高速公路特大型桥梁与跨大堤桥设计方案研究*

王志豪，马 婧

（郑州市公路工程公司，河南 郑州 450001）

濮阳至阳新高速公路黄河特大型桥梁跨大堤桥的桥址水文特征独特，通航环境及周围生态环境要求较高。该桥址的选择既要满足通航和河道特征要求，还要与工程地质、地形地貌条件、水文（水利）条件等相适合，更应与周围环境及景观要求等相一致。在我国加强保护生态环境的大背景下，桥梁建设既要处理好耐久性和造价费用、后期养护等问题，又要考虑施工技术难易程度、结构造型与堤外引桥的搭配，以及同周围环境的协调性。为此，通过比对波形钢腹板式组合梁桥与预应力连续梁桥的技术方案，从中选择适用连续梁桥的最佳设计方案。

1 工程概况

濮阳至阳新黄河特大桥全长8 127 m，桥宽2×16.56 m，工程造价高，工程规模大，桥梁形式选择是该项目的关键。起点桩号自北向南，分别为：北堤的外引桥、跨大堤桥、堤内引桥，主桥，以及南堤的内引桥、跨大堤桥、堤外引桥等组成。全桥共36 联，伸缩缝37 道。表1 为阳新高速公路黄河特大桥跨径布置方案。

表1 阳新高速公路黄河特大桥跨径布置方案

濮阳至阳新黄河特大桥水文地质条件符合黄河水文水利特征，地质复杂，抗震设防烈度高，冲刷大，属典型游荡性河段。主河槽摆动大，应充分考虑黄河综合治理、开发利用及防洪规划等问题，桥梁选择位于黄河主河槽顺直且窄的部位跨越[1]，应尽量减小黄河桥轴线与主河槽中泓线、治导线法线与桥轴线的夹角。

2 濮阳至阳新黄河特大桥桥位方案

2.1 濮阳至阳新黄河大桥桥位比选位置

上下游黄河大桥合理分布根据水利部黄河水利委员会相关要求[2]，高村至陶城铺河段的容许桥梁间距应在5 km 以上。其中，方案K 线桥位与上游G106 东明黄河大桥相距14.8 km，与下游S304（规划中） 黄河大桥相距12 km。方案AK 线桥位与上游G106 东明黄河大桥相距13 km，与下游S304（规划中） 黄河大桥相距13.8 km。K 线桥位和AK线桥位，这两个方案均满足桥位设计要求。

2.2 保证桥址所处河道的稳定性

桥位处一般要求河势较稳定，主流在不同时期、不同流量下摆幅较小，深泓点位置变化不大，主槽窄深，变化小。根据黄河水利委员会相关要求，黄河大桥桥墩设置以不影响河道主流变化为原则，桥梁轴线与洪水主流方向垂直，若有交角偏差，不宜超过10°。K 线桥位和AK 线桥位都位于张阎楼工程和连山寺工程之间，河势稳定，主槽摆幅较小。另外，治导线与K 线桥位间呈4°夹角，与AK 线桥位间呈2°夹角，均满足桥梁稳定性的设计标准[1]。

2.3 衔接优化高速路网

濮阳至阳新黄河特大桥工程，起点始于濮范高速，向南线路，濮阳小辛庄南，上跨黄河北大堤为K 线方案，偏东南方，于菏泽牡丹区李庄集东高寨村的东北向跨黄河南大堤，南与荷东高速相接。AK 线跨黄河北大堤，在濮阳市晁庄的北向，路线偏东南方，在高寨村的西南向跨黄河南大堤，南与菏宝高速相接。

路线布线时，考虑到前后互通的间距，经过两省综合城市路网对接，经多次论证确定路线的具体位置，并通过预测交通量、车道数计算，最终进行服务水平评价。主桥与跨大堤桥考虑的主要影响因素有以下3 点。

1） 黄河大桥的合理分布符合高速公路网的整体走向。

2） 桥址处河道的稳定性注意软土及地震液化对路区及路基结构的影响。桥址处属黄河中下游，而黄河下游地表土层承载力不佳，工程性质一般或较差，粉土段易形成地震液化，影响河道及桥梁稳定性。

3） 壅水的影响。桥墩壅水会不断地冲刷堤坝和河道，这在一定程度上降低了河道及堤防工程的防洪等功能。

根据以上的控制因素，参照JTG 3362-2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[3]，本项目初拟定黄河桥位为：K 线桥位方案，即北侧跨黄河北大堤，沿东南向跨过黄河，在高寨村东北向跨南大堤。

3 预应力混凝土连续梁桥方案比选

连续梁桥跨中梁高比较小，结构轻盈，此高度梁能较好地符合梁的内力分布规律，初步设计提出两个梁式桥设计方案，并从材料方面对此方案进行比选。

3.1 方案一：预应力混凝土连续梁桥设计

综合考虑施工技术、经济性、混凝土耐久性，以及通航要求，制定了预应力混凝土连续梁设计方案。此方案中，预应力混凝土连续梁技术较为成熟，且应用最为广泛，因此，将大堤桥跨布置为（75+130+75）m 预应力混凝土连续梁桥，全长280 m，桥宽2×16.56 m，采用上下行分离式桥梁。上部结构为预应力混凝土变截面连续梁，大堤桥边跨与中跨比为0.577。主梁属单箱室断面，箱梁底、顶宽度分别为8.5 m 和16.56 m，4.03 m 长的悬臂。主桥箱梁选取竖向、横向、纵向预应力混凝土，其中纵向结构设计为全预应力，由于钢绞线具有低松弛高强度的特征，纵向结构采用钢绞线。竖向预应力为螺纹钢筋。在具体施工中，常用的悬臂浇筑、悬臂拼装、顶推施工、满堂支架等施工方法的应用无须设置大量临时设备和施工支架，不会给桥下通车及通航造成影响，施工期也不受水位及季节影响，具有非常强的施工优势。

3.2 方案二：波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥

桥跨布置为（75+130+75）m 波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥，全长280 m，桥宽2×16.56 m，采用上下行分离式桥梁。参照（DB37/T 3549-2019）《大跨径波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥技术规范》[4]和黄河特大桥实际要求，上部结构采用波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥，边跨与中跨的比例为0.577。主梁为单箱单室型。梁高与底板依据2 次抛物线变化，波形钢腹板采用Q345qD 钢材。以波形钢腹板取代混凝土腹板，箱梁为波形钢腹板与钢筋混凝土相结合的组合结构，利用10 ～30 mm 厚度钢板代替30 ～80 mm 厚度的混凝土腹板，能够有效减轻桥梁重量，也提高了桥梁的美观性。但斜拉桥施工工艺复杂且养护工作量大，成本造价高[5]。波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥，纵向预应力筋为体内束、体外束。预应力为钢绞线，体内束内设连续梁，承受恒载；体外束用于承受活载，于全桥合龙后穿索张拉。波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥大量使用体外预应力钢束，能够增强结构的稳定性和强度，进而降低其跨中下挠风险，增强抗震性能。

3.3 方案比较分析

预应力混凝土连续梁桥具有施工工艺成熟、工期短、造价低及后期养护工程量小等优点，当前被广泛应用于60 只150 m 跨径范围内。而波形钢腹板预应力混凝土梁式桥是一种高效、经济且施工简单便捷的新型桥梁形式，可恰当地将混凝土和钢两种材料有机结合，降低了大跨径混凝土梁式桥腹板开裂及跨中下挠的风险，应用体外索方便了后期桥梁维修[6]。同时，波形钢腹板预应力混凝土连续梁的悬空施工工艺复杂，对施工控制及施工质量要求非常高，后期维护难度大，维护成本高。这两种桥型方案的跨径组合相同，差别主要在结构的合理性、工程造价、工期、后期维护及施工难度等方面，经分析比较，方案一、方案二各有优缺点。表2 为跨大堤桥设计方案比较情况表。

表2 跨大堤桥设计方案比较情况表

通过表2 对比分析得出：预应力混凝土连续梁桥设计方案有成熟的施工经验，后期维护少，造价及维护成本比较低[7]。考虑造型与堤外引桥的搭配，以及同周围环境协调性等因素[8]，最终，濮阳至阳新高速公路特大型桥梁工程跨大堤桥选择预应力混凝土连续梁桥设计方案。

4 结束语

濮阳至阳新黄河特大型桥梁跨越河南省与湖北省高速公路，在具体拟定本项目的桥位方案时，要考虑两省、两市的桥位对接，高速公路网的路线整体走向，桥址处河道的稳定性以及黄河防洪等多种因素。同时，还要处理好航道、交通、生态环境间的关系，确保桥梁耐久性及安全性是桥梁工程的关键。本设计采用预应力混凝土连续梁桥方案，尽可能地降低了通航风险及施工风险，节省造价，此跨大堤桥材料选型可为类似工程设计及材料选用等提供参考。