弯曲河段桥梁通航净空尺度及桥跨布置方案探讨

卢瑜 广西南宁宏港设计有限公司

1.工程概况

南宁市三岸大桥位于南宁市青秀山东侧，上距老口枢纽约51.7km，下距邕宁枢纽约18.5km。

南宁市三岸大桥改造工程拟在旧桥上游新建由北向南的四车道复线桥，旧桥继续利用，仅对桥面系进行改造。现状三岸大桥为净跨径270m的中承式钢管混凝土拱桥，复线桥为净跨径300m钢管混凝土下承式系杆拱桥，主桥一跨跨过通航水域，单孔双向通航。

2.桥区通航环境

2.1 航道现状及规划

桥梁所在的西江航运干线南宁（老口～牛湾作业区段）现状为Ⅲ级航道，航道维护尺度为2.6×60×550m（水深×宽度×弯曲半径，下同）。工程河段规划为内河Ⅱ级航道，航道维护尺度为3.50×80×550m，通航2000吨级船舶。

2.2 相邻水上设施

复线桥于河道弯顶过江，上距规划青坪大桥约0.8km，下距旧桥6.8m、下距广西沿海铁路三岸邕江特大桥（简称“南钦高铁桥”）40m，旧桥上游约50m处为青屯220kV高压线。

现状三岸大桥于1998年建成，主桥为中承式钢管混凝土拱桥，通航孔跨度270m，设计最高通航水位73.17m（5年一遇，国家85高程，下同），通航净宽150m，净高10m。

南钦高铁桥主桥为连续钢桁架拱桥，通航孔跨度276m，设计最高通航水位74.43m（10年一遇），通航净宽221m，净高22.0m。

规划青坪大桥主桥为中承式钢箱拱桥，通航孔跨径370 m，设计最高通航水位76.26m（20 年一遇），通航净宽370m，净高大于10m。

青屯220kV高压线与复线桥净距仅14m，桥梁施工对其有影响，需改迁。

图1 桥位平面布置示意图

2.3 桥区船舶习惯航路

桥址位于邕宁水利枢纽库区，水流条件较好，原桥址上游约150m右岸的冷水洲被淹没。正常蓄水位时，桥区河面宽度约300m，上行船舶沿河中深槽航行经过三岸大桥后转向左岸，沿冷水洲左侧深槽上行；下行船舶习惯沿航道线行驶；但洪水期部分渔船沿河道右岸缓流（冷水洲右侧）上行。

2.4 通航设计代表船型

根据桥梁所跨西江航运干线（南宁老口～牛湾段）规划航道等级，结合《内河通航标准》（GB50139-2014）、《关于公布西江航运干线过闸船舶标准船型主尺度系列及有关规定的公告》（2011年第94号）、《内河过闸运输船舶标准船型主尺度系列 第3部分：西江航运干线》（GB 38030.3-2019）规定船型，确定桥区通航设计代表船型如表1所示。

3.设计通航水位的确定

工程河段规划为Ⅱ级航道，设计最高通航水位采用20年一遇水位。本工程位于邕宁枢纽库区河段，应根据《内河通航标准》第6.4.4条、第6.4.5条规定推算桥梁设计最高通航水位、最低通航水位。

参考《广西南宁市邕宁水利枢纽工程初步设计报告》（报批稿，广西南宁水利电力设计院、广西珠委南宁勘测设计院共同编制），推算的邕宁枢纽库区河段沿程水面线上包线、下包线结果，桥址处设计最高通航水位为76.20m（20年一遇）、设计最低通航水位为66.11m。

4.通航净空尺度论证

4.1 通航净高

规范要求，Ⅱ级航道过河建筑物通航孔通航净高不小于10m，侧高不小于6m。复线桥在20年一遇水位情况下设计通航净高11.62m，跨中梁底高程（87.821）介于现有三岸大桥及南钦高铁桥之间，较现状三岸大桥梁底高程高4.45m，满足规范及2000吨级船舶通航要求，并留有一定的富裕度。

4.2 通航净宽

（1）计算公式。根据《标准》附录C第C.0.1条规定，当桥轴线法线方向与水流交角不大于5°时，桥梁单孔双向通航净宽可按下列公式Bm2＝2BF+b+△Bm+Pd+Pu计算，其中BF＝Bs+Lsinβ；当桥轴线法线方向与水流交角大于5°时，需另外考虑交角、横向流速加宽值。

（2）通航净宽计算。

①计算参数：

A、行航行漂角β：Ⅱ级航道取6°。

B、下行船舶的偏航距Pd：桥区横向流速最大值为0.35m/s，查表C.0.1保守考虑取值为22.5m；

C、上行船舶的偏航距Pu：取为0.85Pd。

②船舶航行所需最小净宽，见表2。

③交角、横向流速加宽ΔB：

根据本工程桥区水流条件数值模拟分析结果，桥区横向流速最大值为0.35m/s，参考《标准》附录C.0.3表5.2.2-1，ΔB取值为30m。

④斜交加宽：

复线桥桥轴线法线与水流方向最大夹角为7.76°，根据几何关系，斜交加宽=B斜-B正，其中B斜＝（B正+L墩×sinθ）/cosθ，B正=150+30=180m，L墩=43m（取旧桥与复线桥桥台长度顺水流方向之和），计算得斜交加宽值为7.25m。

⑤紊流加宽ΔB紊流：

参考《内河通航标准》（GBJ139-90）修订专题研究报告中桥墩紊流总宽度经验公式E=0.88KSV0.75b0.56h0.44进行计算，式中：

Ks—与桥墩形状相关的系数，本桥桥墩为方头墩：Ks=1.2

b—墩形计算宽度（m），b=2（墩长×sinα+墩宽×cosα）

h—桥墩附近水深

α—桥区航道线与水流方向夹角

V—墩前流速

选取桥墩附近采样点水流流速、与航道线夹角计算得桥墩紊流总宽度为49m。

⑥通航孔净宽限制值：

经计算，桥梁通航孔净宽限制值为：150+30+7.25+49=236.25m（取整237m）。桥梁设计通航孔净宽285.5m，满足规范及通航要求。

表1 复线桥论证通航设计代表船型

表2 船舶航行所需最小净宽计算表 单位：m

5.桥跨及墩台布置

综合考虑桥址于弯顶跨江、城市桥梁景观效果、防洪影响及旧桥将来拆除改扩建可能的等因素，复线桥采取大跨度（300m）一跨跨过通航水域设计方案；与旧桥、南钦高铁桥对孔布置，复线桥与旧桥边缘距离控制在50 m以内，桥墩布置在邕宁枢纽正常蓄水位67.17m水沫线处，桥墩承台全部埋入河床。桥跨布置符合《标准》相关规定，同时增加通航孔有效净宽，降低船舶撞击桥梁的风险。

6.通航安全保障措施

复线桥及规划青坪大桥建成后，短距离内布置有4座桥梁，相对单座桥梁，桥群对通航条件的影响更为复杂，将增加船舶操控及避让难度。受旧桥通航净宽影响，在旧桥未拆除改扩建之前，桥区航道线按旧桥通航净宽150m布置，净高按10m（5年一遇水位73.17m情况下）控制，综合考虑4座桥梁平面布置及净高，统筹考虑设置桥区助航标志，并设置必要防撞设施引导船舶安全通过桥区。

7.结论

复线桥桥梁选址存在一定不利因素，但综合考虑现场地形、旧桥及相邻桥梁布置方案、两岸道路布局、景观效果、防洪影响及投资规模等因素，适当考虑加宽，桥梁采用大跨度（300m）一孔跨过通航水域的设计方案，通航净空尺度满足Ⅱ级航道单孔双向通航要求。