湯遠(yuǎn)華

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司 南京市 210000)

1 工程概況

南京至高淳新通道(簡稱：寧高新通道)路線北起于溧馬高速將軍路互通，南接淳蕪高速高淳北互通，終于239省道，路線全長46.858km，雙向四車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度100km/h。

整個項目分陸岸段、跨湖段設(shè)計，其中陸岸段又分為江寧段、溧水段及高淳段設(shè)計；跨湖段為明覺至團(tuán)結(jié)圩段，主要為跨越石臼湖設(shè)置，石臼湖特大橋全長12.6172km，占整個工程比例約27%。

石臼湖大橋汽車荷載等級為公路-I級，橋梁全寬為42.8m，橋梁寬度2-12.75m，分左、右幅設(shè)計，中間凈寬17.3m為寧高城際二期軌道橋建設(shè)空間。大橋在K31+513.681處跨越規(guī)劃Ⅳ級秦淮河航道，與航道右交角為75°，通航凈空為93× 7m，跨航道采用(75+130+75)m變截面連續(xù)梁橋,非通航孔均采用30m裝配式預(yù)制預(yù)應(yīng)力組合箱梁。

2 項目特點(diǎn)

項目地處水文地質(zhì)條件復(fù)雜的石臼湖水域，石臼湖屬淺碟型湖泊，湖底平坦，四周微微隆起，形似“平底鍋”，湖水季節(jié)性差異大(7m)，且在大風(fēng)季節(jié)風(fēng)生浪高達(dá)2.7m，路線穿湖而過，石臼湖特大橋猶如長龍臥湖，復(fù)雜多變的自然地理環(huán)境給設(shè)計、施工均造成一定的困難。

項目設(shè)計中主要有以下特點(diǎn)及難點(diǎn)：

(1)穿大型水域通道方案研究；

(2)特大長橋總體設(shè)計方案比選；

(3)公路橋、軌道橋捆綁設(shè)計；

(4)跨敏感水域特大橋環(huán)保設(shè)計。

3 項目特點(diǎn)簡述

3.1 穿大型水域通道方案研究

項目路線穿越石臼湖，石臼湖又名北湖，該湖納皖南山區(qū)水陽江、青弋江和溧水縣新橋河、天生橋河等來水，長江汛期時亦有江水倒灌，湖水經(jīng)三叉河、姑溪河由當(dāng)涂入長江。石臼湖現(xiàn)有面積約207.6km2。

穿湖方案對路基、橋梁、隧道及各種組合方案(橋+島+橋、橋+隧+橋等)進(jìn)行了多方位的研究，設(shè)計中主要對橋梁、隧道等方案進(jìn)行了比較。

(1)隧道方案

該方案最顯著的特點(diǎn)即對湖區(qū)自然生態(tài)影響小，但整個項目里程長、工程規(guī)模大、整體造價高，且湖區(qū)的地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大，施工風(fēng)險大。

(2)“隧道+橋梁”方案

該方案將橋與隧道完美的結(jié)合，設(shè)計方案新穎,相較方案一造價略有降低，但需建造人工島，同時橋梁與隧道銜接位置的設(shè)計復(fù)雜，施工工藝復(fù)雜，要求高。

(3)“橋+島+橋”方案

該方案設(shè)計相對較新穎,具備一定的可操作性，相較方案一、二造價降低較多，施工相對容易控制，但仍需建造人工島，對湖區(qū)的地質(zhì)、土源的要求較高。

(4)全橋跨越方案

該方案操作性高,施工工藝成熟、可靠，但方案整體新穎度不夠，景觀效果一般。

從湖區(qū)的地形地質(zhì)條件、工程的可實(shí)施性、可靠性、施工條件、工期、環(huán)境保護(hù)、水利防洪、造價等方面綜合比選(見表1)，路線穿越石臼湖采用了方案四全橋跨越方案，一橋跨越石臼湖，橋梁設(shè)置里程達(dá)12.6172km，是目前國內(nèi)最長的跨湖橋梁。

表1 方案綜合比較表

3.2 特大長橋總體設(shè)計方案比選

(1)石臼湖水文條件復(fù)雜，總體方案結(jié)合施工條件進(jìn)行設(shè)計

石臼湖水位具有洪水猛漲緩落、高水位持續(xù)時間長，水位季節(jié)變幅大的特點(diǎn)，年最大水位變幅7m左右，枯水期水深約0.5～1m。由于橋梁里程長，工程規(guī)模大，施工期往往橫跨整個年份，枯水期、豐水期施工方案變化較大，對于上部結(jié)構(gòu)施工，跨水域橋梁通常采用預(yù)制吊裝方案施工，設(shè)計時對船舶浮吊、棧橋吊機(jī)架設(shè)、架橋機(jī)架設(shè)等多種施工方案進(jìn)行綜合比選，實(shí)施方案最終采用裝配式組合箱梁，架橋機(jī)架設(shè)，同時施工沿線設(shè)置棧橋配合材料、機(jī)具運(yùn)輸，大大提高了施工的可靠性；對于下部結(jié)構(gòu)墩柱、系梁、承臺施工，設(shè)計時結(jié)合湖區(qū)水位特點(diǎn)，對筑島圍堰、鋼板樁圍堰、鋼套箱等可能的施工方案進(jìn)行比選分析，從施工便捷、經(jīng)濟(jì)、美觀角度，確定合適、合理的下部結(jié)構(gòu)高程。

(2)總體及路線設(shè)計需兼顧特大長橋美觀、行車安全、排水、環(huán)境保護(hù)等設(shè)計特點(diǎn)

石臼湖湖面開闊，大風(fēng)季節(jié)湖區(qū)易形成波浪，湖區(qū)內(nèi)規(guī)劃有秦淮河Ⅳ航道，縱斷面設(shè)計在綜合考慮湖堤標(biāo)高、湖區(qū)水位、航道通行凈空及浪高的基礎(chǔ)上，縱斷面線形要素盡量采用部頒規(guī)范所規(guī)定的一般值以上的豎曲線半徑，同時注重平縱組合設(shè)計，力求線形指標(biāo)均衡、連貫。

因路線縱面受控于秦淮河航道凈空要求，為降低湖區(qū)橋梁高度兼顧高跨比的美觀性，考慮橋面徑流排水收集處理需要，湖區(qū)縱斷面線形總體呈M型(見圖1)，在兩處最低的變坡點(diǎn)位置設(shè)置調(diào)蓄池對橋面徑流雨水進(jìn)行收集處理。

圖1 路線縱斷面

(3)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

石臼湖特大橋與規(guī)劃Ⅳ級秦淮河航道右交角75°,考慮湖區(qū)航道特點(diǎn)，大橋在航道處采用錯孔布置，適應(yīng)航道線形的同時對航行的船只以誘導(dǎo)作用，主橋主跨采用130m的變截面連續(xù)梁設(shè)計，引橋標(biāo)準(zhǔn)跨采用30m跨徑裝配式預(yù)制預(yù)應(yīng)力組合箱梁。

設(shè)計時上部結(jié)構(gòu)除了考慮常規(guī)恒載、汽車活載外，還考慮了集水管道、預(yù)留聲屏障等環(huán)保設(shè)計荷載；下部結(jié)構(gòu)墩柱、基礎(chǔ)設(shè)計時除了考慮支座摩阻力、汽車制動力、溫度力、風(fēng)荷載等常規(guī)荷載外，根據(jù)《海港水文規(guī)范》規(guī)定，結(jié)合專項風(fēng)生流研究(見圖2)，計算風(fēng)生浪對橋梁下部結(jié)構(gòu)的不利作用；同時設(shè)計中結(jié)合特大橋長橋施工組織方案，對施工中可能出現(xiàn)的臨時荷載加以驗算，確保大橋結(jié)構(gòu)安全。

圖2 風(fēng)生流研究專題

3.3 石臼湖特大橋與寧高城際二期軌道橋捆綁設(shè)計

石臼湖段寧高新通道與寧高城際二期軌道設(shè)計線平行布設(shè)(見圖3)，設(shè)計中跨行業(yè)協(xié)調(diào)合作，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范多樣化，施工方案多樣化，總體方案為公路橋設(shè)置于軌道橋兩側(cè)，公路橋(左、右幅)間距的設(shè)置，必須在滿足軌道交通運(yùn)營安全的基礎(chǔ)上，考慮到施工期架橋機(jī)架設(shè)作業(yè)能力、作業(yè)空間，避免公路橋與軌道橋施工期相互影響。

考慮軌道運(yùn)營安全，全線軌道橋縱面略高于公路橋50cm左右，為了提升公路運(yùn)營的應(yīng)急能力，公路橋設(shè)置兩處中分帶開口，公路橋與軌道橋在中分帶開口處縱面保持一致，實(shí)現(xiàn)平交，運(yùn)營期在重大事件應(yīng)急處理時可“公、軌聯(lián)動”，公路車輛可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急掉頭。

圖3 公軌捆綁設(shè)計

3.4 跨敏感水域特大橋環(huán)保設(shè)計

水是生命之源，石臼湖作為南京的備用水源地，對其水質(zhì)環(huán)保部門提出了嚴(yán)格的要求，運(yùn)營橋梁污水的來源主要為橋面徑流排水，橋面徑流主要污染物是懸浮物、石油類和有機(jī)物，污染物濃度受限于多種因素，車流量、車輛類型、降雨強(qiáng)度、灰塵沉降量、前期干燥時間都會影響污染物濃度，因此具有很大的不確定性；石臼湖特大橋單向坡長度超過2km，對于大、中型跨河橋梁，單側(cè)收集范圍一般小于200m，常見的PVC排水管可以滿足徑流中收集、排放的要求。對于收集范圍數(shù)百米、甚至數(shù)公里的特大型橋梁，若全部收集，收集管徑大、安裝困難，難以實(shí)施。

設(shè)計中針對大橋橋面徑流排水的種種特點(diǎn)、難點(diǎn)，對國內(nèi)外特大型橋梁排水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，引進(jìn)新的橋面徑流排水設(shè)計思路，即初期雨水中污染物質(zhì)含量較高，通過收集式泄水管收集，匯至湖區(qū)兩處調(diào)蓄池(見圖4)；隨降雨時間的延長，雨水中污染物含量下降，橋面硬路肩范圍積水加深，部分雨水依然通過與橋面平齊的泄水孔排入收集管道，多余雨水則通過高出橋面3cm的泄水孔直接排到橋下。

圖4 橋面排水方案(單位：cm)

4 結(jié)語

石臼湖特大橋做為國內(nèi)最長的跨湖橋梁，其設(shè)計過程特殊、復(fù)雜，總體方案的選擇、路線縱斷面的控制、公軌捆綁設(shè)計的特點(diǎn)、環(huán)境保護(hù)的兼顧等等對

整個項目的順利實(shí)施均起到至關(guān)重要的作用，通過對大橋設(shè)計過程中的特點(diǎn)、難點(diǎn)的總結(jié)，為今后同類型橋梁設(shè)計提供一定的參考。