西江特大桥桥位及桥型方案研究分析

郑康

（广东省南粤交通投资建设有限公司，广东广州510101）

1 概述

1.1 研究背景

为跨越通航河流时，高速公路桥梁常设置大跨径特殊结构桥梁，如预应力混凝土连续刚构桥、斜拉桥、悬索桥；在此类桥梁设计中，应综合考虑安全、满足通航及防洪要求、地方意见、造价、施工便利、景观及后期养护等因素[1]，进行桥位及桥型方案综合比选，择优推荐。

1.2 工程概况

汕（头）湛（江）高速公路清远至云浮段（以下简称“清云高速公路”）是广东省高速公路网规划的“第二横”——汕头至湛江高速公路的重要组成部分。项目起点为清远市清新县，顺接汕（头）湛（江）高速公路河源至清远段，途径肇庆四会市、高要市、云浮云城区，终点在云浮新兴县接汕（头）湛（江）高速公路云浮至湛江段。本项目在肇庆市的德庆县与云浮市云城区交界处的金鱼沙附近跨越西江，西江规划为内河一级航道，西江特大桥是本项目的重点控制性工程[2]。

2 桥位选择

2.1 桥位方案推荐

工可走廊在德庆县悦城镇与云浮市交界的金鱼沙附近跨越西江，结合工可方案拟定C5线桥位方案，考虑C5线隧道工程规模较大，为减少隧道工程规模，拟定了K线桥位方案；同时考虑到C5线方案路线绕行，K线方案西江特大桥桥梁规模较大，为缩短路线里程和减小西江特大桥桥梁规模，拟定了在K线方案和C5线方案之间跨越西江的C6线方案进行比选，路线方案布置图见图1。

桥位选择过程中多次征询通航、防洪等部门和地方意见，具体意见见表1。

图1 悦城镇段西江特大桥位方案布置图

表1 各方案意见汇总表

依据以上建议，采用K线和C5线进一步优化后做同深度比选。

2.2 桥位方案比选

优化后计算得出K线和C5线主要技术指标及工程数量表，其结果见表2。

从表2可以看出，①建设里程：K线建设里程较C5线短1.301 km，节约里程15%，汽车节能明显、社会效益好；②工程规模：K线较C5线桥梁长577.03 m，但隧道短1 767.5 m，C5线西江特大桥主跨采用432 m混凝土结构，工程造价K线多2.36亿元，全寿命周期成本K线多1.75亿元。若采用钢结构，K线工程投资将比C5线多1.29亿元；③西江桥位：K线桥位处为河流汇流汊口，桥位处路线与水流方向存在较大夹角，C5线肇庆侧路线与水流方向夹角约99度，云浮侧河道弯曲，路线与水流方向交角较正，桥位较好；④地方意见：德庆县同意K线和C5线，云浮市反对C5线。综合以上意见，推荐采用K线方案。

2.3 桥位方案优化

经专家对西江特大桥桥位方案研究专题报告评审，建议进一步减小斜交角度路线方案。鉴于此，在初步设计K线（C10线）的基础上，为摆正桥位角度，减少桥轴线斜交角，对西江特大桥桥位方案进行了进一步的研究，拟定了C17～C25线共9个方案与K线进行比较，其中K线 （C10）与C17方案比较图见图2。

表2 K线与C5线主要技术指标及工程数量比较表

图2 路线方案比较图

3 桥型及桥跨选择

3.1 桥型选择的基本原则

桥型选择的基本原则是：安全、适用、经济和美观。西江特大桥桥型的选择，需综合考虑路线平纵、工程造价、通航、防洪、地质等因素，桥型方案的构思原则是：

①桥跨方案在满足通航最小要求的基础上，结合经济比较，可适当增大跨径，并尽量减少水中防撞墩的设置，以降低船舶撞击风险；②桥跨布置应与水深、地质条件相匹配，以降低造价及施工难度；③桥型方案在结构受力合理的前提下，采用新颖桥型结构，重视景观设计，与环境协调；④经济合理、工期最优、节约投资，较快地发挥经济效益。

3.2 桥型方案的选择

因主桥须采取一孔双向通航布设桥孔，通航净空B×H＝506 m×18 m。考虑主墩基础尺寸和防撞设的需要，根据通航论证结论，主跨跨度宜不小于700 m。依据工程经验，主跨不小于700 m的桥梁一般采用悬索桥和斜拉桥。

3.2.1 悬索桥方案

一般而言，边跨有吊杆的边中跨比为0.25～0.50；边跨无吊杆侧的边中跨比为0.20～0.35。实际设计中，边中跨比应结合锚碇、主塔位置，适当灵活取用。

研究西江特大桥桥位地形条件发现，起点锚碇受河堤岸和国道G321的限制，将起点锚点设置在国道G321与河道之间的岸边较为合适；终点侧主塔考虑到通航、施工难易度等因素的影响，将主塔布设于江岸附件河床较缓的一个平台位置较为合适。起点锚碇距终点主塔约1 138 m，结合边中比应符合常规受力原则，按单跨吊边中跨比0.3计算，主跨跨径约820 m，按此跨径布置起终点主塔均位于浅滩区附近，水深相对较浅，且水深能满足驳船运输钢箱梁的要求，因此，拟定主跨跨径820 m。边跨受河岸、地方路及锚定位置的影响，起点边跨拟定为318 m，终点边跨拟定为268 m。

从经济角度考虑，在满足水利要求的前提下，应尽可能采用单跨吊方案。若采用主跨820 m单跨吊，起、终点2个主墩及引桥桥墩落在河道上，下部结构布设，对防洪影响小。综合以上因素，主桥采用820 m单跨吊悬索桥是适合的。

根据国内部分已建悬索桥经验，综合考虑美观、经济性及施工难易度等因素，悬索桥桥塔选用常见的门式塔方案，门式塔方案塔高162.59 m，设上、下两道横梁，主塔基础钻孔灌注桩基础，主桥桥型立面布置图3。

3.2.2 斜拉桥方案

因两边跨具备做砼梁的施工条件，从降低造价，方便施工角度，边跨部分梁段采用砼箱梁。通过桥跨布置比选，择优采用700 m主跨方案。从景观角度，重点对桥塔塔型作多方案比选；并对主桥基础型式、主梁断面型式、钢砼结合点位置及构造、塔梁锚固方式等关键技术问题进行分析比选。最终选定通航条件好的700 m主跨边跨非对称斜拉桥方案，主桥跨径组合为：（84.5+149）m+700 m+（89+65+45.5）m，主桥全长1 133 m。全桥边跨非对称布置，共设3个辅助墩，纵向采用半飘浮体系。斜拉桥主塔采用钻石型索塔设计方案，塔柱总高216 m，其中上塔柱（锚固区）高70 m，中塔柱高100 m，下塔柱高46 m。立面图见图4。

图4 斜拉桥主桥桥型立面布置图（单位：cm）

3.2.3 桥型方案对比

对以上820 m单跨吊悬索桥和700 m双塔斜拉桥方案，综合桥梁总长、建筑景观、施工、通航条件、施工及养护难度、造价等因素对桥型方案进行比较，选取同等长度进行比较，按照斜拉桥主桥长度1 133 m进行经济性比较，悬索桥方案按照820 m（悬索桥）+313 m（引桥）进行考虑。见表4。

由表4可得出，820 m单跨吊悬索桥方案桥型优美，大桥景观与环境和谐统一，为通航提供较大的净宽富裕，且国内已有成熟的设计、施工经验。700 m双塔斜拉桥方案建设期造价较低，但后期换索成本较高，通航条件不如悬索桥，景观效果也相对较差。综合以上优缺点推荐采用820 m单跨吊悬索桥方案。

4 总结

随着我国公路交通的迅速发展，特大型桥梁将越来越多，桥位、桥型方案的选择和研究的因素也将越来越全面，越来越深入，尤其是在综合进行技术经济比较的同时，要加强对服务地区经济开放、开发的研究，加强对桥梁美学的研究，加强对大跨度桥梁技术发展趋势的研究，加强对保护生态环境协调发展的研究，使现代桥梁既成为经济建设的大通道，又成为优美的景点。

通过上述西江特大桥桥位和桥型选择分析，可知特大桥选择桥位主要考虑路线走廊、通航、防洪、地方意见等因素；选择桥型方案主要考虑结构安全性、适用性、经济性和美观等因素。本文通过对西江特大桥的桥位及桥型方案的比选，最终推荐采用技术可行、通航安全、结构安全、经济合理的K线桥位方案，桥型采用悬索桥方案。本文对其他越通航河流大跨径桥梁在桥位、桥型选择时有一定参考意义。