m以上，航道两岸需要300 m以上的接线引桥。如航道两岸附近有横向道路，则容易出现跨航道桥梁无法之衔接的情况，造成航道项目与地方路网交通的冲突，见图2。

图2 跨航道桥梁与横向道路衔接冲突示意

2.3 建设条件复杂、设计施工难度大

航道建设的初衷和资金来源决定了工程的主要任务的是航道整治提标，跨航道桥梁只是作为航道的障碍物对不满足航道要求的部分进行改建，或者是将现状不满足通航要求的桥梁拆除后按规划线位新建。

“一环十射”航道建设涉及到的桥梁多数均为老桥改建，初步统计90%以上为既有桥梁的改建。通过调查可以看出，既有桥梁数量巨大、结构形式多样、技术状况不一，且与航道标准、道路规划不相符合，大量既有桥梁在航道建设过程中需要改造。由于老桥的存在，使得跨航道桥梁建设不同于一般桥梁工程，需要充分考虑施工期间交通组织、新桥施工临近运营中的老桥、跨航道老桥拆除等特殊问题，设计施工难度大。

2.4 经济性要求高，又需要兼顾景观要求

航道项目的投资来源决定了跨航道桥梁经济性优先的原则。跨航道桥梁又具有城市桥梁的典型特点，一般均位于城镇核心区或者航道关键节点，需要有一定的景观功能起到提纲挈领、提升地区与航道的品位。

早期的航道整治项目中曾提出“一桥一景”的想法，在实际操作过程存在较多的困难；不分析每座桥的具体情况采用千篇一律的“标准设计”也是不可取的。如何取得经济性与景观效果的平衡是内河航道桥梁需要解决的问题

3 跨航道桥型选择一般原则

3.1 常用桥型概述及特点分析

上海内河航道包括闸控限制性航道和天然航道，前者面宽70～120 m且一般要求桥梁一孔跨过通航水域，后者面宽也在200 m以内，可酌情水中设墩。因此上海内河航道桥梁研究对象主要以跨径80～150 m为主，兼顾少量150～250 m。

该跨径范围内的主要桥型包括连续梁桥、系杆拱桥、钢桁架桥、斜拉桥和自锚式悬索桥等。

连续梁桥的特点是工艺成熟、施工方便，主桥单价较低，结构高度大、接线引桥长。

系杆拱桥一般为下承式布置，结构高度低，拱肋形状变化多端易创造出优美造型，施工相对复杂且施工过程对通航有一定影响。

钢桁架桥一般采用下承式布置，是结构高度最小的桥型，景观效果一般，施工影响与系杆拱桥类似。

斜拉桥外形优美、跨越能力好，施工对航道影响小，整体造价较高。

自锚式悬索桥造型美观，本地区较少采用从而容易创造出独塔的桥梁景观，但施工复杂、造价偏高。

3.2 桥型选择控制因素

内河航道桥梁的桥型选择是一个科学决策的问题，需要结合各种桥型的特点与桥位特殊的条件进行综合分析。

3.2.1 航道特征

桥梁跨越的高等级航道按航道通航特征可以分为航道标准段、港区、停泊区等，相应的通航要求示意见图3。

航道标准段桥型选择控制条件较少，可以优先选择连续梁桥、矮塔斜拉桥等梁底为曲线的桥型，充分利用支点附近不受通航净空限制的高度来增加梁高，更加符合悬臂浇筑施工的受力特征。

图3 航道特征与通航要求

港区、停泊区或码头影响时由于通航宽度增大，航道面宽一般也会加大，根据通航情况适宜采用梁底为直线的系杆拱桥、斜拉桥、自锚式悬索桥等桥型，以满足整个梁底范围通航净高一致的要求。

3.2.2 周边环境

周边环境决定了跨航道桥梁是否可布置边跨、允许的结构高度等。

如周边地形、建筑或道路有限制，可尽量采用无边跨的桥型，以满足道路线形布置需要并缩短主桥长度。如周边横向道路靠近航道且需要衔接是，应尽量采用梁高较低的桥型结构，缩短引桥长度，使道路与横向道路平交，较少工程造价。

周边环境受限时，常规连续梁桥通常不适用，而单跨布置、结构高度低的系杆拱桥、钢桁架桥则具有明显优势。

3.2.3 交通要求

跨航道桥梁建设的规模原则上按照“拆一还一”确定，同时应充分考量现状和规划的交通情况。

如果现在交通较大需要桥梁改建分幅实施，或者现在交通较小、桥梁改建需要分期实施时，没有桥面以上构件、方便分幅布置的连续梁桥将是很好的选择。

3.2.4 景观要求

对于航道交汇处、穿过城镇中心地区等特殊情况的桥梁，往往具有较高的景观要求，通常可采用造型丰富的系杆拱桥、斜拉桥或自锚式悬索桥。

位于郊区、无景观要求的桥梁，则可选用常规的连续梁桥。

3.2.5 施工条件

跨航道桥梁的施工条件主要包括原有河道宽度、航道是否允许通航、是否有老桥墩可以利用、施工工期要求是否严格等方面。

连续梁桥和斜拉桥采用悬臂施工，特别适合施工期间航道不允许断航的情形。

系杆拱桥、自锚式悬索桥如有老桥墩可供利用，则可在施工期间不降低原有通航能力的情况下，充分利用原有结构进行施工。

如果工期要求严格，则以钢结构为主、可整体施工的系杆拱桥将明显优于现场浇筑为主的连续梁桥。

3.2.6 经济性

跨航道桥梁的经济性比较是以整座桥梁为基础的，不仅仅是主桥部分，还需要结合不同桥型对应的引桥长度、施工方案、交通影响等，通过详细的全桥费用测算才能得出合理的结论。

根据类似工程建设的经验，跨航道桥梁经济性方面以连续梁桥和系杆拱桥最好，前者是由于主桥单价低、施工措施少，后者是因为有效的减少了引桥规模。

3.3 桥型选择方法及评价

以上根据不同的外部条件确定了桥型选择的一般规律。但是跨航道桥梁通常不是某单一外部条件控制，往往受多个特殊条件共同限制，难以直接确定桥型方案。

一般情况下，可按图4所示流程梳理建设条件，按上文所述原则排除明显不适用桥型。建议引入“桥型方案适应性”的概念，建立桥型方案适应性评价体系并确定各指标权重。以跨高等级航道桥型方案的“安全性、耐久性、适用性、环保性、经济性、美观性”为六大指标，由建设和主管相关各方专业技术人员组成专家群进行群体决策，最终确定合理的桥型方案。

图4 桥型选择一般流程

4 跨航道桥型选择案例分析—以大芦线二期为例

4.1 航道概述

大芦线航道整治二期工程位于上海市东南部闵行区和浦东新区，呈东西走向，起于黄浦江，止于东海，航道全长36.1 km，按闸控Ⅲ级航道进行整治，设计标准面宽102 m，通航净宽79 m，设计最高通航水位3.20 m，通航净高7 m。

航道西侧从黄浦江至浦星公路桥以东为停泊区，规划航道面宽约195 m；在浦江镇规划有浦江港区、宣桥镇有现状三墩港区，港区在标准段航道面宽基础上拓宽15 m。停泊区和港区均要求整个航道范围内满足7 m净空。

在航道北侧岸线附近有一条与航道平行的青草沙原水管南汇支线，距离驳岸很近，影响多座桥梁布设。

航道周边区域路网密集，距离航道边线100～300 m范围内，北侧有闸航公路、新环南路、南侧有丰南路、规划南沙1号路等相交道路。

4.2 典型桥型选择分析

4.2.1 浦星公路桥的比选

浦星公路桥位于大治河西闸口门区，航道设计面宽为195 m，为避让老桥基础及防汛通道，新建主桥主跨取230 m。

本桥适用桥型主要有下承式系杆拱桥、双塔斜拉桥等。与双塔斜拉桥相比较，下承式系杆拱桥为单跨简支结构，主桥长度规模小，造价相对较低。此外，结合本桥特定条件，部份主跨位于航道尚未开挖的岸上，部份主跨位于水中但可充分利用老桥基础作为临时支撑，较适合采用先梁后拱法施工，从而对降低主桥造价起到了关键作用，且降低了施工难度与风险。

浦星公路桥最终选用本地区最大跨径的下承式钢箱提篮拱桥，整体建筑造型优美，与周围环境相协调，对大芦线二期沿线桥梁起到提纲挈领的作用，见图5。

图5 浦星公路桥效果图

4.2.2 连续梁桥的应用

以恒南路桥为例，这类桥梁位于航道标准段，接线道路竖向同时受航道、横向道路、支流河等因素控制，经过全桥造价比较，连续梁桥与系杆拱桥基本相当，而连续梁工艺成熟、施工对航道影响小，后期维护方便，桥位处对景观要求不高，故最终选用连续梁桥。

大芦线二期类似的另外12座桥梁最终选用了连续梁桥（含钢-混凝土混合梁），主跨97～125 m。其中6座为无规划的乡村道路桥，3座需分近远期或维持交通而分幅实施，3座为航道标准段主要从经济性选择。

4.2.3 系杆拱桥的应用

以新汇路桥为例，桥位处为规划港区，航道全断面需满足通航，两岸接线道路距离仅、需引桥尽快落地，最终选用了梁底为直线、结构高度低的下承式系杆拱桥。

类似大芦线二期共有另外3座位于港区的桥梁选择系杆拱桥；2座位于古镇或城镇核心区的桥梁兼顾景观造型选用系杆拱桥。

4.3 经验总结

从大芦线二期跨航道主桥桥型选择的过程可以看出，连续梁桥是主要桥型，尤其适用于跨径适中、景观要求不高、需要分期实施以及道路等级低等情况。系杆拱桥结构高度低，适用于停泊区、港区等通航净空大的航段，可减少引桥长度节约投资；当有老桥墩可以作为临时支撑时也可充分发挥先梁后拱施工的优势。系杆拱桥景观效果较好，可适用于古镇、中心镇区等景观要求较高的地方。斜拉桥、自锚式悬索桥等特殊桥型最终未被选用。