张信鹏
河北省交通规划设计研究院有限公司
摘 要：以京德高速文安洼特大桥项目为基础，从总体设计、预制T梁结构方案比选及跨河段桥梁设计等方面进行分析和论述，总结了特大桥的设计要点，为类似特大桥的设计提供了技术参考。
关键词：特大桥;总体设计;结构比选;设计要点;
1 工程概述
北京新机场至德州高速公路京冀界至津石高速段是《河北雄安新区规划纲要》中“四纵三横”区域高速公路网的重要组成部分，是雄安新区使用北京大兴国际机场最主要的高速公路，是雄安新区与冀东南、鲁西之间的重要联系通道[1]，是实现新区60min到北京、天津，90min到石家庄目标的重要支撑。项目途经固安东、永清西、霸州东、文安西、任丘东，路线全长87.256km。
京德高速文安洼特大桥位于廊坊市文安县境内，主要是为跨越赵王新河、文安洼蓄滞洪区设置。赵王新河是白洋淀枣林庄枢纽至东淀的行洪河道，全长约42km。文安洼蓄滞洪区位于海河流域大清河下游，是海河流域河北八大洼淀之一。
京德高速路线总体为南北走向桥的类型，位于大广高速公路以东，京台高速公路以西的走廊带内。本项目范围内赵王新河、文安洼蓄滞洪区大致为东西走向，因此京德高速跨越赵王新河、文安洼蓄滞洪区不可避免。为满足防洪要求，结合防洪评价意见，自赵王新河北大堤至大留镇停车区设置文安洼特大桥，桥梁全长21.607km，为目前河北省内最长的公路桥梁。
2 总体设计2.1 特大桥设置原则
特大桥总体设计需要考虑更多的因素，主要体现在如下几点:
(1)必要性论证，特大桥设置会使整个项目的造价大大提高，因此特大桥设置的必要性和起终点研究尤其重要。
图1 文安洼特大桥主桥图 下载原图
(2)总体设计时充分考虑特大桥与地形、地貌及平纵面线形的协调，在布设路线线位及桥梁时，桥、路综合考虑[2];充分考虑河流、河堤、被交路、互通等交叉因素，优先满足控制点的跨径布置。
(3)桥梁结构型式选择时应综合本地区的自然条件、材料来源、施工条件等因素，结合桥梁规模、路线平纵线型、桥梁使用功能特点，可优先采用标准跨径、集中预制，尽量做到标准化，以保证工程质量，加快建设速度，降低工程造价。
(4)特大桥制约因素较多，进行细部设计时综合考虑防洪要求、通航要求及环评要求等。
2.2 技术标准
设计速度:120km/h。
汽车荷载:公路-Ⅰ级。
设计洪水频率:特大桥1/300。
地震动峰值加速度:0.15g。
环境类别:Ⅱ类环境。
桥梁设计基准期:100年。
桥梁宽度:34.5m=(0.525m防撞护栏+15.725m净宽+0.525m防撞护栏)+0.95m+(0.525m防撞护栏+15.725m净宽+0.525m防撞护栏)。
2.3 跨径布置
文安洼特大桥跨越主要河流有赵王新河、小白河，跨越主要被交路有台王线、世纪大道、保靖线、兴祖线。其中跨越赵王新河主河槽采用(50+80+80+50) m变截面现浇箱梁，赵王新河两侧大堤采用(40+60+40) m变截面现浇箱梁，跨越小白河、兴祖线位置两侧设置90°至70°斜转正现浇箱梁，互通内主线变宽段桥梁采用现浇箱梁，其余桥梁结构根据布置情况采用25m、30m、35m、40m预制T梁交错布置。
全桥跨径布置情况如下:{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。其中跨赵王新河主河槽及两侧大堤段跨径为[(40+60+40)+3×40+(50+80+80+50)+3×40+(40+60+40)]m、文安北互通段跨径为[6×30+3×35+4×30+(29+30+29)+3×35+3×40+3×35+12×30]m、跨小白河段跨径为[4×30+3×40+4×30]m、文安西互通段跨径为[8×30+4×35+8×30+(30+35+30)+3×40+(30+33+33+30)+3×35+9×30]m、跨兴祖线段跨径为[4×28+3×40+4×32]m。
3 预制T梁上、下部结构比选
本特大桥桥梁规模较大，多次跨越河流、地方道路等，跨径布置选择时需综合考虑各种因素，因此采用25m、30m、35m、40m预制T梁及现浇箱梁等结构交错布置，使桥梁布置得更加合理。
文安洼特大桥主要采用预制结构，预应力混凝土T梁，全桥预制T梁共计9076片，其中25m T梁98片，30m T梁8507片，35m T梁132片，40m T梁339片，有效地节约工期、保证质量。
3.1 上部结构综合比选
结合本地区特点，跨径按25m、30m和35m对预制小箱梁、预制T梁进行综合比选。
表1 上部结构综合对比表 下载原图
(1)预制小箱梁和预制T梁对比
本桥在经济性上，小箱梁比同等跨径的T梁经济;在使用性能上，本桥位于蓄滞洪区，对桥梁受净空限制较小，对建筑高度要求低;在施工控制上，从施工质量、进度、运输、吊装、张拉等方面考虑，T梁均优于小箱梁，尤其是施工进度和施工质量上。在运营期养护上，T梁养护成本相对低，易于养护。通过小箱梁与T梁综合比较，同时考虑到本桥梁为雄安新区项目，质量要求高，施工工期较短等综合因素，本桥采用预制T梁方案。
(2) 25m、30m和35m预制T梁对比
本桥梁处于文安洼蓄滞洪区，根据防洪评价单位意见，处于主要河流及分洪道、蓄滞洪区的桥梁跨径宜在30m跨径以上;经济指标35m最大，30m与25m比较接近;同时考虑满足跨越地方道路及规划道路的要求，本桥梁主要采用30m跨径。
图2 预制T梁标准横断面图(单位:cm) 下载原图
3.2 下部构造比选
本桥位于平原区，下部结构地质情况相近，因此对本桥采用三柱墩和两柱墩进行比选，本桥30m T梁占总预制梁片数的93.7%，本文仅对上部结构为30m T梁进行比选分析，详见表2。
表2 30m T梁下部结构对比表 下载原图
通过对比，三柱墩工程量较小，造价较低桥的类型，施工简单快捷，因此本桥下部结构采用三柱墩桥梁方案。
4 跨赵王新河桥梁设计关键要点
京德高速跨越赵王新河段，赵王新河底宽400～530m，左右堤间距约630m，设计流量2700m3/s。依据《河北雄安新区规划纲要》批复精神，恢复淀泊水动力过程，加强新区与天津港、黄骅港交通联系，畅通新区出海通道，计划修建保津航线。赵王新河为计划保津航线的主要部分，文安洼特大桥跨越赵王新河段考虑通航要求，为Ⅲ级航道，单向航道主槽顶宽55m，设计最低通航水深3.2m，净高10m。结合通航要求及景观设计，跨越赵王新河部分采用[(40+60+40)+3×40+(50+80+80+50)+3×40+(40+60+40)]m桥梁跨径。跨越赵王新河主河槽采用(50+80+80+50) m变截面现浇箱梁，跨越两侧大堤采用(40+60+40) m变截面现浇箱梁。
4.1 跨河桥梁净空确定
跨赵王新河桥梁的净空设计主要受制于两方面，一是要满足防洪要求，二是要满足通航要求。设计防洪标准为300年一遇，满足防洪要求允许最小梁底高程9.92m，跨越赵王新河段桥梁设计梁底高程为14.2～20.1m，大于允许最小梁底高程9.92m，满足防洪要求。
赵王新河为Ⅲ级航道，最高设计通航水位按20年一遇洪水位确定，最小净空为10m。20年一遇洪水时赵王新河跨越位置水位为7.72m，满足通航要求。允许最小梁底高程为17.72m，通航段桥梁设计梁底高程为18.8～20.1m，大于允许最小梁底高程17.72m，满足通航要求。
4.2 堤顶路净空的确定
由于桥梁跨越位置两堤堤防外侧村民傍堤填土进行建设，左堤宽度达50m，右堤宽度达61m，桥梁跨越按照有效堤防断面进行控制。为减小桥梁建设对堤身安全的影响，结合防洪评价，赵王新河特大桥跨越左、右两堤堤防采用一跨跨越方式，左、右两堤跨径60m。跨越左堤位置桥墩距离外坡脚1m，距离内坡脚11.8m;跨越右堤位置桥墩距离外坡脚0.5m，距离内坡脚9.4m，桥墩均未布置在堤身断面内，桥梁建设对堤身安全影响较小。
考虑行洪期间能够保证堤顶防汛车辆的正常通行，桥梁梁底高程按照规划堤顶路加4.5m净空考虑，跨越赵王新河左、右堤位置桥梁设计梁底高程为15.6～16.1m，现状堤顶高程8.9～9.1m，规划堤顶高程9.72m，梁底距离规划堤顶5.8～5.9m，即大于4.5m净空，能够保证堤顶防汛车辆的正常通行。
4.3 跨河主桥结构设计
桥梁上部结构为(50+80+80+50) m预应力混凝土连续箱梁，主桥长260m，设计角度90°，由单箱单室箱形断面组成。箱梁根部高度4.8m，跨中梁高2.3m，其间梁高按2.0次抛物线变化。箱梁顶板宽16.775m，底板宽8.775m，顶板厚0.3m，底板厚由跨中0.32m按2.0次抛物线变化至根部0.75m，腹板分别为0.7m、0.9m。桥梁箱梁除墩顶0/1号块件外，各单“T”箱梁均采用挂篮悬臂浇筑法施工，分9对梁段，即5×4.0m+4×3.5m进行对称悬臂浇筑。桥墩墩顶块长6.5m，中孔合龙段长2.0m，边孔现浇段长8.8m，边孔合龙段长2.0m。桥墩采用实心墩，过渡墩横桥向宽9m，顺桥向厚2m，主墩横桥向宽10m，顺桥向厚3.5m。
4.4 桥面排水设计
结合环境影响报告，考虑跨越赵王新河处桥梁发生危险化学品泄露可能会对赵王新河水质及湿地生态系统产生不利影响，设计时在跨赵王新河段落设置桥面径流水收集系统，并在赵王新河南北堤外侧合适位置设置事故池，统一通过集中排水系统将桥面污水(雨水)引至两侧事故池，避免桥面径流水以及风险事故下的污水直接排入水体，确保水质安全。
赵王新河主桥中间处为本段落纵段最高点，采用泄水管收集桥面排水后汇入纵向PVC集水管，然后通过纵向PVC集水管从赵王新河主桥中间向两侧排水，纵向PVC集水管在堤坝路外侧桥墩处延伸至地面，汇入事故池中。
5 总结
以京德高速文安洼特大桥为工程实例，从总体设计，预制结构方案比选，跨河段桥梁设计要点等方面分析和论述，可以得出以下结论:
(1)特大桥的总体设计应充分考虑跨河、跨堤、跨路及其他交叉控制点之间的相互关系及协调情况。
(2)较长的特大桥由于工程量较大，上部结构的方案比选尤其重要，工程质量、工期、造价等因素对工程影响较大，宜综合考虑。
(3)对于跨域重要河流的主桥，设计时除了重视桥梁结构设计外，还应综合考虑防洪要求、通航要求及环评要求等。
参考文献
[1] 严华．高速公路跨越南水北调立体交叉设计要点[J]．北方交通，2020(10):55-58+62.
[2] 邵旭东．桥梁工程[M]. 4版．北京:人民交通出版社，2016.
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