王力波 楊斌 劉國(guó)慶

(吉林省交通科學(xué)研究所 吉林長(zhǎng)春 130012)

白旗松花江大橋是新建國(guó)道G229 饒河至蓋州一級(jí)公路連接舒蘭市、九臺(tái)區(qū)兩地的重要節(jié)點(diǎn)，于舒蘭市白旗鎮(zhèn)西北側(cè)約1 500 m 的霍家渡口北側(cè)約150 m 處跨越第二松花江。橋址區(qū)位于吉林省中部，地處松花江兩側(cè)階地，地貌形態(tài)類(lèi)型較單一，屬?zèng)_積平原地區(qū)地貌單元，場(chǎng)地地形起伏不大。

1 水文條件

1.1 流域概況

第二松花江的發(fā)源地位于長(zhǎng)白山天池西南的望天鵝峰北麓，海拔高程為2 691 m，是松花江的南源。在白山水庫(kù)上游13 km 處，頭道松花江與二道松花江匯合后稱(chēng)之為第二松花江，匯集各支流后，最后與嫩江在松原市寧江區(qū)的楊家堡子西北三岔河處匯合，稱(chēng)之為松花江[1]。

第二松花江從東南流向西北，干流流經(jīng)吉林省安圖縣、靖宇縣、柳河縣、梅河口市、東豐縣、輝南縣、磐石市、樺甸市、永吉縣、吉林市、舒蘭市、榆樹(shù)市、九臺(tái)區(qū)、德惠市、農(nóng)安縣、松原市、扶余市、前郭縣等24個(gè)市縣。河流總長(zhǎng)825.4 km，流域集水面積約為7.38萬(wàn)km2。流域內(nèi)有較為發(fā)達(dá)的水系，豐滿上游的主要支流有蛟河以、輝發(fā)河、二道松花江以及頭道松花江，豐滿下游的主要支流有飲馬河、沐石河、鰲龍河、團(tuán)山子河、牤牛河、溫德河等。

松花江豐滿水庫(kù)至烏拉街段67 km段受豐滿電站發(fā)電、泄洪影響，常年無(wú)封凍狀態(tài)，烏拉街至龍棚23 km段結(jié)冰期僅為月余，最大冰厚不超過(guò)30 cm，結(jié)冰封江通常在1 月初，解凍開(kāi)江通常在2 月中旬。龍棚以下江段結(jié)冰期約4 個(gè)月，最大冰厚大于70 cm，結(jié)冰封江通常在11 月中下旬，解凍開(kāi)江通常在翌年3 月末或4月初[2]。

1.2 涉河工程

第二松花江流域內(nèi)水利工程較多，共建有900余座蓄水工程和3 600 余座塘壩，總蓄水量達(dá)210×108m3，其中大型蓄水工程8 座，包括豐滿水庫(kù)、白山水庫(kù)等，1998 年后對(duì)大中水庫(kù)、堤壩進(jìn)行了安全加固，上述水利設(shè)施的建設(shè)，充分發(fā)揮了發(fā)電、灌溉、防洪治澇及城市用水等綜合利用效益，為吉林省的繁榮發(fā)展、美化環(huán)境起到了極其重要的作用。各水庫(kù)的技術(shù)指標(biāo)具體見(jiàn)表1。

表1 主要大型水庫(kù)技術(shù)指標(biāo)表

該項(xiàng)目位于豐滿水庫(kù)下游約106 km處，豐滿水庫(kù)控制流域面積4.25 萬(wàn)km2（白山水庫(kù)以上控制流域面積1.9萬(wàn)km2），占第二松花江流域面積的58%。豐滿水庫(kù)始建于1937 年，是一個(gè)以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉、供水、航運(yùn)、養(yǎng)魚(yú)等綜合利用的大型水庫(kù)。水庫(kù)大壩為混凝土重力壩，全長(zhǎng)為1 080 m，最大壩高為90.5 m，壩頂頂寬為9～13.5 m，壩頂高程為266.50 m，全壩分為擋水壩段、溢流壩段以及發(fā)電取水壩段等。豐滿水庫(kù)屬狹長(zhǎng)型河谷式水庫(kù)，水庫(kù)最大水面面積為550 km2，最大回水長(zhǎng)度為180 km，最大水面寬為10 km，最大水深為75 m。水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)千年設(shè)計(jì)、萬(wàn)年校核，死水位為242 m，相應(yīng)的死庫(kù)容為26.9 億m3，最高庫(kù)水位為267.70 m，發(fā)電庫(kù)容為53.5 m3，防洪庫(kù)容為26.7 m3。豐滿水庫(kù)P=2%最大放流量為4 000 m3/s，P=0.33%最大放流量為9 240 m3/s。

2 橋位河段防洪和通航要求

2.1 橋位河段防洪標(biāo)準(zhǔn)

第二松花江干流堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為1/50，堤頂寬度為6 m，迎水坡邊坡坡率和背水坡邊坡坡率均為1∶3，堤頂超高為2 m。橋址處堤防設(shè)計(jì)流量5 500 m3/s，設(shè)計(jì)平均流速0.955 m/s。

2.2 橋位河段通航要求

第二松花江為松花江干流的上游段，是吉林省境內(nèi)的第一大河流，吉林市區(qū)至陶賴(lài)昭段即橋位所江段的航道規(guī)劃技術(shù)等級(jí)為Ⅳ級(jí)。依據(jù)《內(nèi)河航道標(biāo)準(zhǔn)》選取500 t級(jí)貨船作為代表船隊(duì)，船隊(duì)尺寸長(zhǎng)×寬×設(shè)計(jì)吃水為138.0 m×11.0 m×1.4 m，現(xiàn)狀通航的80客位旅游船舶作為控制船型，船型尺度為32.4 m×6.0 m×1.0 m，舷上高度5.4 m。

橋位處最高通航水位為167.56 m，采用1/10 洪水重現(xiàn)期的水位，設(shè)計(jì)最低通航水位為162.25 m，采用95%通航保證率的水位。

3 主橋橋型方案選擇

3.1 橋跨選擇

主橋橋跨選擇時(shí)充分考慮以下4個(gè)方面因素。

（1）橋位處主河槽寬度約290 m，橋軸線與第二松花江流水方向的交角約90°。

（2）航道規(guī)劃等級(jí)為Ⅳ級(jí)，根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》要求，通航要求凈寬50 m，凈高8 m，上底寬不小于41 m，側(cè)高不小于5.0 m，設(shè)2個(gè)通航孔。

（3）橋址上下游既有橋梁工程。橋位上游約76 km處設(shè)有九站松花江特大橋；九站松花江特大橋與豐滿水電站之間吉林市城區(qū)段分別設(shè)有秀水橋、金珠大橋、霧凇大橋、臨江門(mén)大橋、江灣大橋、龍?zhí)洞髽?、吉林大橋、松江大橋、哈龍大橋、蘭旗大橋、清源大橋等多座跨越松花江的橋梁；橋位下游約20 km 處設(shè)有半拉山松花江大橋，下游約70 km處設(shè)有烏金屯松花江大橋、下游約85 km處設(shè)有陶賴(lài)昭松花江大橋。該項(xiàng)目上下游代表性橋梁建設(shè)規(guī)模情況具體見(jiàn)表2。

表2 上下游代表性橋梁建設(shè)規(guī)模表

（4）橋位處河床床面沖淤比較穩(wěn)定，河床演變基本完成，河槽趨于穩(wěn)定。

從保障大橋結(jié)構(gòu)安全、減小船只碰撞橋墩幾率以及減小橋墩阻水的角度考慮，應(yīng)適當(dāng)放大主橋孔跨。根據(jù)橋位處河槽寬度，并統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)性、通航要求、泄洪要求、施工方便性以及景觀等因素，可在90～150 m 之間選取主橋跨徑，綜合考慮上述各影響因素，初步擬定主橋跨徑采用100 m、130 m兩種。

3.2 橋型選擇

根據(jù)橋位處地形地貌、水文條件及上下游橋梁結(jié)構(gòu)型式的分析，從結(jié)構(gòu)安全可靠、保障通航安全、滿足泄洪要求、施工方便性、經(jīng)濟(jì)合理性和景觀要求出發(fā)，可考慮預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)、連續(xù)梁、拱橋以及斜拉橋等作為主橋橋型方案。

3.2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)、連續(xù)梁

我國(guó)連續(xù)剛構(gòu)或連續(xù)梁的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)非常成熟，該結(jié)構(gòu)大多數(shù)應(yīng)用于跨徑200 m 以?xún)?nèi)的橋梁，最大跨徑的連續(xù)剛構(gòu)可達(dá)330 m。這種橋型特點(diǎn)是主梁為連續(xù)體系，具有較好的結(jié)構(gòu)整體性和抗震性能，相比于同等跨度的其他橋型，具有造價(jià)相對(duì)較低、方便施工、工期相對(duì)較短等優(yōu)勢(shì)[3-4]。

3.2.2 波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁

波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁由法國(guó)于20 世紀(jì)80 年代開(kāi)發(fā)，國(guó)外修建較多，我國(guó)應(yīng)用到工程實(shí)例中較少，設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)還不是很成熟。這種橋型特點(diǎn)是將厚重的混凝土腹板用波形鋼腹板代替，減輕了結(jié)構(gòu)的重量，合理發(fā)揮材料性能，提高材料的利用率，結(jié)構(gòu)受力合理，經(jīng)濟(jì)效益、抗震性能較好，但波形鋼板制作加工尚未完全成熟，箱梁橫向剛度弱，施工控制相對(duì)困難，運(yùn)營(yíng)期維護(hù)費(fèi)用較高[5-6]。

3.2.3 斜拉橋

斜拉橋是大跨徑橋梁的一種主要的形式，具有造型優(yōu)美、跨越能力大、規(guī)模宏偉等特征，跨徑在300～600 m 時(shí)會(huì)有明顯優(yōu)勢(shì)[7]。該方案結(jié)合橋位地形地貌條件和景觀要求以及主河槽范圍，可選用斜拉橋方案，但綜合考慮到該橋的使用功能、施工難易程度、建設(shè)投資及后期維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用等因素，此次不推薦此方案。

3.2.4 拱橋

作為跨江橋梁，拱橋也是一種備選結(jié)構(gòu)方案，施工時(shí)不需要龐大的設(shè)備，可以化整為零進(jìn)行施工，造型優(yōu)美，當(dāng)前我國(guó)拱橋的最大跨徑已經(jīng)達(dá)到575 m[8]，工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)較為豐富。根據(jù)橋位處的地形地貌特征、地質(zhì)條件，不適宜采用該種橋型結(jié)構(gòu)。

綜上所述，考慮到較大跨徑連續(xù)梁運(yùn)營(yíng)期下?lián)厦黠@，而實(shí)際橋梁墩高在20 m左右剛構(gòu)體系在全橋固結(jié)的情況下橋墩整體抗推剛度較大，容易積聚較大的次內(nèi)力，結(jié)合橋位處實(shí)際地質(zhì)條件、墩柱整體高度及剛度分配，推薦主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱型半剛構(gòu)-連續(xù)梁體系，提出如下3個(gè)橋型方案。

方案一：（65+100+100+65）m 預(yù)應(yīng)力混凝土半剛構(gòu)-連續(xù)梁。

方案二：（65+100+100+65）m波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土半剛構(gòu)-連續(xù)梁。

方案三：（85+130+85）m 預(yù)應(yīng)力混凝土半剛構(gòu)-連續(xù)梁。

4 橋型方案比選

橋型方案對(duì)比情況具體見(jiàn)表3。

表3 橋型方案對(duì)比表

5 結(jié)論

根據(jù)以上橋型方案比較，得出以下結(jié)論。

方案一：該方案橋梁結(jié)構(gòu)在吉林省內(nèi)修建較多，工程造價(jià)低，設(shè)計(jì)、施工技術(shù)非常成熟，施工難度小，施工安全性高，工期短，運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)量少，滿足通航泄洪要求。

方案二：該方案橋梁結(jié)構(gòu)符合國(guó)家關(guān)于鋼鐵產(chǎn)能和鋼結(jié)構(gòu)橋梁的政策，但吉林省內(nèi)已建成較少，設(shè)計(jì)、施工技術(shù)較不成熟，波形鋼板的制作加工尚不成熟。與混凝土結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)的橫向剛度較弱，國(guó)外一般采用耐候鋼作為波形鋼腹板來(lái)保證其耐久性，而國(guó)內(nèi)耐候鋼應(yīng)用尚未成熟，且施工周期長(zhǎng)，施工控制難度相對(duì)大，運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高。

方案三：該方案橋梁結(jié)構(gòu)在吉林省內(nèi)修建較少，設(shè)計(jì)、施工技術(shù)較為成熟靠，施工難度相對(duì)較大，施工安全性高，工期短，運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)量少，滿足泄洪及通航的基本要求，但通航能力稍差，造價(jià)相對(duì)較高。

綜合考慮各橋型方案的安全性、工程造價(jià)、工期、施工難度、對(duì)通航和泄洪的影響、運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用及環(huán)保等因素，推薦方案一：（65+100+100+65）m 跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土箱型半剛構(gòu)-連續(xù)梁。