關(guān) 偉，王奎濤

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

浮山縣丞相河特大橋是浮山縣城至北王公路改造工程項(xiàng)目中的控制性節(jié)點(diǎn)工程，路線起于浮山縣柏村附近，與浮山縣西環(huán)北街相接后，向西北方向延伸，設(shè)丞相河特大橋跨越丞相河后，在南霍村附近與縣道X540平交相接，路線經(jīng)南霍村之后對(duì)原有縣道X540西側(cè)進(jìn)行加寬，經(jīng)平里后逐漸改為東側(cè)加寬，路線終點(diǎn)設(shè)于北王，路線全長(zhǎng)5.443 km。項(xiàng)目地理位置及橋位見圖1、圖2。

圖1 項(xiàng)目地理位置

圖2 橋位圖

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

a）公路等級(jí)：一級(jí)公路；b）設(shè)計(jì)速度：80 km/h；c）橋面寬度：28 m（主橋）；d）橋梁縱坡：-0.87%（下坡）；e）汽車荷載等級(jí)：公路 -I級(jí)；f）人群荷載：3.5 kN/m2；g）設(shè)計(jì)基本風(fēng)速：27.7 m/s（重現(xiàn)期 100年）[1]；h） 地震動(dòng)加速度峰值：0.20g；i） 洪水頻率：1/300；j）通航要求：無(wú)。

3 建設(shè)條件

3.1 地形地貌

丞相河特大橋跨越丞相河河谷，橋址處地勢(shì)較復(fù)雜，高差變化較大。橋位處丞相河兩岸整體上柏村岸側(cè)高，南霍岸側(cè)低，柏村岸側(cè)山坡地勢(shì)較陡，南霍岸側(cè)地形為梯地，地勢(shì)較平坦。橋址處路線縱斷面及丞相河河水流向與橋軸關(guān)系見圖3。

圖3 橋址路線平、縱面圖

橋址處地形呈“W”形，丞相河特大橋橋位處兩岸臺(tái)地與河谷高差分別為90.8 m、87.3 m，橋址處河槽寬分別為100 m和90 m。部分橋墩位于陡坎附近，且左右側(cè)地面線高差較大，為了減少橋梁墩臺(tái)開挖工程量，所以應(yīng)合理設(shè)置橋跨，降低施工難度，同時(shí)減小橋墩對(duì)河道阻水的影響。

3.2 丞相河河道

丞相河河槽擺動(dòng)頻繁，是典型的游蕩性河道，丞相河主河槽緊靠柏村岸側(cè)，柏村岸側(cè)河槽、南霍岸側(cè)河槽見圖4。

圖4 橋位處河槽現(xiàn)場(chǎng)照片

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查，丞相河河槽水位較淺，橋梁基礎(chǔ)施工難度小，河槽不進(jìn)行通航。河槽內(nèi)橋梁橋墩布設(shè)不受通航影響，河槽范圍內(nèi)的橋梁跨徑布設(shè)滿足防洪、適應(yīng)河道變遷的要求即可。

3.3 氣象

浮山縣屬溫帶大陸性氣候區(qū)，主要特征是多風(fēng)少雨。一月份最冷，平均溫度-3.7℃，最低氣溫-19.2℃，七月份最熱，日均溫度24.2℃。年平均降水量556.3 mm，最大896.8 mm，雨量多集中在7—8月份。凍土深度一般為30～50 cm，極端為67 cm。

3.4 水文

橋位處丞相河河流總長(zhǎng)31.8 km，河流徑流深為62.1 mm，其流量主要受大氣降雨控制。橋位處水位情況（黃海高程）：設(shè)計(jì)水位701.800 m，一般沖刷697.573 m，局部沖刷692.918 m。

3.5 工程地質(zhì)條件

橋址區(qū)地貌單元以黃土臺(tái)地區(qū)和沖洪積河谷區(qū)為主，橋位處工程地質(zhì)條件小、大樁號(hào)橋臺(tái)處（黃土臺(tái)地區(qū)）較差，為Q3黃土，具有濕陷性（濕陷厚度在2～12 m左右）。河槽處（黃沖洪積河谷區(qū)）整體上地勢(shì)起伏較大。橋址處地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單穩(wěn)定，主要由表層為第四系全新統(tǒng)河流沖積相的礫卵石層夾粉質(zhì)黏土等，下部為第四系下更新統(tǒng)樓則峪組，卵石、礫石層為主，夾粉土、紅色黏土及粉質(zhì)黏土，下伏二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）砂巖，砂巖埋深較深，地下水埋藏較淺。工程地質(zhì)縱斷面見圖5。

圖5 橋位處工程地質(zhì)縱斷面圖

由于濕陷性黃土遇水浸泡容易喪失其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此對(duì)橋梁工程均有很大影響，使橋梁樁基產(chǎn)生側(cè)摩阻力，對(duì)樁基受力不利。同時(shí)橋臺(tái)部位易產(chǎn)生濕陷下沉，引起橋頭跳車現(xiàn)象。根據(jù)工程地質(zhì)條件，考慮水文沖刷深度，橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，按摩擦樁進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.6 地震

根據(jù)山西省地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖，項(xiàng)目區(qū)位于汾渭地震帶上，距地震頻發(fā)的山西地震帶上的臨汾盆地較近，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，在地震動(dòng)峰值區(qū)劃圖上位于0.20g區(qū)內(nèi)，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅷ度區(qū)。

根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T B02-01—2008）[2]的抗震設(shè)防目標(biāo)及分類劃分標(biāo)準(zhǔn)，丞相河特大橋抗震設(shè)防措施等級(jí)為9級(jí)。在橋梁選型時(shí)應(yīng)選擇輕型化的結(jié)構(gòu)型式，控制結(jié)構(gòu)整體剛度，加強(qiáng)丞相河特大橋減隔震設(shè)計(jì)。

3.7 丞相河生態(tài)區(qū)

橋址位于丞相河生態(tài)區(qū)中，丞相河生態(tài)區(qū)規(guī)劃面積約6 km2，河道總長(zhǎng)約14.3 km，該生態(tài)區(qū)以恢復(fù)河流自然生態(tài)系統(tǒng)為目標(biāo)，以體現(xiàn)古樸、自然、田園為宗旨，集鄉(xiāng)村旅游、農(nóng)業(yè)觀光、生態(tài)體驗(yàn)、防洪安全于一體的丞相河生態(tài)景觀帶。

丞相河特大橋位處于自然環(huán)境優(yōu)美的生態(tài)區(qū)中，在橋型跨徑選擇時(shí)應(yīng)重視美學(xué)景觀需求，與橋位區(qū)域環(huán)境相協(xié)調(diào)。除注重橋梁跨高比例協(xié)調(diào)外，也應(yīng)注重主橋、引橋各部分跨徑變化的協(xié)調(diào)，結(jié)合橋位處丞相河河谷壯闊的地形、地貌以優(yōu)美的、韻律的跨徑組合充分展現(xiàn)橋梁美學(xué)。

4 橋梁設(shè)計(jì)理念[3]

a）安全穩(wěn)妥。丞相河特大橋是該項(xiàng)目的控制性節(jié)點(diǎn)工程，建成后將對(duì)促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。橋位處路線設(shè)計(jì)標(biāo)高至溝底最深處達(dá)90.8 m，橋墩高度高，同時(shí)還有沖刷等不利因素同時(shí)存在，因此，丞相河特大橋設(shè)計(jì)把質(zhì)量、安全和耐久性作為設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)，在安全穩(wěn)妥的前提下充分利用成熟技術(shù)，關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)上適度創(chuàng)新，使丞相河特大橋做到設(shè)計(jì)理論成熟、施工質(zhì)量易于控制、使用性能良好、便于檢測(cè)維護(hù)。

b）投資適度。綜合考慮地區(qū)建設(shè)規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等條件，橋梁橋型方案和橋孔布置考慮全壽命周期成本，工程規(guī)模和投資、工程效益和社會(huì)效益、工程建設(shè)和工程養(yǎng)護(hù)投資等關(guān)系，降低投資風(fēng)險(xiǎn)。

c）造型美觀?？紤]到浮山縣自然、人文背景及橋梁位于丞相河生態(tài)區(qū)中，重視橋梁的景觀設(shè)計(jì)，結(jié)合橋址獨(dú)特的建設(shè)條件，在“安全穩(wěn)妥”和“投資適度”的前提下使橋梁與丞相河生態(tài)區(qū)環(huán)境相融合，充分展現(xiàn)橋梁的地標(biāo)性。

5 橋型方案選擇

綜合橋位處的橋梁建設(shè)條件，丞相河特大橋跨徑選擇宜采取分段考慮。根據(jù)橋梁上、下部工程規(guī)模比例協(xié)調(diào)的原則，兩河槽區(qū)域采用相同的橋梁結(jié)構(gòu)形式，小、大樁號(hào)兩橋臺(tái)臺(tái)地及兩河槽之間區(qū)域采用相同的橋梁結(jié)構(gòu)形式。因此，兩河槽區(qū)域設(shè)為丞相河特大橋主橋區(qū)，小、大樁號(hào)兩橋臺(tái)處及兩河槽之間區(qū)域設(shè)為丞相河特大橋引橋區(qū)。

橋梁跨徑選擇不僅與橋型的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、施工難易程度和項(xiàng)目建設(shè)的工期息息相關(guān)，還與橋位處的建設(shè)條件相關(guān)。結(jié)合現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)理論和國(guó)內(nèi)的建橋?qū)嵗皽瞎鹊讓?，可考慮主橋跨徑為100～160 m，由于該跨徑范圍內(nèi)的橋梁形式比較單一、特點(diǎn)鮮明，主橋采用連續(xù)剛構(gòu)或矮塔斜拉方案。根據(jù)路線平縱面橋梁布孔后，引橋平均墩高44.1 m，最大墩高59.3 m，可考慮引橋跨徑為40 m的標(biāo)準(zhǔn)跨徑。

橋梁方案的總體布置直接關(guān)系到工程規(guī)模、工程質(zhì)量及運(yùn)營(yíng)后的安全。針對(duì)丞相河特大橋的特點(diǎn)、功能作用以及所帶來的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)效益，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、耐久、施工、后期管養(yǎng)和景觀等方面綜合考慮，選取5個(gè)橋型方案進(jìn)行深入比選。橋型方案設(shè)置見表1。

表1 橋型方案設(shè)置表

6 橋型方案比較

對(duì)5種橋型方案進(jìn)行比較，橋型方案綜合比較表見表2。

a）方案一、方案二橋型均引入連續(xù)剛構(gòu)體系。方案一（2×（66.5+120+66.5）m連續(xù)剛構(gòu)）與方案二（（66.5+6×120+66.5）m連續(xù)剛構(gòu)）相比，雖造價(jià)方面方案一略低于方案二。但方案一在主河道和次河道設(shè)置剛構(gòu)體系，相比于方案二在主河道、次河道，及其之間均設(shè)置剛構(gòu)體系，方案一上下部美觀協(xié)調(diào)性均次于方案二；且方案一墩臺(tái)基礎(chǔ)開挖工程量大于方案二，方案一對(duì)橋位處環(huán)境影響較大。此外，方案二施工周期較方案一長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)安全度、穩(wěn)定性、行車舒適性，景觀效果等方面均優(yōu)于方案一。

b）方案二主橋?yàn)榱滓宦?lián)連續(xù)剛構(gòu)設(shè)置于主、次河槽及其間區(qū)域，其一聯(lián)總長(zhǎng)度達(dá)853 m。由于墩高高度相差較大，對(duì)于剛構(gòu)體系來說，其結(jié)構(gòu)為超靜定結(jié)構(gòu)，由于主橋受溫度、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力等荷載的影響，其受力和變形存在不協(xié)調(diào)之處，尤其對(duì)主橋中間較矮橋墩受力不利。方案二橋梁橋面景觀效果無(wú)異于普通梁橋，橋面景觀效果較差。

c）方案三（34×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁）為工可推薦方案，方案三工程造價(jià)高于方案一、方案二。方案三從橋梁美學(xué)效果、施工難度、結(jié)構(gòu)受力、抗風(fēng)抗震，行車舒適性等方面分析均較方案一、方案二差。方案三位于丞相河主河道及次河道中橋墩的數(shù)量較方案一、方案二多，不利于丞相河河道泄洪，同時(shí)墩臺(tái)基礎(chǔ)開挖工程量較大，對(duì)橋位處環(huán)境影響較大。

d）方案四、方案五均引入PC矮塔斜拉橋，兩方案跨徑布置相同，方案四上部主梁采用單箱三室箱形截面，拉索布置于橋面中心處為單索面布置，方案五上部主梁采用單箱雙室箱形截面，拉索布置于橋面外側(cè)處為雙索面布置，在同梁高情況下方案五主梁抗扭性能明顯優(yōu)于方案四，所以上部主梁材料用量方案五要低于方案四，造價(jià)較低。景觀效果方面方案四主塔為“1字”形塔略顯呆板，而方案五“Y”形主塔造型新穎，景觀效果強(qiáng)。下部結(jié)構(gòu)方案五框架式薄壁雙柱墩較方案四雙肢薄壁空心墩更顯輕盈、靈動(dòng)。由于方案四、方案五拉索的存在，橋梁后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高。

經(jīng)綜合比較，方案五橋梁橋型引入斜拉索參與橋梁結(jié)構(gòu)受力，橋梁造型新穎美觀、景觀效果強(qiáng)，結(jié)構(gòu)安全度高，橋跨布置對(duì)橋位處丞相河泄洪影響較小，橋梁工程造價(jià)適中，選定方案五為推薦方案。

表2 橋型方案綜合比較表

7 結(jié)語(yǔ)

圖6 丞相河特大橋效果圖

浮山丞相河特大橋?yàn)樯轿魇∈桌捎迷煨蜆蛩C矮塔斜拉橋型結(jié)構(gòu)型式，兩座Y形橋塔似人張開雙臂呈迎接未來之勢(shì)，橋塔造型美觀、外形俊秀靈動(dòng)，兩塔一連續(xù)，四塔前后呼應(yīng)，該橋橋型效果圖見圖6。橋梁方案可供山區(qū)同類型橋梁在方案設(shè)計(jì)時(shí)參考。