西安至铜川高速公路跨渭河特大桥设计方案研究.doc

西安至铜川高速公路跨渭河特大桥设计方案研究西安至铜川高速公路跨渭河特大桥设计方案研究晁俊儒(陕西省高速公路建设集团公司,陕西西安710061)摘要:渭河西安河段现有桥梁密集,而西安至铜川高速公路必须由此跨过渭河.大桥建设时,要综合考虑经济开发,城市规划,文物保护,军事用地,河道防洪等的要求,确定合理的线路走向,取得河道管理部门的认可,并指明方案优化的方向.建设新桥时将引起桥群阻水严重,此时除了尽可能增大新桥的跨度外,还采取了对老桥进行大跨度改造的方法,减少桥群效应对河道防洪的影响.在进行壅水影响范围内防洪补偿工程的专项设计并得到河道主管部门批准后,该桥下部涉水工程施工已全部完成.关键词:西安至铜川高速公路;渭河特大桥;方案优化;桥群阻水;壅水高度中图分类号:u44文献标识码:B新渭河桥由陕西省公路勘察设计院设计,在梁村塬跨越渭河,大桥跨渭河南岸桩号为l8+486,河堤范围内桥长为1230m,桥梁高度34.250.9m,桥面高程401.39-414.48m(黄海高程),南岸低北岸高,桥梁宽度为41m,横坡为2%.新桥位上游7000m处为西安咸阳国际机场专用高速公路桥;上游540m为西铜一级公路草滩渭河特大桥(南岸占用了70m河滩地),两桥北岸高坎处相距600m,南岸堤防处相距480m;本桥在河道内与西安铁路北环线三郎村特大桥立交,两桥交角73.3.,北岸高坎处本桥在铁路桥下游约140m,在铁路桥北起第23#桥墩之间横空跨越,南岸堤防处本桥在铁路桥上游约1600m;再向下距本桥位1760m处为天然气管道桥;距离高陵渭河特大桥3090m.1初始设计方案及对渭河防洪的影响2009年2月陕西省公路勘察设计院提出的设计方案是:桥梁跨径为40m箱梁和90m连续刚构,两者连接处的跨径为50m,从南岸堤防起各跨长度为:170m(跨大堤)+1x50m+1140m+150m+790m+150m(过高坎),简称为主跨径790m方案.2009年2月陕西水环境工程勘测设计研究院按水文规范进行了桥位上游2100m,下游1100m的局部范围断面加密测量,每隔2OOm测量一个大断面,共17个断面.黄河勘测规划设计有限公司建立了桥梁影响范围内的沿水深方向平均的平面二维水流数学模型,以地理信息系统(GIS)为工具,采用空间插值方法,生成计算区域范围内连续的高程曲面,然后按照模型剖分的计算网格,从生成的高程曲面上读取到每个网格点的高程值供模型使用,然后进行不同方案的数值计算.采用该方案进行防洪评价的结果是:桥墩壅水会造成堤防及河道整治工程的防洪标准降低;最大流速和局部河道横比降增大会冲击堤防;部分桥墩在堤身范围内;有个别桥墩占用坝垛和连坝路.特别是在P=0.33%桥群壅水高度为0.78m,壅水曲线长2600m,对防洪影响大,黄河河道管理部门不同意该方案.2跨渭河桥线路的选择方案与制约因素根据防洪评价成果,此桥修建后,在河道内与铁路桥立交,与上游西铜一级公路草滩桥中心线相距仅540m,桥群影响将造成壅水严重,横比降增大,流速分布呈锯齿形而最大流速增大不利防洪,新桥有4个桥墩在堤肩或坝垛上等.河道管理部门有关专家建议对设计方案进行修改,总共提出了5个方案:一是另行选择路线线路及桥址;二是在原西铜一级公路草滩渭河大桥上拆除老桥建新桥;三是在新选定的线位上建新桥方案,但要拆除西铜一级公路渭河大桥;四是对原西铜一级公路渭河大桥两侧加宽;五是对新桥跨越铁路北环线桥梁跨径进行优化,增大跨径,对西铜一级公路草滩桥实行大跨径改造.跨渭河桥线路选择方案的制约因素有:一是新建高速公路须与西安绕城高速公路连接,可能的连接点有东,中,西3个.东节点可选杏园立交,西节点可选朱宏路立交,中节点为吕小寨立交.其中吕小寨立交是西安市的传统北出口,也是包茂高速公路与西安市城市道路的历史接入点,西安市在城市规划中预留了包茂高速公路的改扩建走廊.东节点向北为西安,?产灞工业园和欧亚论坛会议建设区,线路无法通过.西节点向北是西安咸阳国际机作者简介:晁俊儒(1972一),男,陕西扶风人,政工师,主要从事高速公路工程建设管理.2Ol1年10期(总第82期)63场专用线,胃河电厂及汉阳陵保护区,无法布设高速公路线位.因此,线路走廊带具有惟一性.二是郑西客运专线建设时为西铜公路改扩建预留2孔90m下穿通道,高速公线路位须从该预留通道内通过.三是若线路向西布线,穿越华山分厂,向北跨过渭河和电厂路,下穿铁路北环线,经过国家重点文物保护区汉阳陵,在泾河附近与现有西铜路拼接.该方案在调查过程中与华山机械厂炮弹试验场联系,为军事禁区,不允许线路通过.在与汉阳陵博物馆联系过程中,现有西铜路西侧均为汉阳陵文物保护区,博物馆亦不允许线路通过.四是线路以东为西安市高陵泾渭开发区,区内有上百家招商引资企业,从减少拆迁,尽可能与铁路北环线靠岸相交的角度考虑,线位应尽可能靠西.五是国家发改委,交通运输部将西铜公路列人瓶颈路段,要求放弃原规划的原西铜公路改扩建方案,另行建设西安至延安高速公路第二通道,跨渭河由在原西铜公路两侧加宽调整为新建一处渭河大桥.总之,只有方案五(新桥增大跨径,老桥改造)具备实施的可能性,经与河道管理部门专家协商,获得了认同,并指明了方案优化的方向.3优化设计方案及对渭河防洪的影响2009年lO月的优化设计方案,将从南岸堤防起各跨长度为:58m(跨大堤)+36m+32m+5X40m+68.8m+890m+165m(过高坎),同时对老桥进行大跨度改造.该设计方案比初始方案相比有如下优化:(1)在河道内与铁路桥立交的地方,设置了165m大跨,同时往南增加了一个90m的大跨,使渭河河道主槽摆动范围内跨度都在50m以上,连坝路上不设置桥墩,满足黄河跨河越堤桥梁建设若干问题座谈会纪要和黄河河道管理范围内建设项目技术审查标准(试行)的要求;(2)跨大堤处增设了58m的一孑L跨度,使渭河大堤上不设置桥墩,距堤防最近的桥墩距离堤脚线3m以上,满足堤防工程管理设计规范和黄河河道管理范围内建设项目技术审查标准(试行)的规定,并采用了防渗措施;(3)将上游540m现有西铜一级公路草滩桥进行大跨度改造.在新桥建成后,在原址上将老桥改建,初步确定改建方案为主跨度为5孔178m的下乘钢管拱桥,滩地孔跨50m,南岸滩地扩孑L为全桥跨越,满足黄河河道管理范围内建设项目技术审查标准(试行)规定的要求.经复核,桥梁下弦高程满足防洪,铁路桥立交处642011年10期(总第82期)净空,通航等的要求;桥墩布设满足河道管理范围内孔跨和跨越堤防要求.采用平面二维水流数学模型优化设计方案进行计算,表明新桥新方案+老桥改造后,老桥的壅水和导流作用明显减小,桥位前1400600m流速比现状+新桥情况明显增加;新桥前流向与无桥时比较接近,而南岸近岸边流速有所增加,这是由于扩孔的缘故;过桥时主流与新桥夹角较大,仍顶冲河道北岸高坎,然后受到地形,新桥和铁路桥的共同作用,向南偏转,特别是与新桥轴线处相交处,北边流向基本与桥轴线方向垂直,流速很大,对河道整治工程顶冲作用降低.而南面变化不大,流速较小;在桥位处断面后的400830m处,水流动力轴线仍在中间;此后与现状+新桥情况类似,主流仍分两股,流速较大处距离北岸较近.计算结果表明,该方案下桥群壅水比初始设计方案大幅度下降,最大壅水高度由0.78m降至0.59m,而新桥建设前现状两座桥(现有西铜一级公路草滩桥和铁路桥)的壅水高度也达到0.56m,也就是说,该方案下桥群壅水仅仅比现状高0.03m,因此,老桥改造是减小新桥建设对本河段防洪和河势变化不利影响的有效措施.大桥建设部门委托了具有相应资质的设计单位,进行壅水影响范围内堤防加高,岸坡防护,河道整治工程加高加固等防洪补偿工程的专项设计,设计方案上报河道主管部门审批,相应投资由大桥建设单位承担.至2010年4月,该桥建设获得了河道主管部门颁发的黄河流域河道管理范围内建设项目审查同意书和施工许可证,到2010年8月底,桥梁下部涉水工程施工已全部完成.4结论(1)西铜高速公路跨?胃河大桥建设时,要综合考虑经济开发,城市规划,文物保护,军事用地,河道防洪等的要求,确定合理的线路走向.(2)在城市河段,若既有桥梁比较密集,建设新桥时将引起桥群阻水严重,此时除了尽可能增大新桥的跨度外,还要采取拆除老桥或者对老桥进行大跨度改造等方法,减少桥群效应对