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苏南运河整治十一座大桥的设计
管义军
【江苏省交通科学研究院 南京 210017】
内容摘要：本文全面论述了苏南运河整治11座大桥的改建情况，以及设计方案选择、结构设计、施工方案介绍等。采用了新结构、新工艺和新材料，桥梁受力合理、造型美观、施工方便、造价节省，确保了苏南运河整治工程的顺利进行，给苏南运河增添了新景色。
关键词：运河整治 桥梁改建 设计
1 概述
苏南运河起自与长江交汇的镇江市谏壁，讫于苏浙交界的鸭子坝，贯穿我省经济发达的苏、锡、常、镇四市，全长208km，沿线人口稠密、集镇密布、跨河桥梁众多。随着我省“八五”期间六大重点交通基础设施建设之一的苏南运河整治工程的开展，苏南运河将全线进行拓宽和疏浚，航道等级提高到四级，整治后可通行500t级的船队，而沿线现有的跨河桥梁大多为六、七十年代建造的上承式拱式结构，跨径小、净空低、标准差，已成为碍航桥梁，必须进行改建。
1993年，我所承担了苏南运河整治首批11座桥梁的改建设计任务，这些桥梁分布在沿线四个市段，属于严重碍航的桥梁。其中苏州段2座，无锡东段4座，常州东段3座，镇江段2座，内设4座人行桥，其余均为公路桥。
2 建设标准
航道等级：4级
通航净空：50×7m(矩形断面)
最高通航水位：苏州段4.4～4.5m
无锡段4.70m
常州段5.1～5.2m
镇江段7.0m(吴淞高程系)
桥梁净宽：净-(7～12)+2×(1～1.5)m
(公路桥) 净-5(人行桥)
设计荷载：汽-20，挂-100，
人群3.0kN/m2(公路桥)
人群3.0kN/m2(人行桥)
地震设计烈度：7度
3 方案选择
本次桥梁改建虽已经过初步设计阶段，但因时间间隔较长，现在的情况发生了许多变化，地方规划格局也有所改变，故本次施工图勘测和设计时，我们在初步设计及其审查意见的基础上，根据各桥位处的水文地质和地形地物等特点，充分听取上级主管部门和地方的意见，对其桥位、桥型和跨径等进行了进一步的比较、优化和调整，取消了初步设计中过多、过杂的桥型和跨径组合，设计、施工的周期和难度大为减小，有利于桥梁改建工程的顺利进行。
3.1 桥位选择
鉴于苏南运河桥梁大多位于人口稠密、房屋密布的市镇段，两侧道路已形成，各种市镇设施已具规模，故为了节省投资，不破坏市镇现有的街区现状和交通布局，方便群众出行，本次桥梁改建的桥位原则上一般利用老桥位，两侧接线利用原有老路。改建后的桥位轴线首先尽量保证与规划航道中心线正交，当受两端接线或地形地物限制时，斜交角则保持在5°以内，否则设计时必须扩大通航孔跨径或斜桥斜做。对于老桥位于港区、航道支叉或航道弯道处的桥梁，尽可能另择新桥位进行改建，当条件不允许时，对其通航孔跨径和桥型则应另作论证。另外，桥位选择时还充分听取了地方意见，当地方交通或市政等部门有与此相配套的规划时，则可将桥位适当移动以与规划道路相接。为了利用老桥作施工时的便桥，当两端接线等条件许可时，尽量在老桥旁建新桥，建完新桥后再拆除老桥。
3.2 桥型选择
根据以上所述苏南运河桥梁改建的特点，因初步设计概算控制较紧，漏项较多，故桥梁方案的选择首先应保证造价节省，不突破概算金额。考虑到大多数桥梁两侧人口、房屋密集，原有老桥纵坡一般均在4%～5.5%之间，许多桥梁桥头两则即为交叉道或小半径弯道，沪宁铁路与其平行，最近处仅有100m，故为了有效地缩短桥梁和接线长度，减少拆迁和对老路的废弃以及对周围环境的影响，节省投资，本次改建的桥梁以采用低建筑高度的下承式体系为主。对于城郊地形开阔处、两端接线不受限制或等级公路上的桥梁，为了提高行车舒适性并与周围环境相协调，同时也便于将来桥梁的拓宽，采用结构刚度大、跨越能力强的连续梁形式。
本次改建的桥梁主桥共采用了预应力系杆拱、中承式拱、斜拉桁架T构(带挂孔)、斜拉桁架连续梁和预应力连续梁等5种结构形式。其中系杆拱用于房屋密集的市镇段，中承式拱用于地质条件较好、地形和河床陡峭的地段，斜拉桁架T构用于人行桥，斜拉桁架连续梁用于河面较宽、两端接线相对开阔的地段，连续梁则用于等级公路和地形开阔处。引桥采用钢筋混凝土T型梁(见图1～5)。
图3 斜拉桁架T构
图5 连续梁
表1
市
段 序
号 桥名 类型 桥宽
(m) 桥位 布 跨
(m) 桥梁
全长
(m) 结 构 型 式 接线长
(m) 接线及桥上纵坡
上 部 下 部
主 桥 引 桥 墩 台 基础
苏
州
段 1 兴贤桥 公路桥 净-7+
2×1.75 原桥
位旁 3×20+(42+60
+42)+3×20 270.36 预应力
连续梁 钢筋混凝土
T型梁 薄
壁
式 肋
板
式 灌注桩 478.79 3.5%
2 望亭桥 人行桥 净-5+
2×0.25 原桥
位 256+60+25 111.64 斜拉桁
架T构 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 柱
式 灌注桩 79.2 1:6
踏步
无
锡
东
段 3 高 桥 公路桥 净-9+
2×1.25 原桥
位 3×20+
70+3×20 195.74 预应力
系杆拱 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 框
架
式 灌注桩 534.26 3.5%
4 新虹桥 公路桥 净-9+
2×1.25 原桥
位 3×20+60
+4×20 211.84 预应力
系杆拱 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 重
力
式 灌注桩扩大基础 817.49 3.0%
5 新安南桥 人行桥 净-5+
2×0.25 原桥
位 25+60+25 111.64 斜拉桁
架T构 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 柱
式 灌注桩 55 1:4
踏步
6 硕放桥 公路桥 净-7+
2×1.25 原桥
位旁 25+(45+70
+45)+20 200.68 斜拉桁架
连续梁 钢筋混凝土
T型梁 V形
柱
式 柱
式 灌注桩 1399.32 3.5%
常
州
东
段 7 横林桥 公路桥 净-9+
2×1.25 原桥
位 3×20
+60+20 156.54 预应力
系杆拱 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 重
力
式 桩基扩大基础 482.22 3.5%
8 横林东桥 人行桥 净-5+
2×0.25 原桥
位 25+60+25 111.64 斜拉桁
架T构 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 柱
式 灌注桩 21.0 1:3
踏步
9 工农桥 人行桥 净-5+
2×0.25 东移
50m 25+60+25 111.64 斜拉桁
架T构 钢筋混凝土
T型梁 柱
式 柱
式 灌注桩 62.6 1:4
踏步
镇
江
段 10 人民桥 公路桥 净-12+
2×1.75 新桥
位 3×20+70
+2×20 153.10 中承
式拱 钢筋混凝土
T型梁 实
体
式 柱
式 灌注桩 346.9 3.5%
11 辛丰桥 公路桥 净-7+
2×1.75 新桥
位 3×20+
70+20 149.82 中承
式拱 钢筋混凝土
T型梁 实
体
式 重
力
式 灌注桩扩大基础 1184.66 3.5%
3.3 跨径选择
由于苏南航道大多采用单边拓浚的方式，航道整治后驳岸段标准口宽为60m，根据航道主持设计单位的有关技术要求和初步设计文件，通航孔主墩不占用整治后的航道水域，并尽量考虑到老航道的临时通航和桥梁布孔的协调、美观，主桥跨径采用60和70m二种形式，主跨对称于规划航道中心线布置。对于引桥，采用20m跨径。
各桥的结构型式和设计要点见表1。
4 结构设计
本次桥型的采用基本囊括了中等跨径下常见的几种桥梁形式，其中斜拉桁架首次在我省采用，而斜拉桁架连续梁不仅具有连续梁结构刚度大、行车舒适的特点，更具有桁架梁圬工体积小、自重轻的长处，同时还具有斜拉桥的某些特性，受力合理，建筑高度低，是一种很有前途的桥型。设计中力求经济、合理、美观和施工方便，做到受力明确、施工方便、技术成熟、造价节省。对于新桥型、新结构和新工艺，组织设计组进行研究和攻关，解决了一个个技术难题，推进了桥梁设计技术的发展。
4.1 上部结构
4.1.1 系杆拱
跨径60～70m，拱高12～14m，矢跨比为1/5，拱肋和纵梁均采用箱形断面，宽均为1m，壁厚0.18～0.22m，拱肋高1.2～1.5m，纵梁高1.2～1.4m。端横梁为箱形，箱宽0.8m，壁厚0.2m，中横梁采用矩形，肋厚0.18m，吊杆间距5m。纵梁内采用j15.24高强钢绞线，吊杆内采用高强钢绞线或粗钢筋。
4.1.2 中承式拱
跨径70m，拱高14m，矢跨为1/5，拱肋采用箱形断面，高1.5m、宽1.3m、壁厚0.25m，横梁为马蹄型，高1.2m、上肋厚0.2m、下肋厚0.6m。吊杆采用粗钢筋，立柱为钢筋混凝土柱式结构，间距为5m。
4.1.3 斜拉桁架T构
主跨60m，边跨25m，用于人行桥，桥头两侧设人行踏步，塔、梁、墩三者固结，中孔设12m挂梁，挂梁采用T形截面，高1m，肋厚0.4m，塔高8m，截面为1.6×0.8m矩形，下弦杆(纵梁)采用T形，高1m、翼板宽0.8m、厚0.2m、肋板厚0.4m，上弦杆和腹杆均为矩形断面，尺寸为0.5×0.3m和0.4×0.3m。
4.1.4 斜拉桁架连续梁
跨径70m，塔、梁固接，墩、梁间设盆式支座，塔高12m，截面为1.6×1m的矩形，下弦杆(纵梁)为连续结构，采用箱形截面，高1.2m、宽1.0m、壁厚0.2m，上弦杆和腹杆均为矩形断面，尺寸为0.7×0.36m和0.48×0.32m。
4.1.5 变截面连续梁
主跨60m，边跨42m，中支点处梁高3.2m，跨中梁高1.6m，采用单箱截面，底宽6m，顶板厚0.26m，腹板厚0.32m，底板厚0.18～0.34m，采用单向预应力体系、高强钢绞线、大吨位群锚。
4.1.6 引桥
T梁梁高1.3m，翼板宽1.6m，腹板厚0.18m。
4.2 下部构造
连续梁主墩采用薄壁式，中承式拱采用实体墩、柱式立柱，其余桥型均采用柱式桥墩，承台采用低桩承台，厚1.8～2.2m，墩基础均为钻孔灌注桩形式，桩径1.2～1.4m，桥台优先采用重力式扩大基础。
5 施工方案
由于苏南运河航道运输繁忙，船队来往不断，因此施工时不得断航，并要尽量减小对现有航道的影响。因新桥大多在原桥位进行改建，故确定施工方案时，首先考虑利用老桥作支架进行浇筑或拼装。对于在原桥位旁改建的桥梁，则利用老桥作为施工便桥。
系杆拱采用纵梁搭少量支架或利用老桥现浇，拱肋分段预制吊装。中承式拱拱脚段现浇，其余拱段采用预制拼装，无需搭设支架。斜拉桁架主塔和第一单元现浇，其余以此为基础单元，逐一进行悬臂预制拼装，仅需少量支架。连续梁则采用悬臂浇筑法进行施工，技术成熟，对航道没有影响。
6 综合比较
全桥工程量比较表(不含接线) 表2
序
号 桥 名 上 部 构 造 下部构造 全桥综合指标
混凝土
(m3) 普通
钢筋
(t) 预应
力筋
(t) 混凝土
(m3) 普通
钢筋
(t) 圬工
(m3/m2) 普通钢材
(kg/m2) 预应力
钢材
(kg/m2)
1 兴贤桥 1683.3 228.1 45.5 2980.2 119.6 1.6 122.5 16.0
2 望亭桥 461.9 71.0 9.7 1029.2 26.2 2.4 158.3 15.8
3 高 桥 1059.8 234.1 26.8 1215.4 53.1 1.0 127.6 11.9
4 新虹桥 1055.9 219.5 11.7 1613.5 34.9 1.1 104.4 4.8
5 新安南桥 461.9 71.0 9.7 1029.2 26.2 2.4 158.3 15.8
6 硕放桥 1050.3 200.9 30.4 1372.3 41.1 1.3 126.9 15.9
7 横林桥 742.1 162.1 11.9 1475.3 50.1 1.2 117.9 6.6
8 横林东桥 461.9 71.0 9.7 1002.2 25.6 2.4 157.3 15.8
9 工农桥 461.9 71.0 9.7 990.5 24.9 2.4 157.3 15.8
10 人民桥 1274.6 249.0 4.2 2056.0 60.7 1.4 130.5 1.8
11 辛丰桥 711.5 165.9 5.0 1793.4 27.0 1.6 122.6 3.2
各桥工程量及综合指标见表2。从表2可知，连续梁的圬工量和预应力筋用量较大，综合用材较多；系杆拱圬工量较小，但需搭设一定的施工支架；斜拉桁架和中承式拱与系杆拱的工程量接近；中承式拱预应力筋用量最省。斜拉桁架人行桥因没有引桥，且桥宽较窄，故全桥的综合用材较大。
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