跨南水北调总干渠桥梁的设计与施工

李 珲

（郑州市交通运输委员会，郑州 450006）

1 概述

南水北调将把长江、淮河、黄河、海河流域连接起来，统一调剂，构成我国水资源“四横三纵，南北调配，东西互济”的新格局，从根本上扭转中国水资源分布严重不均的局面,是缓解我国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程。

为减少南水北调穿越市区对郑州市交通的分割影响，规划部门先后规划了若干座跨南水北调总干渠桥梁，以解决市区交通组织问题。化工北路位于郑州市西南中原区与荥阳市交界附近，跨越南水北调中心工程总干渠荥阳段。根据规划，化工北路为城市快速路，其南接郑上路，北与西三环北沿线相连，形成了郑州西部地区南北向交通的主要通道，使郑州市环路和主要放射道路有效衔接，也是郑州市“十二五”交通运输路网建设规划的重要节点。

2 桥梁方案

2.1 设计原则

为保证南水北调中线工程的顺利实施，在跨渠桥梁规划之初，南水北调相关部门就提出了以下要求：

（1）桥梁跨径布置以不压缩总干渠过水断面，不降低总干渠防洪、运营功能为原则；

（2）桥梁施工工期满足南水北调相关部门的总体要求;

（3）在总干渠一级马道内不得设置桥墩，必须一跨跨越总干渠；

（4）主梁施工期间不影响总干渠施工，不得在总干渠内搭设施工支架；

（5）一级马道净空不小于4.5 m；施工期间不得影响一级马道的施工和通行；

（6）桥梁运营期间，桥梁的运营和养护不得影响总干渠内水质；

为保证南水北调工程的顺利实施，跨渠桥梁的建设尽量减少对总干渠施工的影响。

2.2 方案比选

根据桥位处总干渠断面布置形式，化工北路跨南水北调总干渠桥梁的主跨约为75 m。在此跨径范围内，可能的桥型方案有变高度连续梁桥、钢管拱桥和埃塔斜拉桥等。

变高度连续梁桥具有结构简单，可采用悬臂施工而不会影响总干渠施工的优点，且造价相对较低，因此是跨渠桥梁较合理的桥梁方案形式。

钢管拱桥虽然可以满足一跨跨越总干渠的要求，但由于施工方案比较复杂，施工期间会对总干渠施工造成影响；且钢结构拱肋由于仿佛涂装损坏和钢结构的锈蚀，可能污染总干渠内水体。

埃塔斜拉桥景观效果较好，且施工期间不影响总干渠施工；但埃塔斜拉桥不能塔梁同时施工，工期相对较长；同时，埃塔斜拉桥的造价相对较高。

经过技术经济比选，并经南水北调相关部门批准，最终确定跨渠桥梁采用悬臂施工的变高度连续梁方案。

2.3 桥梁方案

2.3.1 总体设计

根据规划，道路中心线与总干渠交角83.295°。桥位处干渠底宽18 m，设计高程112.113 m，一级护坡斜率1：2。一级马道宽5 m，通行净空不小于4.5m，马道设计高程121.323 m。南北两侧马道外设二级护坡、防护堤及截流沟等设施。设计水位119.113 m，加大设计水位119.813 m（见图1）。

为减小主跨跨径，桥墩布置在一级马道之外并尽量靠近一级马道，桥梁一跨跨越总干渠及其相关构筑物，尽可能减少桥梁与干渠的施工干扰，同时为避免桥梁结构的不均匀沉降对干渠结构可能带来的不利影响，桥梁基础也应距离一级护坡边缘一定的距离。综合合理跨径布置及经济性因素，确定选用连续梁桥作为跨渠桥梁的设计方案，桥梁跨径布置为：45+75+45=165（m）。桥梁北侧纵坡2.38%，南侧纵坡为0.5%，竖曲线半径为4500m。

图1 桥梁立面图（单位：m）

跨渠桥梁采用三跨变高度连续梁桥，跨径布置为：45+75+45=165（m）。道路全宽 80m，根据道路规划，桥梁分左、中、右三幅设计。左幅桥宽22.5 m，桥面布置为6 m（人行道）+16 m（混合车道）+0.5 m（防撞护栏）；中幅桥宽20 m，桥面布置为0.5 m（防撞护栏）+19 m（机动车道）+0.5 m（防撞护栏）；右幅桥宽25.5 m，桥面布置为0.5 m（防撞护栏）+19 m（机动车道）+6 m（人行道）。桥梁分为左、中、右三幅，均以各幅桥的箱梁中心线与总干渠中心线的交点作为中跨跨中进行跨径布置，在各幅箱梁中心线上的跨径布置均为：45+75+45=165（m）。

2.3.2 上部结构

桥梁上部结构采用三跨变高度预应力混凝土连续梁结构，梁高按二次抛物线变化，梁高方程为：H=2.0（X/35.0）2+2.2(m)，跨中梁高 2.0 m；支点梁高4.2 m（见图2）。

桥梁按照道路桩号前进方向，分为左、中、右三幅，左幅、右幅采用单箱四室断面，中幅采用单箱三室断面。三幅箱梁的桥面宽度分别为22.5m、20m、25.5m，悬臂长度均为2.5m，顶板厚度均为0.25m；底板厚度均为0.25～0.8 m；腹板厚度均为0.45～0.75 m。中横梁宽3 m，端横梁宽1.5 m。

考虑尽量减少与干渠施工的交叉影响，上部结构采用对称悬臂浇注施工。0#块长度为12 m，悬浇部分节段长度分别为3.0 m、3.5 m，其中1号、2号节段为3.0 m，其余均为3.5 m；合龙段长度为2 m，边跨支架现浇段长6.38 m。最大悬浇节段重量约为2171 kN，挂篮重量要求不超过950 kN。

鉴于跨渠桥梁的特殊重要性，桥梁上部结构纵向按全预应力构件进行设计。

2.3.3 下部结构

为了减少主梁施工期间对一级马道及二级边坡造成影响，墩梁固结方案采用了预应力粗钢筋和临时支座的形式。为在墩身内布置足够的预应力粗钢筋，桥梁主墩采用花瓶型板式墩身，顺桥向厚3.0 m。主墩均采用3.5 m厚承台+φ1.5 m钻孔灌注桩的基础形式，桩长均为70 m。

桥台采用肋板式桥台，台后按照1：1.5放坡，桥台锥坡采用浆砌片石护坡。桥台下φ1.2 m钻孔灌注桩，桩长42 m。

2.3.4 附属设施

为保证桥梁运营期间不会影响总干渠水体，对桥面雨水纵向统一收集后由桥台处泄水管排至地面，并最终汇至大堤外侧的截水沟中。

另外，为防止在桥梁运营期间桥面落物污染总干渠中水体，经南水北调相关部门要求，主桥范围内桥面两侧均布置了2.5 m高的防抛网片，全桥共设置6道。防抛网片均采用防腐效果较好的镀锌钢丝。

2.4 施工方案

为尽量减少与干渠施工的相互影响，主梁采用对称挂篮悬臂浇注施工。主要施工步骤如下：

（1）施工准备，四通一平。

（2）桥梁桩基础、承台、桥墩（台）施工。

图2 上部结构构造立面图（单位：m）

（3）搭设主桥0号块支架，浇注0号块混凝土。待混凝土龄期及强度达到设计要求后，张拉相应预应力钢束。墩梁临时固结后拆除0号块支架。

（4）0号块两侧安装挂篮，对称悬臂浇注1号块。待混凝土龄期及强度达到设计要求后，张拉相应预应力钢束，平移挂篮准备施工下一节段。

（5）重复上述步骤，对称挂篮悬臂浇注剩余梁段。

（6）搭设边跨现浇段支架，浇注边跨部分梁段。

（7）搭设边跨合龙吊架，安装合龙段劲性骨架，浇注合龙段，边跨合龙，待混凝土龄期及强度达到设计要求后，按设计要求分批张拉合龙段预应力钢束。

（8）安装中跨合龙段劲性骨架，解除主墩顶临时固结装置，浇注中跨合龙段，拆除挂篮。待混凝土龄期及强度达到设计要求后，分批张拉合龙段预应力钢束。

（9）施工桥面附属设施。

（10）全桥贯通，荷载试验，竣工通车。

桥梁主墩承台、墩身施工与南水北调总干渠施工存在工序交叉的情况。为保证桥梁施工及南水北调总干渠施工顺利进行，施工期间与相关部门进行了积极地沟通，并科学地进行施工组织安排：

（1）0号块施工结束后，需要进行墩梁临时固结以保证悬臂施工期间的安全。由于主墩距离一级马道较近，若采用临时支墩的墩梁固结方案，临时支墩将影响一级马道的施工，同时还将影响一级马道作为南水北调总干渠施工期间临时通道的作用。经过方案比选，最终确定采用不影响一级马道施工的预应力粗钢筋+高强度硫磺砂浆临时支座的墩梁固结形式。

（2）主墩承台基坑开挖会对总干渠大堤破坏，由于总干渠的大堤回填要求较高，因此桥梁基础施工结束后，由南水北调总干渠建设部门按干渠建设标准统一实施河道防渗和大堤回填。

3 结语

南水北调是缓解我国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程。为保证总干渠工程的顺利进行，所有跨渠桥梁的建设均需服从总干渠的总体要求。变高度连续梁桥结构明确，施工简单，对总干渠施工影响较小。

[1]黄大寨,丁文在,吴定山.悬浇箱梁中常见的几种结构型式墩梁固结的优缺点[J].公路交通技术，2006,（6）.

[2]袁宇亮，梁祥金，冯涛.浅议桥梁美学在南水北调工程中的应用[J].南水北调与水利科技,2008,(6).