临猗黄河大桥桥位及引线方案研究

邓洪宗

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 概况

G3511线菏泽至宝鸡高速公路是国家高速公路网G35济广线的联络线，起点为山东省菏泽市，经山东、河南、山西、陕西4省，终点为陕西省宝鸡市，全长872 km。临猗黄河大桥及引线工程是国家高速公路G3511线的重要组成路段，该项目主要为山西临猗和陕西合阳县两省交界的黄河桥，为国家高速公路菏宝线的控制性节点工程，向东接山西省垣孙高速公路（已建）；向西接陕西省合凤高速公路（规划），并与京昆高速公路相接。临猗黄河大桥及山西境引线由山西省建设，陕西境引线由陕西省建设。

2 地形地质特征

临猗黄河大桥桥位处黄河两岸，整体上看西高东低，为一个巨大的“U”形河谷，两岸地形陡峻，西岸陕西侧基本上呈黄土台塬地貌，黄土高崖耸立，崖顶至河床高差达200 m左右；东岸山西侧地势较为平缓基本上属典型的黄土高原地貌，沟壑纵横，大型冲沟两侧有大量小冲沟，呈典型的“鸡爪”地形。

3 路线设计思路

本项目黄河桥规模巨大，桥梁造价高，是本项目的控制性工程，路线走向服务于桥位，本项目路线研究的基本思路为，坚持地质选线、环保选线的原则，同时要考虑桥梁引线的建设条件及运营安全。

4 方案研究

4.1 桥位平面研究

根据本项目路线方案布设思路，结合本项目具体情况，共布设3个桥位走廊带。

图1 桥位平面比较

4.1.1 桥位方案一

方案一的思路是尽量缩短新建高速的长度，此区域京昆高速呈东西走向，与合凤线的走向基本相同，存在共线的可能，方案一与京昆高速形成丁字交叉，与京昆高速公路共线后，设枢纽互通与京昆高速公路分离，与规划的合凤高速公路连接，本方案新建路线长度17.5 km，黄河大桥长6.8 km，与京昆高速共线17.6 km。

4.1.2 桥位方案二

方案二的思路是不与京昆高速共线，与京昆高速形成十字交叉，向西与陕西省规划的合凤高速公路顺接，本方案路线长度29.6 km，黄河大桥长6.9 km。

4.1.3 桥位方案三

方案三是在方案二的基础上将黄河桥位尽量向南移，但不影响洽川国家风景名胜区，尽量降低黄河大桥的规模，方案三在陕西境与京昆高速形成十字交叉，本方案路线长度30.5 km，黄河大桥长6.5 km。

4.1.4 桥位平面比选

a）方案一 方案一的优点是新建里程短，可利用京昆高速共线，但实际运营里程较长，本方案需要与京昆高速共线17.6 km，现有共线段为四车道高速公路，经交通量预测，结合京昆高速、合凤高速交通量预测结果，现有四车道高速公路可适应至2025年，以后需加宽至六车道高速公路，而此路段有多个高墩大跨桥梁，受高墩大跨桥梁拼接技术的限制，无两侧拼接加宽的条件，需采用分离式加宽，加宽工程规模较大。本方案布设于黄河湿地核心区范围内，对黄河湿地的干扰较大。山西、陕西境新建里程短，收费站、服务区布设空间位置受限，因此，推荐不共线的二、三方案。

b）方案二与方案三 方案二路线较为顺捷，黄河河道顺直，但黄河大桥较长，黄河两侧地形陡峭，无法利用地形展线降低桥梁高度，总体工程规模较方案三高；方案三黄河桥梁长度较短，工程规模相对较小，但连接线里程较长。考虑到本方案主要工程为黄河大桥，黄河大桥的桥梁安全、建设规模、施工难易、后期运营、养护管理才是本项目最需要考虑的内容，因此，方案三工程造价低，施工容易，环境影响小，完工后养护较方便，有利于发挥高等级公路的功能，具有较强的抗风险能力和较好的经济效益，将方案三作为推荐桥位重点研究。

4.2 桥梁高度研究

桥址区黄河河槽较宽，有4 km连续桥高均超过100 m，超长超高桥梁造成黄河桥设计、施工等难度大，桥梁工程规模较大。根据地质、气象、水文、地震等资料，桥址区地质条件较差，100 m钻孔范围内岩层未揭示，主要分布的土层有粉质黏土、细砂、粗砂，力学指标较低；地表下20 m范围内饱和砂土属于液化土，液化土层最大埋深9.5～20 m，液化等级中等-严重；黄河冲刷深度大，达20余米，且存在揭河底现象，对桥梁下部影响大；区域内地震动峰值加速度0.2g，烈度为Ⅷ度，且黄河河口段最大风速达45 m/s，对黄河桥结构影响较大。

以上因素造成黄河桥设计、施工、养护、投资存在较大风险，在推荐桥位走廊范围内如何降低桥梁高度，缩短桥梁长度，从而达到降低施工难度，保证结构安全，进而降低桥梁工程规模，是推荐桥位走廊带内路线方案研究的重点。通过对推荐桥位走廊带的进一步研究，考虑从调整纵断面和利用黄河两岸坡面布设路线方案两个方面研究。

结合桥址区黄河两岸的地形条件，在推荐桥位走廊范围内分别沿黄河一、二级台地和陕西境徐水河北侧山坡坡面展线，布设高、中、低线3个方案进行比选。

图2 高中低线位平面比较

4.2.1 高线方案

高线方案在山西侧黄土塬设黄河大桥跨越黄河，桥梁终点止于陕西岸黄河与徐水河交汇处西北角，路线继续向西与京昆高速公路交叉。黄河大桥最大桥高167 m，主桥桥长5 544 m。该方案黄河桥跨径组成采用（3×30+13×50）m+（140+3×168+140）m+（140+4×168+140）m×5+（4×50）m，主桥采用等截面钢桁梁，引桥采用T梁，桥梁全长6 488 m。黄河两岸最大挖方20 m，最大纵坡2.7%。主线收费站、服务区和互通布设空间自由度较大。

4.2.2 中线方案

该方案沿黄河东岸黄土塬坡面沟壑区展线，在黄河二级台地处设黄河特大桥跨越黄河，桥梁终点止于陕西岸黄河与徐水河交汇处西北角黄土塬半坡上，沿徐水河坡面处黄土沟壑展线2.2 km后，上黄土台塬，继续向西与京昆高速公路交叉。黄河桥最大桥高110 m，主桥桥长4 480 m。该方案黄河桥跨径组成为（5×30+15×50）m+（7×5×128）m+（2×30）m ，主跨采用128 m等截面钢桁梁，桥长5 447 m；山西岸最大挖方32 m，最大纵坡3.7%/740 m/1处；陕西岸最大挖方44 m；最大纵坡3.5%/890 m/2处；山西侧主线收费站及服务区布设空间有限。

4.2.3 低线方案

该方案路线从项目起点即沿黄河黄土塬坡面沟壑区展线，进入黄河一级台地，随后设黄河大桥跨越黄河，桥梁终点止于陕西岸黄河与徐水河交汇处西北角黄土塬半坡上，沿徐水河坡面处黄土沟壑展线5 km后，上黄土台塬，向西与京昆高速公路交叉，山西岸桥高29 m，陕西岸桥高72 m，平均桥高50 m，主桥桥长2 830 m。该方案黄河桥跨径组成为（4×30） +4×（4×50）+ （67+2×120+67）+4×（67+4×120+67）+4×30预应力混凝土连续刚构，桥长3 877 m；黄河山西岸最大挖方45 m，最大纵坡3.9%/800 m/2处；陕西岸最大挖方29 m，最大纵坡3.9%/800 m/3处；山西侧主线、收费站及服务区布设空间严重受限，互通布设于黄土冲沟之间，将主线收费站布设于黄河一级台地上。

4.2.4 方案比较

a）从建设里程、运营里程上，各方案建设里程见表1。

表1 建设里程表 km

从表1可以看出，高线建设、运营里程最短；对山西境，低线建设里程最短，高线最长；对陕西境，高线建设里程最短。

b）从土石方和路基防护数量上，高线填方232万m3、挖方数量250万m3，填挖方数量基本平衡，符合不破坏就是最大的保护的环保理念，利于环境保护。中线填方310万m3、挖方数量636万m3，挖方量较大，但山西境填、挖方数量分别为197/160万m3，填挖方数量基本平衡；陕西境挖方数量较大，弃土困难，但考虑到陕西境路线里程较长，可考虑纵向调运。低线填方392万m3、挖方数量621万m3，挖方量较大，山西境填挖方数量分别为224/420万m3，弃方数量巨大，弃土场设置困难，无纵向调运条件。

c）从与周边景区、保护区等设施的干扰上，上述3个方案在同一条桥位走廊范围，由黄河湿地缓冲区通过，对黄河湿地干扰较小；绕避了洽川风景名胜区和徐水河国家湿地风景区。中线和低线沿徐水河坡面展线，施工期对徐水河国家湿地风景区中的合理利用区和管理区有一定干扰；高线沿徐水河沟口黄土塬布线，对徐水河国家湿地公园基本无干扰。

d）从地震力对结构的影响上，根据 2015年第五代地震动参数区划（GB 18306—2015）发布，临猗黄河大桥所在区域抗震设防标准提高，基本地震动峰值加速度提高至0.2g，相应地震烈度为Ⅷ度，导致临猗黄河大桥实施难度进一步增大。对以上3个方案，高线方案桥梁最高、跨径最大，地震力对结构的影响最大，实施难度最大；反之，低线方案桥梁最低、跨径最小，地震力对结构影响最小。

e）从桥梁施工、养护难度和工期上，本项目主要工程为黄河大桥，桥梁施工难度和工期主要受采用桥型方案的控制，高线桥梁跨径和高度最大，施工和养护难度最大。高线方案黄河桥跨径采用160 m，桥梁高度167 m，桥梁较高，施工和养护难度较大，工期略长；低线桥梁较低，跨径较小，施工和养护难度略小，工期略短；中线居中。同时该区域风速较大，从风速对结构影响以及对施工期间的影响上，高线影响最大，低线最小。

对于引线桥梁，均位于黄土沟壑区：高线方案设大桥562 m/3座，其中仅1座大桥桥梁高度约50 m，其余两者大桥桥梁高度均在20 m以内；从施工难度和施工便道修建上，高线施工难度较小。中线方案山西侧设大桥1 785 m/11座，陕西侧设大桥455 m/5座，全线设置的大桥桥梁高度基本在20～50 m之间，最大桥高68 m。黄土沟壑区桥梁施工以及施工便道设置较为困难，施工难度较大，工期较长。对于低线，山西侧设大桥2 655 m/12座，陕西侧设大桥2 107 m/14座；全线设置的大桥桥梁高度基本在40～70 m之间，最大桥高73 m。黄土沟壑区桥梁施工以及施工便道设置困难，施工难度大，工期长。

f）从运营安全上，纵坡、防护、挖方边坡高度。高线纵坡缓，最大纵坡2.7%，挖方最大边坡高度20 m，最大边坡高度为三级边坡，防护数量少，符合环保理念，利于运营安全。中线山西岸最大挖方32 m，最大纵坡3.7%/740 m/1处；陕西岸最大挖方40 m，最大纵坡3.5%/890 m/2处。低线山西岸最大挖方45 m，最大纵坡3.9%/800 m/2处；陕西岸最大挖方29 m，最大纵坡3.9%/800 m/3处。从运营安全上，高线纵坡平缓，利于运营安全；中线和低线均存在连续陡坡，且挖方边坡较高，不利于运营安全，更不利于环境保护，尤其是低线，主线收费站位于黄河一级台地，为两侧连续下坡的最低点，对运营安全极为不利。

g）从桥梁景观上，高线桥梁较高，恢宏大气，犹如黄河上的一条蛟龙，景观效果最佳，同时与周边湿地、保护区、国家级风景区相得益彰，增加了一道亮丽的风景线；中线桥梁高度110 m，景观效果一般；低线桥梁较低，景观效果较差。

h）从对黄河影响上，高线方案桥梁较高，跨径较大，黄河中的桥墩较少，对黄河河道、水流影响较小；低线桥梁较低，跨径较小，对黄河河道影响较大。

i）从收费站、互通、服务区设置条件上，高线方案引线工程连续挖方路段相对较短，黄土台塬段路线相对较长，收费站、服务区以及互通布设条件较好，且布设位置选择余地较大。中线方案引线工程连续挖方路段相对较长，黄土台塬段路线相对较短，收费站、服务区以及互通布设位置受限。低线方案引线工程连续挖方路段较长，黄土台塬段路线短，收费站、服务区以及互通布设位置受限，互通布设于两黄土冲沟之间，黄土台塬段无布设主线收费站位置，仅能将主线收费站设于黄河桥桥头黄河一级台地。

j）从工程规模上，主要工程规模比较见表2。

总体规模造价上，低线方案工程造价39.3亿元，工程造价最低；高线方案工程造价60.2亿元，工程造价最高。对于黄河桥，低线方案桥梁较低且较短，采用连续钢构方案，工程造价最低；中线方案和高线方案桥梁高度分别为110 m和167 m，采用钢桁梁方案，有利于降低桥梁上部重量，利于抗震，但工程造价较高。

4.2.5 综合比选

从以上比选可知，高线方案工程造价较高，桥梁较长且较高，实施和养护难度较大；低线方案虽造价较低，有利于降低临猗黄河大桥的实施难度以及建设、养护和工程投资的风险，但低线纵坡较大，不利于运营安全，且连续挖方长度较长，不利于环境保护、弃土困难，主线收费站等设施布设困难，陕西境不同意该接线方案；黄河大桥高度较低，景观较差。中线方案工程造价适中，桥梁高度110 m，建设、养护、运营风险可控；陕西境局部挖方数量虽较大，但路线较长，可考虑纵向调运；山西境路基填挖方基本平衡；纵坡相对平缓，桥梁轻盈、美观，与周围自然景观协调，景观效果好，标志性较强，富有现代气息。

表2 工程规模比较表

经综合分析，从既能有效降低工程造价以及建设、养护、运营安全风险，又利于环境保护和桥梁景观上，本项目拟推荐采用中线方案。

5 结语

通过对临猗黄河大桥桥位的研究，可以总结出以下结论：

a）必须坚持地质选线，环保选线，必须坚持安全第一的理念，本项目黄河大桥地形地质条件复杂，环境敏感点多，本项目桥位一与桥位二由于桥梁规模大，风险高，对黄河湿地影响大，因此被排除，而桥位三是最合理的方案。

b）桥位方案要综合考虑各种因素，不只是前期建设，还有后期运营，本项目黄河桥的低线位方案黄河桥规模小，造价低，但运营安全不够理想，对沿线环境破坏较严重，最终选择的中线方案在各方面较均衡。

c）我国目前的高速公路均归各省建设和管理，对于跨省的项目，方案研究一般需要全盘考虑，本项目亦是如此，但这种类型的项目很难做到纯技术分析，从本项目中可发现，山西境与陕西境的造价呈反比关系，由于黄河大桥归山西建设，黄河大桥规模降低，必然导致陕西境工程规模增加，这个平衡很难由技术层面决定，但如果陕西境的10 km高速和黄河桥在一个项目，就可以由技术层面决定了，因此，这种跨省项目的建设模式能否创新，值得探讨。