上海內(nèi)河航道橋梁方案選型

岳申舟

（上海同三高速公路有限公司，上海市 200441）

1 上海高等級內(nèi)河航道建設(shè)情況與展望

內(nèi)河航道是上海建設(shè)國際航運(yùn)中心中心集疏運(yùn)體系的重要組成部分，《上海市城市總體規(guī)劃（2017—2035）》提出，“構(gòu)建以長江黃金水道為干線、高等級航道為支線、內(nèi)河港區(qū)為轉(zhuǎn)運(yùn)樞紐的內(nèi)河航運(yùn)網(wǎng)絡(luò)”。

上海高等級內(nèi)河航道建設(shè)于“十一五”期間起步，首先完成了“一環(huán)十射”航道水系藍(lán)線規(guī)劃（見圖1）。其中“一環(huán)”為黃浦江（上游段）—大蘆線—大浦線—趙家溝—蕰藻浜—油墩港—黃浦江（上游段），“十射”包括長湖申線（太浦河）、杭申線（上海段）、蘇申外港線（上海段）、蘇申內(nèi)港線（上海段）、金匯港、平申線（上海段）、羅薀河、川楊河、龍泉港（葉榭港）和大蘆線航道。

圖1 上海市內(nèi)河“一環(huán)十射”航道規(guī)劃網(wǎng)

經(jīng)過“十二五”期間大力發(fā)展，先后實(shí)施了黃浦江（上游段）、趙家溝、蘇申外港線、大蘆線一期、杭申線（上海段）等多個項(xiàng)目，基本建成“連接蘇浙、對接海港”的內(nèi)河高等級航道網(wǎng)框架。

目前，大蘆線二期、平申線（上海段）、長湖申線（上海段）、趙家溝東段等多條航道正加快建設(shè)；蘇申內(nèi)港線西段、油墩港航道已開始實(shí)施；吳淞江工程（上海段）也將蘇申內(nèi)港線中段、羅蕰河航道納入其中，有望十三五期間開工建設(shè)。

可以預(yù)計，上海高等級航道建設(shè)還將持續(xù)相當(dāng)長的一段時間，并最終支撐國際航運(yùn)中心建設(shè)。

2 跨航道橋梁建設(shè)的特點(diǎn)分析

上?？鐑?nèi)河航道橋梁作為航道建設(shè)的“附屬工程”，不同于一般公路或城市橋梁，也不同于跨越大江大河的橋梁，具有相當(dāng)?shù)奶厥庑浴?/p>

2.1 需改建橋梁量大面廣、數(shù)量眾多

航道建設(shè)必然引起原有橋梁的改建，由于上海城鎮(zhèn)化發(fā)展已經(jīng)基本完成，航道整治工程大多位于城市建成區(qū)，航道建設(shè)對路網(wǎng)的割裂非常明顯。

“一環(huán)十射”高等級航道分布在上海主要區(qū)縣，總長度約275 km（見表1）。初步梳理，累計需要建設(shè)的跨航道橋梁約170座，平均約1.6 km就有一座。由于通航不達(dá)標(biāo)而改建的橋梁工程投資占到整個航道項(xiàng)目的30%～50%，橋型方案的優(yōu)劣直接影響航道項(xiàng)目總投資的多少，全面系統(tǒng)論證跨高等級航道橋型方案，為今后航道整治工程橋型方案的選擇提供參考標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)支撐，以達(dá)到充分利用資源，節(jié)約投資的目的。

表1 “一環(huán)十射”主要航道長度及擬建橋梁統(tǒng)計表

2.2 通航凈空要求高、接線道路銜接困難

內(nèi)河高等級航道大多為Ⅲ級或Ⅳ級，按國家標(biāo)準(zhǔn)通航凈高分別需要10 m和8 m，交通運(yùn)輸部在2005年針對長三角平原地區(qū)的特殊情況，將以上數(shù)值定為7 m。

由于上海內(nèi)河航道基本位于平原地貌，兩岸地勢平坦，在滿足通航凈空的前提下，跨航道橋梁橋面標(biāo)高往往高出兩岸道路10 m以上，航道兩岸需要300 m以上的接線引橋。如航道兩岸附近有橫向道路，則容易出現(xiàn)跨航道橋梁無法之銜接的情況，造成航道項(xiàng)目與地方路網(wǎng)交通的沖突，見圖2。

圖2 跨航道橋梁與橫向道路銜接沖突示意

2.3 建設(shè)條件復(fù)雜、設(shè)計施工難度大

航道建設(shè)的初衷和資金來源決定了工程的主要任務(wù)的是航道整治提標(biāo)，跨航道橋梁只是作為航道的障礙物對不滿足航道要求的部分進(jìn)行改建，或者是將現(xiàn)狀不滿足通航要求的橋梁拆除后按規(guī)劃線位新建。

“一環(huán)十射”航道建設(shè)涉及到的橋梁多數(shù)均為老橋改建，初步統(tǒng)計90%以上為既有橋梁的改建。通過調(diào)查可以看出，既有橋梁數(shù)量巨大、結(jié)構(gòu)形式多樣、技術(shù)狀況不一，且與航道標(biāo)準(zhǔn)、道路規(guī)劃不相符合，大量既有橋梁在航道建設(shè)過程中需要改造。由于老橋的存在，使得跨航道橋梁建設(shè)不同于一般橋梁工程，需要充分考慮施工期間交通組織、新橋施工臨近運(yùn)營中的老橋、跨航道老橋拆除等特殊問題，設(shè)計施工難度大。

2.4 經(jīng)濟(jì)性要求高，又需要兼顧景觀要求

航道項(xiàng)目的投資來源決定了跨航道橋梁經(jīng)濟(jì)性優(yōu)先的原則。跨航道橋梁又具有城市橋梁的典型特點(diǎn)，一般均位于城鎮(zhèn)核心區(qū)或者航道關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，需要有一定的景觀功能起到提綱挈領(lǐng)、提升地區(qū)與航道的品位。

早期的航道整治項(xiàng)目中曾提出“一橋一景”的想法，在實(shí)際操作過程存在較多的困難；不分析每座橋的具體情況采用千篇一律的“標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計”也是不可取的。如何取得經(jīng)濟(jì)性與景觀效果的平衡是內(nèi)河航道橋梁需要解決的問題

3 跨航道橋型選擇一般原則

3.1 常用橋型概述及特點(diǎn)分析

上海內(nèi)河航道包括閘控限制性航道和天然航道，前者面寬70～120 m且一般要求橋梁一孔跨過通航水域，后者面寬也在200 m以內(nèi)，可酌情水中設(shè)墩。因此上海內(nèi)河航道橋梁研究對象主要以跨徑80～150 m為主，兼顧少量150～250 m。

該跨徑范圍內(nèi)的主要橋型包括連續(xù)梁橋、系桿拱橋、鋼桁架橋、斜拉橋和自錨式懸索橋等。

連續(xù)梁橋的特點(diǎn)是工藝成熟、施工方便，主橋單價較低，結(jié)構(gòu)高度大、接線引橋長。

系桿拱橋一般為下承式布置，結(jié)構(gòu)高度低，拱肋形狀變化多端易創(chuàng)造出優(yōu)美造型，施工相對復(fù)雜且施工過程對通航有一定影響。

鋼桁架橋一般采用下承式布置，是結(jié)構(gòu)高度最小的橋型，景觀效果一般，施工影響與系桿拱橋類似。

斜拉橋外形優(yōu)美、跨越能力好，施工對航道影響小，整體造價較高。

自錨式懸索橋造型美觀，本地區(qū)較少采用從而容易創(chuàng)造出獨(dú)塔的橋梁景觀，但施工復(fù)雜、造價偏高。

3.2 橋型選擇控制因素

內(nèi)河航道橋梁的橋型選擇是一個科學(xué)決策的問題，需要結(jié)合各種橋型的特點(diǎn)與橋位特殊的條件進(jìn)行綜合分析。

3.2.1 航道特征

橋梁跨越的高等級航道按航道通航特征可以分為航道標(biāo)準(zhǔn)段、港區(qū)、停泊區(qū)等，相應(yīng)的通航要求示意見圖3。

航道標(biāo)準(zhǔn)段橋型選擇控制條件較少，可以優(yōu)先選擇連續(xù)梁橋、矮塔斜拉橋等梁底為曲線的橋型，充分利用支點(diǎn)附近不受通航凈空限制的高度來增加梁高，更加符合懸臂澆筑施工的受力特征。

圖3 航道特征與通航要求

港區(qū)、停泊區(qū)或碼頭影響時由于通航寬度增大，航道面寬一般也會加大，根據(jù)通航情況適宜采用梁底為直線的系桿拱橋、斜拉橋、自錨式懸索橋等橋型，以滿足整個梁底范圍通航凈高一致的要求。

3.2.2 周邊環(huán)境

周邊環(huán)境決定了跨航道橋梁是否可布置邊跨、允許的結(jié)構(gòu)高度等。

如周邊地形、建筑或道路有限制，可盡量采用無邊跨的橋型，以滿足道路線形布置需要并縮短主橋長度。如周邊橫向道路靠近航道且需要銜接是，應(yīng)盡量采用梁高較低的橋型結(jié)構(gòu)，縮短引橋長度，使道路與橫向道路平交，較少工程造價。

周邊環(huán)境受限時，常規(guī)連續(xù)梁橋通常不適用，而單跨布置、結(jié)構(gòu)高度低的系桿拱橋、鋼桁架橋則具有明顯優(yōu)勢。

3.2.3 交通要求

跨航道橋梁建設(shè)的規(guī)模原則上按照“拆一還一”確定，同時應(yīng)充分考量現(xiàn)狀和規(guī)劃的交通情況。

如果現(xiàn)在交通較大需要橋梁改建分幅實(shí)施，或者現(xiàn)在交通較小、橋梁改建需要分期實(shí)施時，沒有橋面以上構(gòu)件、方便分幅布置的連續(xù)梁橋?qū)⑹呛芎玫倪x擇。

3.2.4 景觀要求

對于航道交匯處、穿過城鎮(zhèn)中心地區(qū)等特殊情況的橋梁，往往具有較高的景觀要求，通常可采用造型豐富的系桿拱橋、斜拉橋或自錨式懸索橋。

位于郊區(qū)、無景觀要求的橋梁，則可選用常規(guī)的連續(xù)梁橋。

3.2.5 施工條件

跨航道橋梁的施工條件主要包括原有河道寬度、航道是否允許通航、是否有老橋墩可以利用、施工工期要求是否嚴(yán)格等方面。

連續(xù)梁橋和斜拉橋采用懸臂施工，特別適合施工期間航道不允許斷航的情形。

系桿拱橋、自錨式懸索橋如有老橋墩可供利用，則可在施工期間不降低原有通航能力的情況下，充分利用原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工。

如果工期要求嚴(yán)格，則以鋼結(jié)構(gòu)為主、可整體施工的系桿拱橋?qū)⒚黠@優(yōu)于現(xiàn)場澆筑為主的連續(xù)梁橋。

3.2.6 經(jīng)濟(jì)性

跨航道橋梁的經(jīng)濟(jì)性比較是以整座橋梁為基礎(chǔ)的，不僅僅是主橋部分，還需要結(jié)合不同橋型對應(yīng)的引橋長度、施工方案、交通影響等，通過詳細(xì)的全橋費(fèi)用測算才能得出合理的結(jié)論。

根據(jù)類似工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，跨航道橋梁經(jīng)濟(jì)性方面以連續(xù)梁橋和系桿拱橋最好，前者是由于主橋單價低、施工措施少，后者是因?yàn)橛行У臏p少了引橋規(guī)模。

3.3 橋型選擇方法及評價

以上根據(jù)不同的外部條件確定了橋型選擇的一般規(guī)律。但是跨航道橋梁通常不是某單一外部條件控制，往往受多個特殊條件共同限制，難以直接確定橋型方案。

一般情況下，可按圖4所示流程梳理建設(shè)條件，按上文所述原則排除明顯不適用橋型。建議引入“橋型方案適應(yīng)性”的概念，建立橋型方案適應(yīng)性評價體系并確定各指標(biāo)權(quán)重。以跨高等級航道橋型方案的“安全性、耐久性、適用性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性”為六大指標(biāo)，由建設(shè)和主管相關(guān)各方專業(yè)技術(shù)人員組成專家群進(jìn)行群體決策，最終確定合理的橋型方案。

圖4 橋型選擇一般流程

4 跨航道橋型選擇案例分析—以大蘆線二期為例

4.1 航道概述

大蘆線航道整治二期工程位于上海市東南部閔行區(qū)和浦東新區(qū)，呈東西走向，起于黃浦江，止于東海，航道全長36.1 km，按閘控Ⅲ級航道進(jìn)行整治，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)面寬102 m，通航凈寬79 m，設(shè)計最高通航水位3.20 m，通航凈高7 m。

航道西側(cè)從黃浦江至浦星公路橋以東為停泊區(qū)，規(guī)劃航道面寬約195 m；在浦江鎮(zhèn)規(guī)劃有浦江港區(qū)、宣橋鎮(zhèn)有現(xiàn)狀三墩港區(qū)，港區(qū)在標(biāo)準(zhǔn)段航道面寬基礎(chǔ)上拓寬15 m。停泊區(qū)和港區(qū)均要求整個航道范圍內(nèi)滿足7 m凈空。

在航道北側(cè)岸線附近有一條與航道平行的青草沙原水管南匯支線，距離駁岸很近，影響多座橋梁布設(shè)。

航道周邊區(qū)域路網(wǎng)密集，距離航道邊線100～300 m范圍內(nèi)，北側(cè)有閘航公路、新環(huán)南路、南側(cè)有豐南路、規(guī)劃南沙1號路等相交道路。

4.2 典型橋型選擇分析

4.2.1 浦星公路橋的比選

浦星公路橋位于大治河西閘口門區(qū)，航道設(shè)計面寬為195 m，為避讓老橋基礎(chǔ)及防汛通道，新建主橋主跨取230 m。

本橋適用橋型主要有下承式系桿拱橋、雙塔斜拉橋等。與雙塔斜拉橋相比較，下承式系桿拱橋?yàn)閱慰绾喼ЫY(jié)構(gòu)，主橋長度規(guī)模小，造價相對較低。此外，結(jié)合本橋特定條件，部份主跨位于航道尚未開挖的岸上，部份主跨位于水中但可充分利用老橋基礎(chǔ)作為臨時支撐，較適合采用先梁后拱法施工，從而對降低主橋造價起到了關(guān)鍵作用，且降低了施工難度與風(fēng)險。

浦星公路橋最終選用本地區(qū)最大跨徑的下承式鋼箱提籃拱橋，整體建筑造型優(yōu)美，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，對大蘆線二期沿線橋梁起到提綱挈領(lǐng)的作用，見圖5。

圖5 浦星公路橋效果圖

4.2.2 連續(xù)梁橋的應(yīng)用

以恒南路橋?yàn)槔?，這類橋梁位于航道標(biāo)準(zhǔn)段，接線道路豎向同時受航道、橫向道路、支流河等因素控制，經(jīng)過全橋造價比較，連續(xù)梁橋與系桿拱橋基本相當(dāng)，而連續(xù)梁工藝成熟、施工對航道影響小，后期維護(hù)方便，橋位處對景觀要求不高，故最終選用連續(xù)梁橋。

大蘆線二期類似的另外12座橋梁最終選用了連續(xù)梁橋（含鋼-混凝土混合梁），主跨97～125 m。其中6座為無規(guī)劃的鄉(xiāng)村道路橋，3座需分近遠(yuǎn)期或維持交通而分幅實(shí)施，3座為航道標(biāo)準(zhǔn)段主要從經(jīng)濟(jì)性選擇。

4.2.3 系桿拱橋的應(yīng)用

以新匯路橋?yàn)槔瑯蛭惶帪橐?guī)劃港區(qū)，航道全斷面需滿足通航，兩岸接線道路距離僅、需引橋盡快落地，最終選用了梁底為直線、結(jié)構(gòu)高度低的下承式系桿拱橋。

類似大蘆線二期共有另外3座位于港區(qū)的橋梁選擇系桿拱橋；2座位于古鎮(zhèn)或城鎮(zhèn)核心區(qū)的橋梁兼顧景觀造型選用系桿拱橋。

4.3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

從大蘆線二期跨航道主橋橋型選擇的過程可以看出，連續(xù)梁橋是主要橋型，尤其適用于跨徑適中、景觀要求不高、需要分期實(shí)施以及道路等級低等情況。系桿拱橋結(jié)構(gòu)高度低，適用于停泊區(qū)、港區(qū)等通航凈空大的航段，可減少引橋長度節(jié)約投資；當(dāng)有老橋墩可以作為臨時支撐時也可充分發(fā)揮先梁后拱施工的優(yōu)勢。系桿拱橋景觀效果較好，可適用于古鎮(zhèn)、中心鎮(zhèn)區(qū)等景觀要求較高的地方。斜拉橋、自錨式懸索橋等特殊橋型最終未被選用。

5 結(jié)語

上海在建設(shè)高等級航道網(wǎng)的過程中，有大量的跨航道橋梁需要建設(shè)，橋梁工程投資占整個航道建設(shè)投資的比重較大，研究并選擇經(jīng)濟(jì)合理的橋型方案顯得非常迫切。

不同橋型方案分別適用于一定的航道特征、周邊環(huán)境、交通要求、景觀要求、施工條件等控制因素。建議根據(jù)不同的建設(shè)條件，引入“橋型方案適應(yīng)性”的概念進(jìn)行群體決策確定合理的橋型方案。