公路渡改桥桥梁方案设计与选型

周洪斌 宋松科 杜桃明

摘要：文章以泸州市梅子沟渡改桥的方案设计为例，分析了本桥方案设计时考虑的主要因素，并结合控制因素进行了桥轴线比选、桥型分析、桥梁方案综合比选，最终确定了预应力混凝土连续梁桥为推荐方案，可为类似桥梁方案设计提供一定的借鉴和参考。

[作者简介]周洪斌（1989—），男，硕士，工程师，主要从事桥梁设计相关工作。

1 工程概况及背景

泸州市梅子沟渡改桥位于泸州市纳溪区新乐镇与棉花坡镇之间的梅子沟渡口附近，左岸连接新乐镇G321，右岸连接棉花坡镇金凤村村道，跨越永宁河（图1）。河流两岸居民主要依靠桥位附近的梅子沟渡口跨越河流，船渡的安全隐患较大，遇到刮风下雨、河流水位暴涨等不利天气情况，渡船就必须停航，群众需长距离绕行至上游天仙镇过河，给河流两岸人民群众的生产、生活带来极大不便。

本项目的建设给周围的群众带来了无限希望，对提高当地人民群众安全出行的条件，完善区域路网结构，改善当地现有交通状况，促进经济发展，均具有十分重要的意义。

2 主要技术标准

（1）公路等级：三级公路。

（2）设计时速：40 km/h。

（3）桥梁宽度： 2 m（人行道）+8 m（双向两车道）+2 m（人行道）=12 m。

（4）汽车荷载等级：公路-I级。

（5）设计洪水频率：1/100。

（6）航道等级：VII。

3 主要制约因素

3.1 通航、行洪

本项目所属永宁河段紧邻长江，河道水位受长江水位的影响较大，桥下净空需要满足行洪要求，且桥位所在河段为VII级航道，孔跨的布置亦要满足VII级航道的通航净空要求。

3.2 接线条件

本项目起点上跨既有G321后与竹产业园规划道路相接，竹产业园规划道路已实施，即项目起点接线位置及标高确定，路线需要与既有竹产业园规划道路衔接顺畅，且上跨现状G321需要满足道路建筑限界要求。项目止点连接既有金凤村村道，路线止点受村道标高控制。

3.3 环境敏感点

桥位所在河段属于永宁河珍惜鱼类自然保护区的实验区，根据经验桥梁主跨需一跨跨过10年一遇洪水位所对应的水域范围，结合实测地面线，桥梁主跨跨径最小需要170 m左右，这是控制桥梁跨径的关键因素。

4 桥轴线方案比选

根据目前起止点接线情况，提出两种桥轴线方案（图2）。

4.1 桥轴线正交方案

本方案为尽量减小桥梁主跨跨径，路线跨越永宁河时采用与河道正交的形式。本方案的优点是路线与河道正交，主跨跨径采用170 m可完全跨越10年一遇水位线，且路线基本与规划一致;缺点是虽桥梁主跨与河道正交，但由于起点固定，受接线影响，起点侧桥梁会位于小半径曲线之上。这会导致：①若主桥采用单跨的拱桥或斜拉桥方案，则主桥需要“弯桥正做”[1]，导致桥面需要加宽10 m左右，增加了不必要的桥跨结构，在材料的用量上造成极大的浪费，还损坏了桥梁的美观，破坏了桥梁整体协调性;②若主桥采用连续梁桥方案，主桥边跨及部分主跨位于小半径曲线之上，桥梁在“弯扭耦合”[2]作用下梁体受力极其不利。同理，若采用其他桥型，同样会遇到类似上述问题，故此桥轴线方案不合适。

4.2 桥轴线斜交方案

本方案在正交桥位的基础之上，将路线进行优化，以增大路线的曲线半径。本方案的优点在于：①仅在正交桥位上微调，路线仍基本与规划一致，有利于后期结合规划进行改造;②优化后，路线曲线半径增大，更有利于桥梁的布置及梁体受力。缺点是，桥轴线斜交后170 m的跨径仅刚够跨越10年一遇的水位所对应的水域范围，可能对“鱼保”产生一定影响。

综合考虑，为了更有利于桥梁布置及梁体受力，推荐桥轴线斜交方案。

5 桥型方案分析

结合上述桥位处主要制约因素及桥轴线布置情况，满足要求的桥型主要有连续梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥，各桥型分析如下。

5.1 预应力混凝土连续梁桥方案

由于起点侧主桥部分位于平曲线上，采用预应力混凝土连续梁桥，桥梁“受弯扭耦合”作用，容易在施工或运营过程中出现梁体扭转、主梁开裂、支座脱空等不利影响[3]。但这些问题可通过提高计算精度、加強横隔板设置、增强抗扭箍筋设置以及合理布置预应力钢束等方式来减小“弯扭耦合” 作用的不利影响，所以，总体技术可行。

5.2 传统斜拉桥方案

传统斜拉桥一般为三跨结构，主跨及边跨均需要布置斜拉索，由于起点侧桥梁位于曲线上，导致起点侧边跨布设受限，此桥型不合适。

5.3 无背索斜拉桥方案

无背索斜拉桥为单跨结构，一般仅需要在主跨侧布置斜拉索，通过倾斜的桥塔自重力矩来平衡斜拉索的倾覆力矩。主跨位于直线和部分缓和曲线上，主桥采用“弯桥正做”，桥梁加宽30 cm即可，总体技术可行。

5.4 上/中承式拱桥方案

若采用上承式或中承式拱桥方案，拱肋会侵占部分通航净空，需要增大拱桥净跨径，进而增大投资，且桥梁两岸覆盖层较厚，不适合做有推力拱座基础，此桥型不合适。

5.5 下承式系杆拱桥方案

下承式系杆拱桥为单跨无水平推力结构，主桥位于直线和部分缓和曲线上，主桥采用“弯桥正做”，桥梁加宽30 cm即可，总体技术可行。

5.6 悬索桥方案

悬索桥虽仍为单跨结构，但桥梁起点侧房屋密集，起点侧锚碇无布设空间，同时170 m主跨也非悬索桥经济跨度，此桥型不合适。

6 桥梁方案比选

基于以上分析，结合本次渡改桥的桥型选择原则，以及桥位处地形、地质、通航、行洪、两岸接线条件、“鱼保”等控制因素后，拟定了3种桥梁方案。

6.1 桥梁方案一：预应力混凝土连续梁桥方案

此方案桥跨布置为：（95+170+95） m预应力混凝土连续梁桥+4×30 m预应力混凝土简支T梁，桥梁全长489 m（图3）。

此方案主桥箱梁为三向预应力结构，采用单箱室截面。箱梁顶板宽12.0 m，底板宽7.0 m，外翼板悬臂长2.5 m;箱梁顶板设置成2 %双向横坡，底板按水平设置。箱梁跨中及边跨支架现浇段梁高4.0 m，墩顶根部梁高为11.0 m。从中跨跨中左、右各1.0 m处至箱梁根部，箱高以1.6次抛物线变化。箱梁腹板从箱梁根部至跨中梁段腹板有70 cm、60 cm、50 cm 3种厚度。箱梁底板厚除墩顶范围为300 cm外，其余梁段底板从箱梁根部截面的125 cm厚以1.8次抛物线渐变至跨中及边跨合龙段截面的30 cm厚。主桥箱梁采用挂篮对称悬臂浇筑施工。

6.2 桥梁方案二：下承式系杆拱桥方案

此方案桥跨布置为：3×30 m预应力混凝土简支T梁+1×170 m下承式钢管混凝土刚性系杆拱+1×30 m预应力混凝土简支T梁，桥梁全长304 m（图4）。

此方案主桥为下承式钢管混凝土刚性系杆拱结构，计算跨径170 m，拱轴线为悬链线，净矢高为34.0 m，矢跨比为1/5，拱轴系数为1.457。拱圈由2片钢管混凝土桁架拱肋组成，拱肋截面径向高为3.3 m，肋宽为2.0 m;每肋为上、下各两根750×14 mm、内灌C60微膨混凝土的钢管混凝土弦管，横向通过457×12 mm横联钢管连接，竖向通过457×10 mm腹杆钢管连接而构成。吊杆处竖向两根腹杆间设加强钢板，加强拱肋横向连接，吊杆处横联灌注C60微膨混凝土。两肋间设置4道“K”字撑，拱顶设置一道“米”字撑，横撑采用空钢管结构。主梁采用现浇整体式C50预应力混凝土双边肋加劲梁，两肋横向中心距13 m。吊杆段纵肋为等截面矩形截面，高2.8 m，宽1.5 m，拱脚段为钢混凝土组合结构，截面变高，等宽2.0 m。主桥在对应吊杆位置的两肋间设置一道30 cm厚的横隔板，在两端各设置一道3 m宽横梁，桥面板厚28 cm。主桥采用水中搭架，先梁后拱的施工方法。

6.3 桥梁方案三：无背索斜拉桥方案

此方案桥跨布置为：4×25 m预应力混凝土简支T梁+1×170 m无背索斜拉桥+1×25 m预应力混凝土简支T梁，桥梁全长318 m（图5）。

此方案主梁采用预应力混凝土双边肋加劲梁，梁上标准索距10 m，桥面宽12.0 m，横向布置为整幅式结构。桥塔为混凝土独塔，塔梁固结，本桥需主塔平衡配重，索塔采用实心断面且后仰59°。索塔桥面以下部分为塔墩，桥面以上部分为上塔柱，上塔柱高105 m，采用实心矩形断面，塔柱左右侧横向宽度均为3.0 m，上塔柱立面尺寸兼顾了造型要求，在塔梁固接处设置圆弧过渡，在塔顶利用圆弧收边。主梁采用预应力混凝土双边肋加劲梁，在纵、横、竖三向施加预应力，边肋宽1.5 m，高2.5 m，顶板厚25 cm，横向设置2 %的横坡，纵向桥间隔5 m设置一道横梁。主梁采用水中搭架现浇施工，索塔采用爬模施工。

6.4 桥梁方案综合比选

桥型方案综合比选详见表1。

综合对比可见：

（1）从建安费及后期维护来看，预应力混凝土连续梁桥方案建安费最低，且后期维护费用也最少;下承式系杆拱桥方案与无背索斜拉桥方案建安费相对较高，后期维护费用也较高。

（2）从技术可行性来看，3个方案均技术可行。对于预应力混凝土连续梁桥方案主桥部分位于曲线上，受弯扭耦合作用，对梁体受力不利;对于下承式系杆拱桥方案与无背索斜拉桥方案，主桥也有部分位于曲线，采用“弯桥正做”，对结构受力无影响，但桥面需加宽30 cm。

（3）从接线情况来看，预应力混凝土连续梁桥方案相比拱桥方案和斜拉橋方案，起点侧需要对已建成的产业园规划路进行局部改造。

综上，上述桥梁方案均可行。通过综合对比并结合业主意见，从节省项目投资及后期维护成本考虑，将预应力混凝土连续梁桥方案作为推荐方案，无背索斜拉桥和下承式系杆拱桥作为比较方案。

7 结束语

桥梁方案设计应依据桥位处的自然地理环境、地形地质条件、接线条件、河流行洪及通航要求、施工及养护难易程度、工程造价等因素，合理地综合对比选择桥型方案。泸州市梅子沟渡改桥跨越永宁河，桥梁设计标高受河道行洪水位、通航以及两岸既有道路标高的多重控制，同时桥位所在河段属于永宁河珍惜鱼类自然保护区的实验区，桥梁跨径需要满足“鱼保”的相关要求。最终本桥从桥梁规模、接线、施工、后期维护、建安费等方面考虑，经过综合比选，采用了施工工艺成熟、施工对河道干扰小、总体工程造价较少且后期易于养护的预应力砼连续梁桥方案作为推荐方案。

参考文献

[1] 邓晓红，万麟，陈冠桦. 小半径预应力连续弯箱梁桥分析[J].山西科技，2011，26（1）：80-83.

[2] 邵容光. 混凝土弯梁桥[M]. 北京：人民交通出版社，1996.

[3] 李茂奇. 小半径曲线梁桥受力性能分析[D].哈尔滨：东北林业大学，2010.