安罗高速黄河特大桥主桥桥型方案研究

2022-09-07田泽垠

科技创新与应用 2022年25期

田泽垠

（河南省交通规划设计研究院股份有限公司，郑州 450018）

安阳至罗山高速公路是《河南省高速公路网规划（2021—2035 年）》中规划布局的16 条南北纵向通道之一，项目起于安阳北的豫冀省界，接河北省规划的清苑至魏县高速公路，向南至信阳罗山县南的豫鄂省界，接湖北省规划的大悟至武汉高速公路。项目建成后将在京港澳高速和大广高速之间形成新的纵向通道，对进一步强化区域间经济融合、加强中原城市群与雄安新区和长江中游城市群联系、带动沿线城市群一体发展、缓解京港澳高速交通压力及加快郑州市大都市圈建设有着重要的意义。

1 项目概况

拟建项目为安罗高速原阳至郑州段，是安罗高速的重要组成部分。项目起点位于新乡市原阳县太平镇乡虎张村西北，与兰考至原阳高速公路封丘至原阳段交叉，路线向南经陡门乡，在陡门乡东侧跨越黄河至郑州市中牟县雁鸣湖镇，在雁鸣湖镇朱固村南与连霍高速交叉并顺接已建的机西高速，到达项目终点，路线全长约21.7 km。

2 跨越黄河段水文条件

安阳至罗山黄河大桥位于黄河下游花园口-夹河滩河段，桥位河段河道形态复杂，可归纳出如下特点：①河槽淤积严重，甚至槽高滩低，呈“二级悬河”之势，临背悬差一般为3~7 m；②河道宽、浅且散乱，河势多变，主流摆动频繁；③洪水突发性强，预见期短，防守决策无周旋余地；④险工堤段长，险工段占堤防长度的70%，遇大洪水将全线吃紧，防守任务艰巨。

3 跨越黄河段现有水利工程设施

3.1 堤防工程

黄河下游大堤历史悠久，为历代不断修建而成。为了保障防洪安全，近年来黄河下游相继开展了大规模的标准化堤防工程建设，堤防的抗洪能力增强。黄河下游大堤的设防标准为防御花园口洪峰流量22 000 m3/s的洪水，桥位河段相应的设防流量为22 000 m3/s。

桥位河段两岸堤顶高程已基本满足2 000 a 设防标准，两岸堤顶宽度均为12 m，临河、背河边坡为1∶3。

3.2 河道整治工程

桥位河段河道整治工程包括险工、控导和防滚河工程，整治河宽为1 000 m。

4 影响桥位选址的其他控制因素

河南郑州黄河湿地省级自然保护区位于郑州市北部的黄河南侧，呈带状东西走向，西起巩义市康店镇井沟村，东至中某县狼城岗镇东狼城岗村。由于保护区范围呈东西走向，而高速公路路线呈南北走向，故拟建项目不可避免地需要穿越保护区。根据《河南郑州黄河湿地省级自然保护区功能区调整综合论证报告》，其在保护区范围及功能区调整时，已考虑了本项目穿越保护区时的影响，将路线左右各200 m 布范围内划为实验区，并在两侧外围设置缓冲区，本项目桥位选址需从其预留的廊道范围内通过，减小对郑州黄河湿地省级自然保护区影响。

5 桥位上下游已建黄河大桥

桥位处上游约13 km 为郑州官渡黄河大桥，桥梁全长7.4 km，于2019 年10 月16 日建成通车；上游约34 km 处为京港澳高速刘江黄河公路大桥，全长9.8 km，双向8 车道。下游约8 km 处为即将修建的G230 封丘至开封黄河大桥，设计主桥长约2.9 km；下游约34 km 处为大广高速公路开封黄河桥，全长约7.8 km，为双向6 车道。

6 主桥方案构思

6.1 主桥布跨原则

主桥布跨考虑了以下与防洪要求相关的因素。

（1）布主河槽宽4 650 m，主河槽2 侧为控导工程，主副桥需要跨越控导工程，由此确定主副桥总长为4 710 m。

（2）布桥位所在河段主河槽内桥梁最小跨径要求为100 m，桥梁与河道斜交，跨径还应适当加大。

（3）布桥位处排洪主流河宽为1 000 m。

6.2 主桥布跨思路

主桥的布跨思路如下。①布跨思路一：125 m 变截面预应力混凝土连续梁。此方案与桥位上游的官渡黄河桥相同，采用6×（80 m+5×125 m+80 m）的变截面预应力混凝土连续梁。每联有2 个边跨80 m 不满足最小跨径的要求，通过5 个125 m 的中跨进行补偿。该方案共计42 跨，平均跨径为112 m，此平均跨径基本为河道管理部门可接受的最小跨数。②布跨思路二：大跨径斜拉桥+100 m 跨径组合梁。此方案设置一联大跨径斜拉桥，主河槽的其他部位采用100 m 等跨布置的组合梁。同时，保证主河槽内的平均跨径不小于112 m。

6.3 桥型选择

根据上述防洪要求和布跨思路，对主桥提出多种桥跨方案进行分析论证。

方案一：主桥桥跨布置为（3×100 m）双边箱钢混组合梁+（110 m+135 m+520 m+135 m+110 m）斜拉桥+2×（3×100 m）+7×（4×100 m）双边箱钢混组合梁，全长4 710 m，双边箱钢混组合梁桥宽2×20.31 m，斜拉桥桥宽45.5 m。效果图如图1 所示。

图1 方案一斜拉桥立面布置图

方案二：主桥桥跨布置为（3×100 m）双边箱钢混组合梁+（110 m+180 m+430 m+180 m+110 m）斜拉桥+4×（7×100 m）+（6×100 m）双边箱钢混组合梁，全长4 710 m，双边箱钢混组合梁桥宽2×20.31 m，斜拉桥桥宽45.5 m。

方案三：主桥桥跨布置为（3×100 m）双边箱钢混组合梁+（2×100 m+2×355 m+2×100 m）斜拉桥+3×（7×100 m）+2×（6×100 m）双边箱钢混组合梁，全长4 710 m，双边箱钢混组合梁桥宽2×20.31 m，斜拉桥桥宽45.5 m。效果图如图2 所示。

图2 方案三斜拉桥效果图

方案四：主桥桥跨布置为（80 m+3×100 m）双边箱钢混组合梁+（115 m+4×280 m+115 m）斜拉桥+4×（6×100 m）+（5×100 m+80 m）双边箱钢混组合梁，全长4 710 m，双边箱钢混组合梁桥宽2×20.31 m，斜拉桥桥宽45.5 m。效果图如图3 所示。

图3 方案四斜拉桥效果图

方案五：主桥桥跨布置为6×（80 m+5×125 m+80 m）预应力混凝土连续箱梁，全长4 710 m，桥宽2×20.31 m。

7 主桥方案比选

方案一至方案五的相互比较，差别主要在结构的合理性、施工便捷性、工程造价、工期和景观等方面，综合比较见表1。

表1 主副桥方案比较表

综合表1 分析，方案四主桥桥塔较多、略显重复，景观效果一般；方案三与方案一相比虽然造价略低，但景观效果不显著；方案二与方案一相比虽然造价略低，但其景观可视范围较小，辨识度稍低；方案一跨度最大，虽造价稍高，但其外形美观、景观效果好，蕴含了河南作为中华文明发源地的形象，表现了河南现代化发展的进程，更能契合项目功能定位的要求，突出桥梁的首位度也可进一步提升郑州大都市的城市形象，且推荐方案的桥型方案技术成熟。