嘉松公路跨黄浦江大桥方案比选及科研规划

杨荣青 YANG Rong-qing

（上海公路投资建设发展有限公司，上海 200335）

0 引言

在大型桥梁建设项目中，为了选择性能优越、造价经济的建设方案，往往需要进行桥梁方案比选。方案比选一般根据桥位的路况、水位、跨径等选择可选桥型，在此条件下选择安全经济的桥型结构、跨径布置等。针对不同项目方案考虑的侧重点会不一样，本文针对通航要求复杂位置桥梁在实施过程中的影响因素，并就这些因素在设计方案比选过程的对比进行了介绍[1]。同时根据项目特点，重点介绍了该桥科研项目的规划。

1 工程概况

嘉松公路跨黄浦江大桥道路等级为二级公路，设计速度为60km/h，双向六车道，两侧设慢行道，桥梁总宽36.6m。

嘉松公路跨黄浦江大桥地处“上海之根”——上海市松江区，作为松江区中轴线南延伸跨越黄浦江的大桥，位于黄浦江二级水源保护区内，紧邻松南郊野公园、松江南站枢纽和松江新城。特殊的地理位置决定了大桥桥型的选择不仅要满足交通功能要求，还要充分考虑施工期和运营期对环境的影响，同时还需融入周边环境、甚至成为区域的景观标志。

2 桥型方案比选

2.1 桥位选择

根据规划线位，见图1，嘉松公路以平交形式穿越塔闵公路交叉口后，以直线线形向南略偏东，跨越黄浦江后于松金公路交叉口前落地，后保持原直线线形接至叶新公路。规划线位桥位与辰塔路跨横潦泾大桥直线距离约4.5km，与松卫公路松浦三桥直线距离约2.9km，三座大桥空间分布较为合适。规划线位桥位西侧为黄浦江直角弯，相距约1.1km。规划线位桥位东侧为大涨泾河口及米市渡渡口，距离分别为300m和450m。

图1 地理位置图

综合规划线位的总体走向、上下游河道现状及越江通道分布情况，嘉松公路拟建桥位不具备较大调整的空间。若向上游调整，则大桥与黄浦江直角弯距离更近，将加剧通航安全风险；若向下游调整，为避开大涨泾河口，需向下游调整至少1km，则三座大桥的分布关系合理性变差，同时线位需要先后跨越大涨泾及黄浦江，将加大工程量，且与规划线位偏差较大，较难衔接。

2.2 桥型方案

大桥处河面宽度约290m，根据航务部门批复，一跨过河，江中不设墩。结合地形、地貌、路线平纵、工程地质等情况，嘉松公路跨黄浦江大桥主桥主跨跨径采用336m。常规的预应力混凝土连续梁桥、预应力混凝土连续刚构桥、部分斜拉桥等适用于200m以下，对于主跨336m的采用上述梁式桥已经非常不经济且结构高度高。而主跨336m适用桥型一般有拱桥、斜拉桥、自锚式悬索桥等。

2.2.1 自锚式悬索桥

悬索桥在世界范围内应用从19世纪末开始，20世纪30年代获得迅速的发展，其跨径已经进入千米级特大跨径范围。自锚式悬索桥将主缆直接锚固在主梁上，从而取消了庞大的锚碇。

针对于本桥的具体情况，采用一跨过江，可以采用（55+130+336+130+55m）自锚式悬索桥的布置方式；桥塔布置于两岸驳岸外，主桥纵向对称布置；横断面布置采用双索面的布置方式，主梁高度等高，建筑高度较低，减少了桥梁长度。

自锚式悬索桥不需要修建大体积的锚碇，外观优雅。但由于主缆直接锚固在主梁上，梁承受了很大的轴向力，为此需加大梁的截面和主缆钢材用量，造价明显增加，且由于必须在主梁、桥塔做好之后再吊装主缆、安装吊索，因此需要搭建临时支架或其他方式安装主梁，施工较复杂、施工费用较高。但是主塔、基础和拉索的材料用量相比斜拉桥要节省。

2.2.2 斜拉桥

斜拉桥在世界范围内应用从20世纪70年开始，90年代获得迅速的发展，其跨径已经进入前悬索桥适用的特大跨径范围。斜拉桥的经济跨径为300m以上。

针对于本桥的具体情况，航道基本对称，可以采用（50+50+100+336+100+50+50m）双塔双索面斜拉桥的布置方式，基本处于斜拉桥的经济跨径范围；横断面布置采用双索面的布置方式，主梁高度等高3m，建筑高度较低，减少了桥梁长度。

2.2.3 拱桥

钢桁架拱桥是近年来在铁路桥梁大跨径范围应用较为广泛的一种桥型。随着设计、施工技术逐渐成熟，而且桥梁梁面布置丰富多彩，并能显著降低桥梁建筑高度，因此在对于桥梁景观和建筑高度有较高要求环境下被广泛采用。

桥梁建筑高度由横梁控制，相对于其他桥型，可以较大程度的较低建筑高度，从而缩短桥梁范围。

此种桥型最大的问题在于施工工艺复杂，施工难度大，施工费用较高，施工期间航运管理较复杂，工期难以保证。

2.2.4 综合比选

方案综合比选见表1。

表1 综合比选表

经综合比较，三种方案技术上均可行，斜拉桥经济性好、雄伟简洁、技术成熟，但黄浦江上类似斜拉桥数量较多，显得单调；钢桁架拱桥杆件数量多，拼装速度慢，施工工序多，且施工难度大、风险高，施工期间对通航影响也较大，工期长。悬索桥景观性好，以广富林为原型设计的悬索桥外形柔和优雅，结合松江区特有的“山、水、城”的生态特质和“山水乐源、生态茸城”的主题，在松江位于“50里水路看5千年历史”的文化观光风貌河道的终点，现代中式的刚性桥塔与曲线优美的柔性主缆完美结合，代表着松江悠久的历史积淀，象征着既往开来、勇于创新的精神。

另外，主缆在悬索桥设计使用年限内无需更换，仅吊索需要更换。而斜拉索在斜拉桥设计使用年限内是需要更换的。斜拉索和吊索的设计使用年限基本一致，约25～30年，也就是说斜拉索和吊索在100年的桥梁设计使用年限内需更换3次，而斜拉桥斜拉索的更换量远远大于吊索的更换量，经测算，斜拉索及吊索更换费用如表2所示。

表2 设计使用年限内换索费用对比表

由表2可知，虽然斜拉桥前期造价较自锚式悬索桥低6000万元，但后期养护成本高于自锚式悬索桥，两者在全寿命周期成本基本一致。因此，无论是从景观方面考虑，还是从全寿命成本考虑，推荐跨黄浦江大桥采用自锚式悬索桥方案。

3 科研规划

3.1 项目必须设立的科研课题

本工程最终推荐方案为双塔双索面正交异性组合桥面板钢箱梁自锚式悬索桥。由于该桥规模较大，结构受力特殊，是一座重要的桥梁工程，从安全性、可靠性角度，必须进行一些专题研究[2]，见表3。

表3 必须设立的科研课题内容

3.2 针对性设立的科研课题

另外根据本桥结构的特点，又针对性设立一些科研课题研究，见表4。

表4 针对性设立的科研课题内容

4 结语

自锚式悬索桥作为一种特殊的桥型，以其结构造型美观、对地形和地质状况适应性强等优点，受到工程界的青睐，成为城市中等跨径桥梁极具竞争力的方案。虽然建设初期自锚式悬索桥相对斜拉桥造价要高，但在全寿命设计周期内，自锚式悬索桥换索等后期更换养护成本要远远低于斜拉桥的成本，长远来看，两者在全寿命周期的综合成本基本相当。

作为一座在同类桥梁中跨径较大的桥梁，设计进行多项创新工作，力求使结构设计、施工、维护更趋合理。通过前期对项目的策划和多项专题研究，确保本桥的安全、顺利实施。