鄧洪宗

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 概況

G3511線菏澤至寶雞高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)G35濟(jì)廣線的聯(lián)絡(luò)線，起點(diǎn)為山東省菏澤市，經(jīng)山東、河南、山西、陜西4省，終點(diǎn)為陜西省寶雞市，全長(zhǎng)872 km。臨猗黃河大橋及引線工程是國(guó)家高速公路G3511線的重要組成路段，該項(xiàng)目主要為山西臨猗和陜西合陽(yáng)縣兩省交界的黃河橋，為國(guó)家高速公路菏寶線的控制性節(jié)點(diǎn)工程，向東接山西省垣孫高速公路（已建）；向西接陜西省合鳳高速公路（規(guī)劃），并與京昆高速公路相接。臨猗黃河大橋及山西境引線由山西省建設(shè)，陜西境引線由陜西省建設(shè)。

2 地形地質(zhì)特征

臨猗黃河大橋橋位處黃河兩岸，整體上看西高東低，為一個(gè)巨大的“U”形河谷，兩岸地形陡峻，西岸陜西側(cè)基本上呈黃土臺(tái)塬地貌，黃土高崖聳立，崖頂至河床高差達(dá)200 m左右；東岸山西側(cè)地勢(shì)較為平緩基本上屬典型的黃土高原地貌，溝壑縱橫，大型沖溝兩側(cè)有大量小沖溝，呈典型的“雞爪”地形。

3 路線設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目黃河橋規(guī)模巨大，橋梁造價(jià)高，是本項(xiàng)目的控制性工程，路線走向服務(wù)于橋位，本項(xiàng)目路線研究的基本思路為，堅(jiān)持地質(zhì)選線、環(huán)保選線的原則，同時(shí)要考慮橋梁引線的建設(shè)條件及運(yùn)營(yíng)安全。

4 方案研究

4.1 橋位平面研究

根據(jù)本項(xiàng)目路線方案布設(shè)思路，結(jié)合本項(xiàng)目具體情況，共布設(shè)3個(gè)橋位走廊帶。

圖1 橋位平面比較

4.1.1 橋位方案一

方案一的思路是盡量縮短新建高速的長(zhǎng)度，此區(qū)域京昆高速呈東西走向，與合鳳線的走向基本相同，存在共線的可能，方案一與京昆高速形成丁字交叉，與京昆高速公路共線后，設(shè)樞紐互通與京昆高速公路分離，與規(guī)劃的合鳳高速公路連接，本方案新建路線長(zhǎng)度17.5 km，黃河大橋長(zhǎng)6.8 km，與京昆高速共線17.6 km。

4.1.2 橋位方案二

方案二的思路是不與京昆高速共線，與京昆高速形成十字交叉，向西與陜西省規(guī)劃的合鳳高速公路順接，本方案路線長(zhǎng)度29.6 km，黃河大橋長(zhǎng)6.9 km。

4.1.3 橋位方案三

方案三是在方案二的基礎(chǔ)上將黃河橋位盡量向南移，但不影響洽川國(guó)家風(fēng)景名勝區(qū)，盡量降低黃河大橋的規(guī)模，方案三在陜西境與京昆高速形成十字交叉，本方案路線長(zhǎng)度30.5 km，黃河大橋長(zhǎng)6.5 km。

4.1.4 橋位平面比選

a）方案一 方案一的優(yōu)點(diǎn)是新建里程短，可利用京昆高速共線，但實(shí)際運(yùn)營(yíng)里程較長(zhǎng)，本方案需要與京昆高速共線17.6 km，現(xiàn)有共線段為四車道高速公路，經(jīng)交通量預(yù)測(cè)，結(jié)合京昆高速、合鳳高速交通量預(yù)測(cè)結(jié)果，現(xiàn)有四車道高速公路可適應(yīng)至2025年，以后需加寬至六車道高速公路，而此路段有多個(gè)高墩大跨橋梁，受高墩大跨橋梁拼接技術(shù)的限制，無(wú)兩側(cè)拼接加寬的條件，需采用分離式加寬，加寬工程規(guī)模較大。本方案布設(shè)于黃河濕地核心區(qū)范圍內(nèi)，對(duì)黃河濕地的干擾較大。山西、陜西境新建里程短，收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)布設(shè)空間位置受限，因此，推薦不共線的二、三方案。

b）方案二與方案三 方案二路線較為順捷，黃河河道順直，但黃河大橋較長(zhǎng)，黃河兩側(cè)地形陡峭，無(wú)法利用地形展線降低橋梁高度，總體工程規(guī)模較方案三高；方案三黃河橋梁長(zhǎng)度較短，工程規(guī)模相對(duì)較小，但連接線里程較長(zhǎng)?？紤]到本方案主要工程為黃河大橋，黃河大橋的橋梁安全、建設(shè)規(guī)模、施工難易、后期運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)管理才是本項(xiàng)目最需要考慮的內(nèi)容，因此，方案三工程造價(jià)低，施工容易，環(huán)境影響小，完工后養(yǎng)護(hù)較方便，有利于發(fā)揮高等級(jí)公路的功能，具有較強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力和較好的經(jīng)濟(jì)效益，將方案三作為推薦橋位重點(diǎn)研究。

4.2 橋梁高度研究

橋址區(qū)黃河河槽較寬，有4 km連續(xù)橋高均超過100 m，超長(zhǎng)超高橋梁造成黃河橋設(shè)計(jì)、施工等難度大，橋梁工程規(guī)模較大。根據(jù)地質(zhì)、氣象、水文、地震等資料，橋址區(qū)地質(zhì)條件較差，100 m鉆孔范圍內(nèi)巖層未揭示，主要分布的土層有粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、粗砂，力學(xué)指標(biāo)較低；地表下20 m范圍內(nèi)飽和砂土屬于液化土，液化土層最大埋深9.5～20 m，液化等級(jí)中等-嚴(yán)重；黃河沖刷深度大，達(dá)20余米，且存在揭河底現(xiàn)象，對(duì)橋梁下部影響大；區(qū)域內(nèi)地震動(dòng)峰值加速度0.2g，烈度為Ⅷ度，且黃河河口段最大風(fēng)速達(dá)45 m/s，對(duì)黃河橋結(jié)構(gòu)影響較大。

以上因素造成黃河橋設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、投資存在較大風(fēng)險(xiǎn)，在推薦橋位走廊范圍內(nèi)如何降低橋梁高度，縮短橋梁長(zhǎng)度，從而達(dá)到降低施工難度，保證結(jié)構(gòu)安全，進(jìn)而降低橋梁工程規(guī)模，是推薦橋位走廊帶內(nèi)路線方案研究的重點(diǎn)。通過對(duì)推薦橋位走廊帶的進(jìn)一步研究，考慮從調(diào)整縱斷面和利用黃河兩岸坡面布設(shè)路線方案兩個(gè)方面研究。

結(jié)合橋址區(qū)黃河兩岸的地形條件，在推薦橋位走廊范圍內(nèi)分別沿黃河一、二級(jí)臺(tái)地和陜西境徐水河北側(cè)山坡坡面展線，布設(shè)高、中、低線3個(gè)方案進(jìn)行比選。

圖2 高中低線位平面比較

4.2.1 高線方案

高線方案在山西側(cè)黃土塬設(shè)黃河大橋跨越黃河，橋梁終點(diǎn)止于陜西岸黃河與徐水河交匯處西北角，路線繼續(xù)向西與京昆高速公路交叉。黃河大橋最大橋高167 m，主橋橋長(zhǎng)5 544 m。該方案黃河橋跨徑組成采用（3×30+13×50）m+（140+3×168+140）m+（140+4×168+140）m×5+（4×50）m，主橋采用等截面鋼桁梁，引橋采用T梁，橋梁全長(zhǎng)6 488 m。黃河兩岸最大挖方20 m，最大縱坡2.7%。主線收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)和互通布設(shè)空間自由度較大。

4.2.2 中線方案

該方案沿黃河?xùn)|岸黃土塬坡面溝壑區(qū)展線，在黃河二級(jí)臺(tái)地處設(shè)黃河特大橋跨越黃河，橋梁終點(diǎn)止于陜西岸黃河與徐水河交匯處西北角黃土塬半坡上，沿徐水河坡面處黃土溝壑展線2.2 km后，上黃土臺(tái)塬，繼續(xù)向西與京昆高速公路交叉。黃河橋最大橋高110 m，主橋橋長(zhǎng)4 480 m。該方案黃河橋跨徑組成為（5×30+15×50）m+（7×5×128）m+（2×30）m ，主跨采用128 m等截面鋼桁梁，橋長(zhǎng)5 447 m；山西岸最大挖方32 m，最大縱坡3.7%/740 m/1處；陜西岸最大挖方44 m；最大縱坡3.5%/890 m/2處；山西側(cè)主線收費(fèi)站及服務(wù)區(qū)布設(shè)空間有限。

4.2.3 低線方案

該方案路線從項(xiàng)目起點(diǎn)即沿黃河黃土塬坡面溝壑區(qū)展線，進(jìn)入黃河一級(jí)臺(tái)地，隨后設(shè)黃河大橋跨越黃河，橋梁終點(diǎn)止于陜西岸黃河與徐水河交匯處西北角黃土塬半坡上，沿徐水河坡面處黃土溝壑展線5 km后，上黃土臺(tái)塬，向西與京昆高速公路交叉，山西岸橋高29 m，陜西岸橋高72 m，平均橋高50 m，主橋橋長(zhǎng)2 830 m。該方案黃河橋跨徑組成為（4×30） +4×（4×50）+ （67+2×120+67）+4×（67+4×120+67）+4×30預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，橋長(zhǎng)3 877 m；黃河山西岸最大挖方45 m，最大縱坡3.9%/800 m/2處；陜西岸最大挖方29 m，最大縱坡3.9%/800 m/3處；山西側(cè)主線、收費(fèi)站及服務(wù)區(qū)布設(shè)空間嚴(yán)重受限，互通布設(shè)于黃土沖溝之間，將主線收費(fèi)站布設(shè)于黃河一級(jí)臺(tái)地上。

4.2.4 方案比較

a）從建設(shè)里程、運(yùn)營(yíng)里程上，各方案建設(shè)里程見表1。

表1 建設(shè)里程表 km

從表1可以看出，高線建設(shè)、運(yùn)營(yíng)里程最短；對(duì)山西境，低線建設(shè)里程最短，高線最長(zhǎng)；對(duì)陜西境，高線建設(shè)里程最短。

b）從土石方和路基防護(hù)數(shù)量上，高線填方232萬(wàn)m3、挖方數(shù)量250萬(wàn)m3，填挖方數(shù)量基本平衡，符合不破壞就是最大的保護(hù)的環(huán)保理念，利于環(huán)境保護(hù)。中線填方310萬(wàn)m3、挖方數(shù)量636萬(wàn)m3，挖方量較大，但山西境填、挖方數(shù)量分別為197/160萬(wàn)m3，填挖方數(shù)量基本平衡；陜西境挖方數(shù)量較大，棄土困難，但考慮到陜西境路線里程較長(zhǎng)，可考慮縱向調(diào)運(yùn)。低線填方392萬(wàn)m3、挖方數(shù)量621萬(wàn)m3，挖方量較大，山西境填挖方數(shù)量分別為224/420萬(wàn)m3，棄方數(shù)量巨大，棄土場(chǎng)設(shè)置困難，無(wú)縱向調(diào)運(yùn)條件。

c）從與周邊景區(qū)、保護(hù)區(qū)等設(shè)施的干擾上，上述3個(gè)方案在同一條橋位走廊范圍，由黃河濕地緩沖區(qū)通過，對(duì)黃河濕地干擾較?。焕@避了洽川風(fēng)景名勝區(qū)和徐水河國(guó)家濕地風(fēng)景區(qū)。中線和低線沿徐水河坡面展線，施工期對(duì)徐水河國(guó)家濕地風(fēng)景區(qū)中的合理利用區(qū)和管理區(qū)有一定干擾；高線沿徐水河溝口黃土塬布線，對(duì)徐水河國(guó)家濕地公園基本無(wú)干擾。

d）從地震力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響上，根據(jù) 2015年第五代地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃（GB 18306—2015）發(fā)布，臨猗黃河大橋所在區(qū)域抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)提高，基本地震動(dòng)峰值加速度提高至0.2g，相應(yīng)地震烈度為Ⅷ度，導(dǎo)致臨猗黃河大橋?qū)嵤╇y度進(jìn)一步增大。對(duì)以上3個(gè)方案，高線方案橋梁最高、跨徑最大，地震力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響最大，實(shí)施難度最大；反之，低線方案橋梁最低、跨徑最小，地震力對(duì)結(jié)構(gòu)影響最小。

e）從橋梁施工、養(yǎng)護(hù)難度和工期上，本項(xiàng)目主要工程為黃河大橋，橋梁施工難度和工期主要受采用橋型方案的控制，高線橋梁跨徑和高度最大，施工和養(yǎng)護(hù)難度最大。高線方案黃河橋跨徑采用160 m，橋梁高度167 m，橋梁較高，施工和養(yǎng)護(hù)難度較大，工期略長(zhǎng)；低線橋梁較低，跨徑較小，施工和養(yǎng)護(hù)難度略小，工期略短；中線居中。同時(shí)該區(qū)域風(fēng)速較大，從風(fēng)速對(duì)結(jié)構(gòu)影響以及對(duì)施工期間的影響上，高線影響最大，低線最小。

對(duì)于引線橋梁，均位于黃土溝壑區(qū)：高線方案設(shè)大橋562 m/3座，其中僅1座大橋橋梁高度約50 m，其余兩者大橋橋梁高度均在20 m以內(nèi)；從施工難度和施工便道修建上，高線施工難度較小。中線方案山西側(cè)設(shè)大橋1 785 m/11座，陜西側(cè)設(shè)大橋455 m/5座，全線設(shè)置的大橋橋梁高度基本在20～50 m之間，最大橋高68 m。黃土溝壑區(qū)橋梁施工以及施工便道設(shè)置較為困難，施工難度較大，工期較長(zhǎng)。對(duì)于低線，山西側(cè)設(shè)大橋2 655 m/12座，陜西側(cè)設(shè)大橋2 107 m/14座；全線設(shè)置的大橋橋梁高度基本在40～70 m之間，最大橋高73 m。黃土溝壑區(qū)橋梁施工以及施工便道設(shè)置困難，施工難度大，工期長(zhǎng)。

f）從運(yùn)營(yíng)安全上，縱坡、防護(hù)、挖方邊坡高度。高線縱坡緩，最大縱坡2.7%，挖方最大邊坡高度20 m，最大邊坡高度為三級(jí)邊坡，防護(hù)數(shù)量少，符合環(huán)保理念，利于運(yùn)營(yíng)安全。中線山西岸最大挖方32 m，最大縱坡3.7%/740 m/1處；陜西岸最大挖方40 m，最大縱坡3.5%/890 m/2處。低線山西岸最大挖方45 m，最大縱坡3.9%/800 m/2處；陜西岸最大挖方29 m，最大縱坡3.9%/800 m/3處。從運(yùn)營(yíng)安全上，高線縱坡平緩，利于運(yùn)營(yíng)安全；中線和低線均存在連續(xù)陡坡，且挖方邊坡較高，不利于運(yùn)營(yíng)安全，更不利于環(huán)境保護(hù)，尤其是低線，主線收費(fèi)站位于黃河一級(jí)臺(tái)地，為兩側(cè)連續(xù)下坡的最低點(diǎn)，對(duì)運(yùn)營(yíng)安全極為不利。

g）從橋梁景觀上，高線橋梁較高，恢宏大氣，猶如黃河上的一條蛟龍，景觀效果最佳，同時(shí)與周邊濕地、保護(hù)區(qū)、國(guó)家級(jí)風(fēng)景區(qū)相得益彰，增加了一道亮麗的風(fēng)景線；中線橋梁高度110 m，景觀效果一般；低線橋梁較低，景觀效果較差。

h）從對(duì)黃河影響上，高線方案橋梁較高，跨徑較大，黃河中的橋墩較少，對(duì)黃河河道、水流影響較?。坏途€橋梁較低，跨徑較小，對(duì)黃河河道影響較大。

i）從收費(fèi)站、互通、服務(wù)區(qū)設(shè)置條件上，高線方案引線工程連續(xù)挖方路段相對(duì)較短，黃土臺(tái)塬段路線相對(duì)較長(zhǎng)，收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)以及互通布設(shè)條件較好，且布設(shè)位置選擇余地較大。中線方案引線工程連續(xù)挖方路段相對(duì)較長(zhǎng)，黃土臺(tái)塬段路線相對(duì)較短，收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)以及互通布設(shè)位置受限。低線方案引線工程連續(xù)挖方路段較長(zhǎng)，黃土臺(tái)塬段路線短，收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)以及互通布設(shè)位置受限，互通布設(shè)于兩黃土沖溝之間，黃土臺(tái)塬段無(wú)布設(shè)主線收費(fèi)站位置，僅能將主線收費(fèi)站設(shè)于黃河橋橋頭黃河一級(jí)臺(tái)地。

j）從工程規(guī)模上，主要工程規(guī)模比較見表2。

總體規(guī)模造價(jià)上，低線方案工程造價(jià)39.3億元，工程造價(jià)最低；高線方案工程造價(jià)60.2億元，工程造價(jià)最高。對(duì)于黃河橋，低線方案橋梁較低且較短，采用連續(xù)鋼構(gòu)方案，工程造價(jià)最低；中線方案和高線方案橋梁高度分別為110 m和167 m，采用鋼桁梁方案，有利于降低橋梁上部重量，利于抗震，但工程造價(jià)較高。

4.2.5 綜合比選

從以上比選可知，高線方案工程造價(jià)較高，橋梁較長(zhǎng)且較高，實(shí)施和養(yǎng)護(hù)難度較大；低線方案雖造價(jià)較低，有利于降低臨猗黃河大橋的實(shí)施難度以及建設(shè)、養(yǎng)護(hù)和工程投資的風(fēng)險(xiǎn)，但低線縱坡較大，不利于運(yùn)營(yíng)安全，且連續(xù)挖方長(zhǎng)度較長(zhǎng)，不利于環(huán)境保護(hù)、棄土困難，主線收費(fèi)站等設(shè)施布設(shè)困難，陜西境不同意該接線方案；黃河大橋高度較低，景觀較差。中線方案工程造價(jià)適中，橋梁高度110 m，建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)可控；陜西境局部挖方數(shù)量雖較大，但路線較長(zhǎng)，可考慮縱向調(diào)運(yùn)；山西境路基填挖方基本平衡；縱坡相對(duì)平緩，橋梁輕盈、美觀，與周圍自然景觀協(xié)調(diào)，景觀效果好，標(biāo)志性較強(qiáng)，富有現(xiàn)代氣息。

表2 工程規(guī)模比較表

經(jīng)綜合分析，從既能有效降低工程造價(jià)以及建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)，又利于環(huán)境保護(hù)和橋梁景觀上，本項(xiàng)目擬推薦采用中線方案。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)臨猗黃河大橋橋位的研究，可以總結(jié)出以下結(jié)論：

a）必須堅(jiān)持地質(zhì)選線，環(huán)保選線，必須堅(jiān)持安全第一的理念，本項(xiàng)目黃河大橋地形地質(zhì)條件復(fù)雜，環(huán)境敏感點(diǎn)多，本項(xiàng)目橋位一與橋位二由于橋梁規(guī)模大，風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)黃河濕地影響大，因此被排除，而橋位三是最合理的方案。

b）橋位方案要綜合考慮各種因素，不只是前期建設(shè)，還有后期運(yùn)營(yíng)，本項(xiàng)目黃河橋的低線位方案黃河橋規(guī)模小，造價(jià)低，但運(yùn)營(yíng)安全不夠理想，對(duì)沿線環(huán)境破壞較嚴(yán)重，最終選擇的中線方案在各方面較均衡。

c）我國(guó)目前的高速公路均歸各省建設(shè)和管理，對(duì)于跨省的項(xiàng)目，方案研究一般需要全盤考慮，本項(xiàng)目亦是如此，但這種類型的項(xiàng)目很難做到純技術(shù)分析，從本項(xiàng)目中可發(fā)現(xiàn)，山西境與陜西境的造價(jià)呈反比關(guān)系，由于黃河大橋歸山西建設(shè)，黃河大橋規(guī)模降低，必然導(dǎo)致陜西境工程規(guī)模增加，這個(gè)平衡很難由技術(shù)層面決定，但如果陜西境的10 km高速和黃河橋在一個(gè)項(xiàng)目，就可以由技術(shù)層面決定了，因此，這種跨省項(xiàng)目的建設(shè)模式能否創(chuàng)新，值得探討。