新安江电站桥梁方案设计

任正林，杜 鑫

（1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017；2. 中铁二院华东勘察设计有限责任公司，浙江 杭州 310000）

新安江电站桥梁方案设计

任正林1，杜 鑫2

（1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017；2. 中铁二院华东勘察设计有限责任公司，浙江 杭州 310000）

文章以建德市新安江电站桥梁工程为背景，从经济性、周边环境协调性、施工难易程度、施工工期、景观性等方面出发，阐述了该桥桥位和桥型方案设计的基本思路，并介绍了桥梁的技术标准、桥位选择、总体布置和结构设计。

桥梁工程；方案设计；桥位比选；桥型比选

1 工程概况

新安江电站桥位于新安江大坝下游约1.5 km，建德市城区上游约4.5 km处，是连接朱家埠和白沙并跨越新安江的便捷通道。老桥包括南引桥和主桥两个组成部分。主桥全长160 m,为双跨上承式钢筋混凝土箱型拱桥；南引桥为10×20 m预应力混凝土空心板简支梁桥。桥梁全宽9.9 m，桥面横断面布置为2×0.25 m（栏杆）+2×1.2 m(人行道)+2×3.5 m(行车道)。设计荷载为汽-15，验算荷载为挂-80级，人群荷载按3.5 kN/m2进行计算。

该桥建成于1990年，并于2004年进行了全面加固维修。由于建德市的发展需要，对大桥南岸原引桥部分河床进行了回填，用于土地开发。河道回填后，桥位处行洪断面压缩，水位增高，水流速度增大。根据《建德市新安江电站大桥泄洪安全评估报告》，断面压缩后拱圈抗弯刚度验算不满足要求，建议对老桥进行加固或改建。鉴于老桥设计荷载标准较低，在2004年已进行过加固维修，因此从长远安全性考虑，对新安江电站桥梁进行改建。

新建桥梁采用3级公路标准，路基宽度8.5 m，行车道宽度2×3.5 m，土路肩宽度2×0.75 m，相应桥梁标准如下：

（1）荷载标准，公路-I级；人群，3.5 kN/m2；

（2）设计时速，40 km/h；

（3）桥面宽度，机动车道8 m，人行道宽度2.5 m；

（4）桥面横坡，机动车道1.5%，人行道1.5%（反向）；

（5）通航标准，Ⅳ级航道；（6）设计安全类别，一级；

（7）地震作用，地震动峰值加速度等于0.05 g，按构造要求设防。

2 桥位比选

老桥桥位上游为新安江电厂用地，能利用的可能性较小，若新建桥梁桥址需重新选择，新桥址需考虑在老桥的下游。

根据新安江两岸的地形特点，提出3个桥位方案进行考虑比选（见图1）：桥位方案1为在老桥桥位处拆除重建；桥位方案2（A、B）和桥位方案3在老桥下游。根据南岸接线的位置，下游新桥址选择有两个思路：

（1）南岸接线布设在新整平回填的场地内，老桥南岸接线往东靠铁路延伸与新桥相接；

（2）新桥跨过新安江，上跨铁路后，接到朱家埠路上。

图1 桥位方案比选图

根据设计思路(1)选择了桥位方案2A，即新桥址位于老桥下游约340 m处；该方案桥梁北面接线高度约37.0 m，桥梁跨过新安江后，南面穿康师傅饮用水项目用地红线，至铁路北侧，沿铁路东西方向修建连接线，并与老桥桥头接线相接。

由于老桥下游约650 m的回填场约68 362 m2已考虑出让给康师傅饮用水项目，且回填场地的标高控制约在34 m左右，若新桥穿过该出让区块，其标高在37 m左右，将该区块一分为二。若将该区块全部填至37 m标高，则需增加土方约21万m3，增加造价较高，所以该桥位实施的可能难度较大。

为了尽量减小对康师傅饮用水项目用地的影响，桥位移到康师傅饮用水项目用地红线下游，即桥位方案2B。该方案位于老桥下游约660 m，桥梁南岸需沿着老铁路修建一条连接线，长约600 m。若采用该桥位，存在两方面问题：一是土地利用有所浪费，在局促的空间内，东西向有3条道路；二是和康师傅的用地规划要做好协调工作，其地块南侧要让出一条连接线的空间。综合各方面因素，该桥位也不是特别理想。

根据设计思路(2)，北岸新电路平均标高在35 m左右，最低点标高33.5 m，最高点标高41.90 m；南岸朱家埠路标高在55 m左右，最低点标高46.48 m，最高点标高61.20 m；南岸距离朱家埠路北侧约20 m左右有铁路，标高在40 m左右。大部分路段两侧道路标高均在20 m左右，道路位于山谷两侧，南北道路距离在260～330 m，故大部分路段无法完成降坡接线要求。

全线唯有在老桥下游约935 m处，存在技术上接坡的可能。该处北岸新电路现状标高约38.85 m，南岸铁路标高约39.65 m，朱家埠路标高约49.42 m，南北岸道路标高差10.57 m，有效降坡距离约325 m，平均纵坡为3.25%。

但是，考虑到桥梁两头均为平交口；平交口设置大纵坡，交通组织上存在较大安全隐患。若需确保交通安全，桥梁的平均纵坡应控制在2%以下，两岸道路标高差应控制在6.5 m以下。

根据该思路，若采用桥位方案3，需抬高北岸新电路，或降低南岸朱家埠路。由于朱家埠路北侧铁路限制，降低朱家埠路标高会造成铁路净空高度受限，可能性较小，需进一步明确该处铁路净空要求，故重点考虑将北岸新电路抬高4.0 m。根据初步了解，北岸老路断面是半填半挖断面，沿河侧道路边坡坡率为1∶1.5，接线处北岸新电路两侧300 m范围内，道路较为平整，且无重大结构物，从技术上存在抬高接坡的可能（见图2）。

图2 新电路抬高示意图

但是新电路抬高后，对原新安江的泄洪断面存在部分压缩，需与相关管理部门协调；同时，采用该方案需跨过铁路，需与铁路部门协调；再则，采用该桥位，桥梁长度较长，整体造价较高。综合考虑后，不作推荐。

综上所述，新建新安江电站桥梁的桥位比选空间较小，本次设计推荐采用桥位方案1，即老桥拆除重建，其主要缺点是施工期间交通组织不顺畅，但考虑到南岸朱家埠路正在改建当中，且改建后对老路部分弯道进行了截弯取直，道路标准提高，对本项目建设是有利的，且相对其他桥位方案路线最短，方便两岸民众出行。

3 桥型方案设计［1-4］

通过桥位处的景观分析，桥位的南北岸山势较高，峡谷空间较小，南北岸山的间距在350～500 m；桥位处风景优美，特别是“江雾奇景”，堪称世界一绝。桥型的最佳方案是桥融入周边的环境当中，使桥景与自然景色融为一体。

同时，由于桥位位于南北岸山势的峡谷当中，地质条件非常好。从老桥的使用情况来看，老桥的基础还非常稳固，冲刷也不明显。桥型方案选择时需综合地质条件因素，使桥梁的经济性与景观性能较好地统一。基于以上考虑桥梁确定了4个桥型方案进行比选。

3.1 方案1

该方案采用3跨曲弦半穿式钢桁架连续梁桥，主跨100 m，边跨62.8 m，桥梁全长237.92 m。中支点桁高17.5 m，跨中及边跨端部桁高6.75 m。

上部结构主桁，上弦均采用600 mm×900 mm箱形断面，下弦均采用600 mm×800 mm箱形断面，腹杆采用600 mm×500 mm箱形断面；支点处直腹杆采用600 mm×900 mm箱型断面。桥道系横梁采用钢混叠合梁结构，横梁总高度1 300 mm。桥梁纵向设小纵梁，纵梁采用500 mm×300 mm工字型断面，纵梁间距2 m；全桥设下平联，下平联采用384 mm×300 mm工字型断面。

主墩采用桩接承台接立柱形式，考虑防撞要求，桥梁纵向设两排桩，桩基直径采用Φ1.5 m灌注桩，承台高度1.5 m，桥墩墩柱设计为圆台状，主结构采用Φ28的钢筋混凝土柱式结构，与上部结构桁架断面线条统一。桥台采用浆砌片石重力式桥台。

由于钢结构采用工厂预制，现场拼装方式，施工方案可综合施工单位技术实力及设备情况具体调整。本次方案设计考虑边跨水深相对较浅，且地质情况好，因此，桥梁边跨采用支架拼装；跨中相对水深较深，水流急，考虑采用悬拼方案。桥面板采用预制拼装方式，预制板需存放半年以上，待钢结构安装完成后，吊装桥面板，并浇筑湿接缝。

该方案桥梁上部结构采用钢桁架结构，结构美观、轻盈、飘逸，桥下空间通透，能较好地融入到周边环境中（见图3）。支点处设观景平台，便于游人在桥上观景。上部结构采用预制拼装，施工便捷、施工工期较短。

图3 3跨曲弦半穿式钢桁架连续梁桥效果图

3.2 方案2

该方案采用中承式提篮拱桥，桥梁全长228.66 m，拱轴线采用二次抛物线主跨190 m，矢跨比为1/5，面内矢高38 m，拱肋内倾角10°。

拱肋采用钢管混凝土结构。桥面以上断面采用哑铃型断面，断面总高度2.6 m。钢管采用两根Φ1 000 mm圆钢管，壁厚16 mm；中隔板高80 cm，采用壁厚16 mm钢板焊接，钢管内填充C50微膨胀混凝土；桥面以下考虑到水流冲击、防腐及整体造型美观等综合因素，采用钢筋混凝土结构，截面高度由上至下逐渐变化，桥面与钢管连接处高度采用3.2 m，承台位置处高度采用4.0 m；符合人力学审美要求。

桥梁的横向联系如下：桥面以上设13道横撑，横撑采用Φ1 000 mm圆钢管，壁厚16 mm；桥面以下部分，考虑景观因素，采用1.6 m厚钢筋混凝土实体板，与横梁形成一体，并在中部镂空，使桥下空间更加通透、整洁，避免常规剪刀撑结构造成的视觉凌乱感。

立柱采用Φ800 mm钢筋混凝土圆柱，柱上接混凝土盖梁，盖梁高度1.2 m，宽0.8 m。

桥道板采用漂浮体系，中横梁高度1.2 m，宽0.4 m；桥面板采用25 cm厚钢筋混凝土板。桥梁下部结构采用扩大基础，重力式桥台。桥台与拱肋基座连成一体，有利于拱脚受力。桥面以下部分考虑岸边水深较浅，采用支架整体现浇，桥上拱肋采用缆索吊分阶段焊接拼装，并焊接相应横撑钢管，待拱肋合龙后，在拱肋钢管内泵送混凝土；混凝土达到强度后，安装桥道系横梁、架设桥面板、浇筑湿接缝。

该方案充分利用了桥位处地质条件好的工程特性，采用中承式拱桥结构，拱桥推力直接传递至基岩中，结构稳重、比例协调，如一道彩虹横跨新安江两岸与两岸山势呼应，很好地融入到周边环境中（见图4），施工方案技术成熟，安全可靠。

图4 中承式提篮拱桥效果图

3.3 方案3

该方案采用独塔双索面斜拉桥，全桥配跨由北向南为31 m（边跨）+26 m（边跨）+138 m（主跨）+45 m（边跨）=240 m。

桥塔采用倒Y型造型，墩、塔、梁固结。桥面以下及桥面以上无索区采用钢筋混凝土实体断面，横桥向塔宽2.0 m，顺桥向塔宽由上至下逐渐变宽，顶上断面4.5 m×2.0 m，桥面处断面6.0 m×2.0 m。由于索塔锚固区索力巨大,应力高度集中，而截面尺寸较小,如果采用混凝土结构不能满足锚固区的强度和安全可靠性,因此索塔锚固区设计采用钢箱结构。

主梁采用预应力混凝土结构，边跨采用箱型断面，中跨采用边箱肋板式结构形式。

全桥共设15对斜拉索，其中主跨12对，背索3对；桥梁背索张拉在地锚中，以平衡主跨斜拉索张拉引起的桥塔弯矩。

桥墩采用桩柱式结构，主墩桩基直径1.5 m，一个塔柱设12根嵌岩桩，共计24根嵌岩桩；边跨桥墩采用双排桩，桩基直径1.2 m，一个桥墩设4根嵌岩桩；北岸桥台采用重力式桥台，南岸桥台采用与地锚形成一体重力式结构。

主塔混凝土部分采用提升拼装式模板法施工。为克服倒“Y”型两斜腿部位在混凝土施工期间因自重产生的水平力,在两斜腿之间设置水平支撑。由于主塔后倾12°，塔柱混凝土逐渐向上施工时将形成大斜率悬臂状态;为克服倾斜塔柱在悬臂施工过程中由于自重及施工荷载等产生的附加应力使混凝土产生裂纹,施工时在主塔倾斜部分的另一侧牵拉临时索,以增强塔柱稳定性，防止混凝土开裂。下塔柱施工示意图见图5。

图5 下塔柱施工示意图

索塔锚固区钢塔柱由具有相应钢结构生产资质的厂家严格按照钢结构施工工艺在厂进行集中加工,经各方面技术性能检定合格后,运至现场,采用整体龙门吊安装。吊装到位后与混凝土塔墩内的预埋钢板焊接成为整体，钢箱与钢箱之间的连接采用焊接方式。上塔柱施工示意图见图6。

图6 上塔柱施工示意图

边跨31 m、26 m、45 m箱型主梁采用支架现浇施工，中跨138 m采用前支点挂篮施工；主梁施工时逐步调整斜拉索及背索索力，全桥合龙后再整体调整一次索力。

桥型方案结构新颖、方案气势宏大，与新安江大坝及两岸山势在气势上能很好地协调统一（见图7）。桥梁施工难度较大，桥塔的施工精度对全桥的结构控制影响至关重要。全桥除斜拉桥锚索区钢箱断面采用钢厂加工现场安装外，其余工程均需在现场浇筑，且钢箱安装测量要求非常精确，因此，桥梁施工工期相对较长。

图7 独塔双索面斜拉桥效果图

3.4 方案4

该方案采用65 m+100 m+65 m变截面连续箱梁。变截面连续箱梁支点梁高6.5 m，跨中梁高2.5 m，采用单箱单室断面。箱梁底板下缘按二次抛物线变化。箱梁悬臂长3.25 m，底板宽6.5 m，采用三向预应力，纵、横向预应力采用钢绞线，竖向预应力采用Φ32的精扎螺纹钢。

箱梁底板厚度0#块为80 cm，各梁段从悬臂根部至悬浇段结束处，由80～30 cm，其间按二次抛物线变化，跨中合龙段断面为30 cm；箱梁顶板厚度均为25 cm；箱梁腹板厚度0#块为80 cm，1#、2#块厚80～50 cm，其余梁段腹板厚50 cm；箱梁悬臂端部高度20 cm，根部高度50 cm。

下部结构桥墩采用立面花瓶式桥墩，上口宽3.5 m，与箱梁支点水平段长度一致，下底宽2.5 m，采用圆弧过渡，使上下部结构协调统一。承台厚度为2.2 m，下设4根1.5 m嵌岩桩。桥台采用扩大基础重力式桥台。

该方案施工工艺非常成熟，下部结构完成后，在承台上搭设支架浇筑0#块，待0#块达到设计强度后，安装挂篮，其余梁段采用挂篮悬浇施工。主梁共设3个合龙段，施工时先合龙边跨，后合龙中跨。

该方案突出一个“隐”字，考虑新安江电站大坝及两岸山势气魄宏大，桥梁采用无桥面以上结构体系的梁桥，使桥梁隐藏在周边环境当中（见图8）。桥面宽度较其他方案窄，经济性高。施工工艺成熟，施工难度较低，工期相对较短。

图8 变截面连续箱梁效果图

连续梁造价经济、施工方便，在中等跨径桥梁中具有较高的竞争力，然而近年随着经济的发展，桥梁的美观越来越受到重视，连续梁由于其结构形式较为常规，美观性不高，故往往不被选用。

4 桥型方案比较

桥型方案比选的具体情况见表1。

表1 桥型方案比选

本次桥型方案设计提出的4种桥型方案均可满足桥梁功能的要求，其中经济性：方案4＞方案2＞方案1＞方案3；周边环境协调性：方案1＞方案2＞方案3＞方案4；美观性：方案1、方案3＞方案2＞方案4；施工难易：方案1、方案4＞方案2＞方案3；建设工期：方案1、方案4＞方案2＞方案3。

5 结论

本文对新安江电站桥梁4种桥型方案进行了比选，综合各方案，从经济性、周边环境协调性、施工难易程度、施工工期、景观性等方面来看4种方案各有优缺点，最终推荐采用3跨曲弦半穿式钢桁架连续梁桥作为实施方案，可供类似工程参考。

［1］周年先. 桥梁方案比选［M］.上海：同济大学出版社，1997.

［2］范立础. 桥梁工程［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［3］潘世建，杨盛福. 桥梁景观［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［4］樊凡. 桥梁美学［M］.北京：人民交通出版社，1987.

Bridge Conceptual Design for Xin'an River Hydropower Station

Ren Zhenglin1, Du Xing2
（1. JSTI Group, Nanjing 210017, China; 2. China Railway Eryuan East China Investigation and Design Co., Ltd., Hangzhou 310000, China）

Taking bridge engineering of Xin'anjiang Power Station in Jiande city as backgroud, this paper expounded the basic thought of the bridge location and bridge type scheme, proceeding from the aspects as economy, harmoney with the surrounding, complexity of the construction, construction period, landscaping etc. It also introduced the technical standard, bridge location selection, general arrangement and struction design of the bridge.

bridge engineering; scheme design; bridge location comparison and selection; bridge type comparison and selection

U442.5+4

A

1672-9889（2016）06-0062-05

2016-01-28）

任正林（1981-），男，江苏兴化人，工程师，主要从事桥梁设计工作。