張信鵬

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 石家莊市 050011)

1 工程概述

北京新機(jī)場(chǎng)至德州高速公路京冀界至津石高速段是《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》中“四縱三橫”區(qū)域高速公路網(wǎng)的重要組成部分，是雄安新區(qū)使用北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)最主要的高速公路，是雄安新區(qū)與冀東南、魯西之間的重要聯(lián)系通道[1]，是實(shí)現(xiàn)新區(qū)60min到北京、天津，90min到石家莊目標(biāo)的重要支撐。項(xiàng)目途經(jīng)固安東、永清西、霸州東、文安西、任丘東，路線全長(zhǎng)87.256km。

京德高速文安洼特大橋位于廊坊市文安縣境內(nèi)，主要是為跨越趙王新河、文安洼蓄滯洪區(qū)設(shè)置。趙王新河是白洋淀?xiàng)椓智f樞紐至東淀的行洪河道，全長(zhǎng)約42km。文安洼蓄滯洪區(qū)位于海河流域大清河下游，是海河流域河北八大洼淀之一。

京德高速路線總體為南北走向，位于大廣高速公路以東，京臺(tái)高速公路以西的走廊帶內(nèi)。本項(xiàng)目范圍內(nèi)趙王新河、文安洼蓄滯洪區(qū)大致為東西走向，因此京德高速跨越趙王新河、文安洼蓄滯洪區(qū)不可避免。為滿足防洪要求，結(jié)合防洪評(píng)價(jià)意見，自趙王新河北大堤至大留鎮(zhèn)停車區(qū)設(shè)置文安洼特大橋，橋梁全長(zhǎng)21.607km，為目前河北省內(nèi)最長(zhǎng)的公路橋梁。

圖1 文安洼特大橋主橋圖

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 特大橋設(shè)置原則

特大橋總體設(shè)計(jì)需要考慮更多的因素，主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

(1)必要性論證，特大橋設(shè)置會(huì)使整個(gè)項(xiàng)目的造價(jià)大大提高，因此特大橋設(shè)置的必要性和起終點(diǎn)研究尤其重要。

(2)總體設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮特大橋與地形、地貌及平縱面線形的協(xié)調(diào)，在布設(shè)路線線位及橋梁時(shí)，橋、路綜合考慮[2]；充分考慮河流、河堤、被交路、互通等交叉因素，優(yōu)先滿足控制點(diǎn)的跨徑布置。

(3)橋梁結(jié)構(gòu)型式選擇時(shí)應(yīng)綜合本地區(qū)的自然條件、材料來源、施工條件等因素，結(jié)合橋梁規(guī)模、路線平縱線型、橋梁使用功能特點(diǎn)，可優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑、集中預(yù)制，盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化，以保證工程質(zhì)量，加快建設(shè)速度，降低工程造價(jià)。

(4)特大橋制約因素較多，進(jìn)行細(xì)部設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮防洪要求、通航要求及環(huán)評(píng)要求等。

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)速度：120km/h。

汽車荷載：公路-Ⅰ級(jí)。

設(shè)計(jì)洪水頻率：特大橋1/300。

地震動(dòng)峰值加速度： 0.15g。

環(huán)境類別：Ⅱ類環(huán)境。

橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年。

橋梁寬度：34.5m=(0.525m防撞護(hù)欄+15.725m凈寬+0.525m防撞護(hù)欄)+0.95m+(0.525m防撞護(hù)欄+15.725m凈寬+0.525m防撞護(hù)欄)。

2.3 跨徑布置

文安洼特大橋跨越主要河流有趙王新河、小白河，跨越主要被交路有臺(tái)王線、世紀(jì)大道、保靖線、興祖線。其中跨越趙王新河主河槽采用(50+80+80+50)m變截面現(xiàn)澆箱梁，趙王新河兩側(cè)大堤采用(40+60+40)m變截面現(xiàn)澆箱梁，跨越小白河、興祖線位置兩側(cè)設(shè)置90°至70°斜轉(zhuǎn)正現(xiàn)澆箱梁，互通內(nèi)主線變寬段橋梁采用現(xiàn)澆箱梁，其余橋梁結(jié)構(gòu)根據(jù)布置情況采用25m、30m、35m、40m預(yù)制T梁交錯(cuò)布置。

全橋跨徑布置情況如下：{7×30+[(40+60+40)+3×40+(50+80+80+50)+3×40+(40+60+40)]+[6×30+3×35+4×30+(29+30+29)+3×35+3×40+3×35+12×30]+220×30+3×40+116×30+[4×30+3×40+4×30]+24×30+[8×30+4×35+8×30+(30+35+30)+3×40+(30+33+33+30)+3×35+9×30]+13×30+3×25+18×30+3×25+110×30+3×40+49×30+[4×28+3×40+4×32]+16×30}m。其中跨趙王新河主河槽及兩側(cè)大堤段跨徑為[(40+60+40)+3×40+(50+80+80+50)+3×40+(40+60+40)]m、文安北互通段跨徑為[6×30+3×35+4×30+(29+30+29)+3×35+3×40+3×35+12×30]m、跨小白河段跨徑為[4×30+3×40+4×30]m、文安西互通段跨徑為[8×30+4×35+8×30+(30+35+30)+3×40+(30+33+33+30)+3×35+9×30]m、跨興祖線段跨徑為[4×28+3×40+4×32]m。

3 預(yù)制T梁上、下部結(jié)構(gòu)比選

本特大橋橋梁規(guī)模較大，多次跨越河流、地方道路等，跨徑布置選擇時(shí)需綜合考慮各種因素，因此采用25m、30m、35m、40m預(yù)制T梁及現(xiàn)澆箱梁等結(jié)構(gòu)交錯(cuò)布置，使橋梁布置得更加合理。

文安洼特大橋主要采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，全橋預(yù)制T梁共計(jì)9076片，其中25m T梁98片，30m T梁8507片，35m T梁132片，40m T梁339片，有效地節(jié)約工期、保證質(zhì)量。

3.1 上部結(jié)構(gòu)綜合比選

結(jié)合本地區(qū)特點(diǎn)，跨徑按25m、30m和35m對(duì)預(yù)制小箱梁、預(yù)制T梁進(jìn)行綜合比選。

表1 上部結(jié)構(gòu)綜合對(duì)比表

(1)預(yù)制小箱梁和預(yù)制T梁對(duì)比

本橋在經(jīng)濟(jì)性上，小箱梁比同等跨徑的T梁經(jīng)濟(jì)；在使用性能上，本橋位于蓄滯洪區(qū)，對(duì)橋梁受凈空限制較小，對(duì)建筑高度要求低；在施工控制上，從施工質(zhì)量、進(jìn)度、運(yùn)輸、吊裝、張拉等方面考慮，T梁均優(yōu)于小箱梁，尤其是施工進(jìn)度和施工質(zhì)量上。在運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)上，T梁養(yǎng)護(hù)成本相對(duì)低，易于養(yǎng)護(hù)。通過小箱梁與T梁綜合比較，同時(shí)考慮到本橋梁為雄安新區(qū)項(xiàng)目，質(zhì)量要求高，施工工期較短等綜合因素，本橋采用預(yù)制T梁方案。

(2)25m、30m和35m預(yù)制T梁對(duì)比

本橋梁處于文安洼蓄滯洪區(qū)，根據(jù)防洪評(píng)價(jià)單位意見，處于主要河流及分洪道、蓄滯洪區(qū)的橋梁跨徑宜在30m跨徑以上；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)35m最大，30m與25m比較接近；同時(shí)考慮滿足跨越地方道路及規(guī)劃道路的要求，本橋梁主要采用30m跨徑。

圖2 預(yù)制T梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖(單位：cm)

3.2 下部構(gòu)造比選

本橋位于平原區(qū)，下部結(jié)構(gòu)地質(zhì)情況相近，因此對(duì)本橋采用三柱墩和兩柱墩進(jìn)行比選，本橋30m T梁占總預(yù)制梁片數(shù)的93.7%，本文僅對(duì)上部結(jié)構(gòu)為30m T梁進(jìn)行比選分析，詳見表2。

表2 30mT梁下部結(jié)構(gòu)對(duì)比表

通過對(duì)比，三柱墩工程量較小，造價(jià)較低，施工簡(jiǎn)單快捷，因此本橋下部結(jié)構(gòu)采用三柱墩橋梁方案。

4 跨趙王新河橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵要點(diǎn)

京德高速跨越趙王新河段，趙王新河底寬400～530m，左右堤間距約630m，設(shè)計(jì)流量2700m3/s。依據(jù)《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》批復(fù)精神，恢復(fù)淀泊水動(dòng)力過程，加強(qiáng)新區(qū)與天津港、黃驊港交通聯(lián)系，暢通新區(qū)出海通道，計(jì)劃修建保津航線。趙王新河為計(jì)劃保津航線的主要部分，文安洼特大橋跨越趙王新河段考慮通航要求，為Ⅲ級(jí)航道，單向航道主槽頂寬55m，設(shè)計(jì)最低通航水深3.2m，凈高10m。結(jié)合通航要求及景觀設(shè)計(jì)，跨越趙王新河部分采用[(40+60+40)+3×40+(50+80+80+50)+3×40+(40+60+40)]m橋梁跨徑?？缭节w王新河主河槽采用(50+80+80+50)m變截面現(xiàn)澆箱梁，跨越兩側(cè)大堤采用(40+60+40)m變截面現(xiàn)澆箱梁。

4.1 跨河橋梁凈空確定

跨趙王新河橋梁的凈空設(shè)計(jì)主要受制于兩方面，一是要滿足防洪要求，二是要滿足通航要求。設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇，滿足防洪要求允許最小梁底高程9.92m，跨越趙王新河段橋梁設(shè)計(jì)梁底高程為14.2～20.1m，大于允許最小梁底高程9.92m，滿足防洪要求。

趙王新河為Ⅲ級(jí)航道，最高設(shè)計(jì)通航水位按20年一遇洪水位確定，最小凈空為10m。20年一遇洪水時(shí)趙王新河跨越位置水位為7.72m，滿足通航要求。允許最小梁底高程為17.72m，通航段橋梁設(shè)計(jì)梁底高程為18.8～20.1m，大于允許最小梁底高程17.72m，滿足通航要求。

4.2 堤頂路凈空的確定

由于橋梁跨越位置兩堤堤防外側(cè)村民傍堤填土進(jìn)行建設(shè)，左堤寬度達(dá)50m，右堤寬度達(dá)61m，橋梁跨越按照有效堤防斷面進(jìn)行控制。為減小橋梁建設(shè)對(duì)堤身安全的影響，結(jié)合防洪評(píng)價(jià)，趙王新河特大橋跨越左、右兩堤堤防采用一跨跨越方式，左、右兩堤跨徑60m。跨越左堤位置橋墩距離外坡腳1m，距離內(nèi)坡腳11.8m；跨越右堤位置橋墩距離外坡腳0.5m，距離內(nèi)坡腳9.4m，橋墩均未布置在堤身斷面內(nèi)，橋梁建設(shè)對(duì)堤身安全影響較小。

考慮行洪期間能夠保證堤頂防汛車輛的正常通行，橋梁梁底高程按照規(guī)劃堤頂路加4.5m凈空考慮，跨越趙王新河左、右堤位置橋梁設(shè)計(jì)梁底高程為15.6～16.1m，現(xiàn)狀堤頂高程8.9～9.1m，規(guī)劃堤頂高程9.72m，梁底距離規(guī)劃堤頂5.8～5.9m，即大于4.5m凈空，能夠保證堤頂防汛車輛的正常通行。

4.3 跨河主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橋梁上部結(jié)構(gòu)為(50+80+80+50)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主橋長(zhǎng)260m，設(shè)計(jì)角度90°，由單箱單室箱形斷面組成。箱梁根部高度4.8m，跨中梁高2.3m，其間梁高按2.0次拋物線變化。箱梁頂板寬16.775m，底板寬8.775m，頂板厚0.3m，底板厚由跨中0.32m按2.0次拋物線變化至根部0.75m，腹板分別為0.7m、0.9m。橋梁箱梁除墩頂0/1號(hào)塊件外，各單“T”箱梁均采用掛籃懸臂澆筑法施工，分9對(duì)梁段，即5×4.0m+4×3.5m進(jìn)行對(duì)稱懸臂澆筑。橋墩墩頂塊長(zhǎng)6.5m，中孔合龍段長(zhǎng)2.0m，邊孔現(xiàn)澆段長(zhǎng)8.8m，邊孔合龍段長(zhǎng)2.0m。橋墩采用實(shí)心墩，過渡墩橫橋向?qū)?m，順橋向厚2m，主墩橫橋向?qū)?0m，順橋向厚3.5m。

4.4 橋面排水設(shè)計(jì)

結(jié)合環(huán)境影響報(bào)告，考慮跨越趙王新河處橋梁發(fā)生危險(xiǎn)化學(xué)品泄露可能會(huì)對(duì)趙王新河水質(zhì)及濕地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，設(shè)計(jì)時(shí)在跨趙王新河段落設(shè)置橋面徑流水收集系統(tǒng)，并在趙王新河南北堤外側(cè)合適位置設(shè)置事故池，統(tǒng)一通過集中排水系統(tǒng)將橋面污水(雨水)引至兩側(cè)事故池，避免橋面徑流水以及風(fēng)險(xiǎn)事故下的污水直接排入水體，確保水質(zhì)安全。

趙王新河主橋中間處為本段落縱段最高點(diǎn)，采用泄水管收集橋面排水后匯入縱向PVC集水管，然后通過縱向PVC集水管從趙王新河主橋中間向兩側(cè)排水，縱向PVC集水管在堤壩路外側(cè)橋墩處延伸至地面，匯入事故池中。

5 總結(jié)

以京德高速文安洼特大橋?yàn)楣こ虒?shí)例，從總體設(shè)計(jì)，預(yù)制結(jié)構(gòu)方案比選，跨河段橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)等方面分析和論述，可以得出以下結(jié)論：

(1)特大橋的總體設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮跨河、跨堤、跨路及其他交叉控制點(diǎn)之間的相互關(guān)系及協(xié)調(diào)情況。

(2)較長(zhǎng)的特大橋由于工程量較大，上部結(jié)構(gòu)的方案比選尤其重要，工程質(zhì)量、工期、造價(jià)等因素對(duì)工程影響較大，宜綜合考慮。

(3)對(duì)于跨域重要河流的主橋，設(shè)計(jì)時(shí)除了重視橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，還應(yīng)綜合考慮防洪要求、通航要求及環(huán)評(píng)要求等。