徐州金马大桥建设工程设计方案研究
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摘要：介绍徐州市金马大桥建设必要性，沿线影响因素，建设标准，重点介绍了桥梁方案，包括桥梁设计标准，桥梁长度确定因素，主桥跨径选择，主桥桥型结构选择，引桥桥型结构选择，三个桥型方案论证与比选。
关键词：金马大桥;桥梁方案;影响因素;建设标准;桥梁方案; 论证;比选
Abstract: This paper introduces the construction of Xuzhou city, the golden horse bridge necessity, along the influence factors, construction standard, focusing on the bridge solutions, including bridge design standards, bridge length determined factors, the main span selection, the main bridge structure selection, the approach bridge structure selection, three bridge scheme comparison and than the election.
Key Words: Golden horse bridge; Bridge project; Influencing factors; Construction standards; Bridge project; Argument; Election
1、建设的必要性
徐州市鼓楼区北部、西部受九里山、东部受京沪铁路、南部受市中心区等地形、地物的制约，道路网多呈南北向放射状，东西向道路长期不足。在此广大区域内，目前仅有二环北路和三环北路贯通整个北部城区，其它道路不仅等级较低，且多为断头路。近年来，随着城市建设的重点向北区转移，多个居民小区和物流园区等如雨后春笋般的拔地而起，有力带动了北区的迅猛发展，同时也凸显了道路等基础设施的不足。
本项目为徐州城市总体规划中规划的城市主干道——金马路的一部分，西起殷庄路，东接三环东路，中间跨越京沪铁路徐州编组站。项目建成后将连同已建成的金马路和经济开发区园区主干道一起，构成连接东西、贯通整个北部城区中间地带的主干道。
2、沿线项目建设影响因素
2.1本项目起自殷庄路与金马路交叉处，沿荆马河南岸向东，跨过复兴北路、徐州铁路编组站、徐州钢铁厂，止于东三环与金桥路交叉处，路线全长约2.58km。
2.2殷庄路西侧金马路的横断面总宽40m：21m机动车道+2×3m侧分带+2×3.5m非机动车道+2×3m人行道;殷庄路东侧金马路的横断面总宽20m：12m机动车道+2×4m人行道;复兴北路的横断面总宽40m：16m机动车道+2×3m侧分带+2×5m非机动车道+2×4m人行道;东三环东侧的金桥路的横断面总宽36m：30m宽机动车道+2×3m人行道。
2.3荆马河为徐州市北区的主要排洪沟，顶宽约20m，深约4m。
2.4京沪铁路徐州编组站为全国第二大铁路编组站，西侧上行编组场有30股铁路，东侧上行编组场有35股，东西两外侧为京沪线电气化铁路。两个编组场之间是路面宽5m、路基宽10.5m的水泥路。
2.5编组站以东是徐州钢铁厂，荆马河从徐钢厂中间穿过，河流南北两侧各40m的范围内建筑物较少，有三条厂内铁路线、一条厂内公路跨荆马河。
3、建设标准
根据《徐州市总体城市规划》，金马路为城市主干道，红线宽度40m。
本项目路基部分的标准横断面采用殷庄路以西相同的横断面尺寸：21m机动车道+2×3m侧分带+2×3.5m非机动车道+2×3m人行道;桥梁标准横断面尺寸按照保证21m机动车道宽度，减少非机动车道和人行道宽度，取消侧分带的原则设计，桥梁全宽28m。
在平面线形设计上，首先尽量保证主桥位于直线段，方便主桥的设计、施工。路线与铁路编组站的交角尽可能大，这样就会缩小主桥的跨径，降低工程造价。路线尽量避开淮东家具城、徐州电务段，否则拆迁数量大，或影响铁路运输。
纵面设计上，首先要满足铁路编组站和京沪铁路主线的净空要求。其次，为了不把徐州钢铁厂一分为二，采用桥梁方案跨过徐钢厂。考虑非机动车辆行驶，路线最大纵坡按3%考虑。
4、桥梁方案
4.1桥梁设计标准
①桥梁设计荷载标准：公路-Ⅰ级;
②桥梁宽度：桥梁总宽28m，横断面布置：机动车双向六车道23m+防撞墙、锚索区2×1.0m+人行道宽2×1.5m。
③桥面最大纵坡：3%;
④净空高度：复兴北路、徐钢厂门前公路净高5m;铁路正线、站线8.5m，其他线6.75m。
4.2桥梁设计
根据路线所在地区的地形、地貌、地质、河流水文特点;满足徐州铁路编组站和徐州钢铁厂的要求，尽量减少对编组站及徐钢厂的不利影响;桥梁位于徐州市区，桥梁规模大，桥梁的景观要求高。结合以上特点，桥涵设计以安全、经济、适用、美观、方便施工等为原则，选择经济合理的跨越型式。
(1)桥梁长度确定因素
①徐州铁路编组站为国内第二大铁路编组站，路线与铁路编组站轴线夹角为70°，沿路线方向铁路编组站宽450m，编组站内铁轨密集，最外侧为京沪电气化上下行铁路，此部分需要以大跨径桥梁跨越。
②复兴北路是徐州市区主干道，交通量大，道路红线宽度40m，与编组站最外侧京沪电气化铁路轨道相距320m，电气化铁路净空高度为8.5m，再加上桥梁建筑高度及施工空间，总高差达到13.5m多，复兴北路无法平交，需要以桥梁跨越。
③徐州钢铁厂位于铁路编组站东侧，荆马河从徐钢厂中间穿过，厂内有三条铁路线、一条公路跨荆马河，管线很多，均在地面以上5m左右，徐钢厂门前有条20m宽的水泥路，以上构造物均与本项目线位相交，此部分需要以桥梁跨越。
综合以上因素，复兴北路至徐钢厂门前公路范围内均需要以桥梁跨越，在此范围以外桥梁长度主要受复兴北路和徐钢厂门前公路通行净空高度的控制，桥梁全长约为1880m。
(2)主桥跨径选择
徐州铁路编组站沿路线方向宽450m，其中有一条路面宽5m、路基宽10.5m的水泥路，将编组站分为两部分，西侧宽170m，共有30股铁轨，东侧宽280m，共有35股铁轨，铁路编组站最外侧为京沪电气化上下行铁路。站内铁轨很密，布置桥墩困难，方案一和方案二考虑在5m宽水泥路附近设墩，主桥跨径为300m;方案三不在铁路编组站设墩，直接跨越铁路编组站，主桥跨径为500m。
(3)主桥桥型结构选择
主桥跨径为300m或500m，属大跨径桥梁，现国内能够满足此跨径范围的桥型结构为钢拱桥、斜拉桥和钢悬索桥。针对本项目的特点，城市桥梁上跨铁路，景观要求高，上部结构建筑高度尽量低;场地附近建筑物密集，施工场地小，要求下部结构尽量减小尺寸;地质构造上层土层结构厚达60m多，地基条件较差;京沪电气化铁路通车密度大，徐州铁路编组站铁轨密集，任务繁忙，施工过程中对铁路运营尽量减小影响。结合以上特点，钢拱桥存在造价高，钢结构施工复杂，拱脚水平推力大，对地基要求高，下部结构尺寸大，钢拱运输安装等施工过程中对铁路运营影响大等缺点;钢悬索桥存在造价高，钢梁及悬索施工复杂，悬索无法更换，现场锚碇布置困难，钢梁运输安装及缆索安装等施工过程中对铁路运营影响大等缺点。相对而言，斜拉桥具有造价经济，造型美观，与周围环境比较协调，斜拉索可以根据需要及时更换，养护费用低，施工过程中对铁路运营影响相对较小等优点，因而，本项目主桥桥型结构选用斜拉桥，通过主桥采用多种类型的斜拉桥进行方案比选，确定最佳方案。
(4)引桥桥型结构选择
桥梁位于徐州市区，桥梁规模大，建成后将成为徐州的标志性建筑，桥梁的景观要求高;桥梁跨越多条道路，还有桥梁局部利用现有道路，考虑现有道路的通行要求，桥梁下部选择尽量减小尺寸，保证其他道路能充分利用桥下空间，减少拆迁量;桥梁附近建筑物密集，施工场地小，预制场布置困难。结合以上特点，引桥上部结构选用造型美观、造价经济、建筑高度低、在预制厂集中预制现场安装的20m预应力混凝土空心板，下部结构选用造型美观、占用空间少的Y形墩。
本项目需上跨复兴北路，复兴北路是徐州市区主干路，交通量大，道路红线宽度40m，与路线夹角为70°，中间无分隔带，需要一跨跨过复兴北路，跨径至少为50m。结合以上特点，桥梁上部结构选用造型美观大方的预应力混凝土变截面连续箱梁，跨径组合为30+50+30m，下部结构选用造型美观、占用空间少的花瓶式实体墩。
(5)桥型方案
根据以上特点，本项目桥梁主桥共设三个方案。
方案一主桥为185+300+85m双塔双索面高低塔组合预应力混凝土梁斜拉桥，漂浮体系，斜拉索为扇形布置，双塔均为H形。
高塔布置在铁路编组站其中5m宽的水泥路附近，塔高桥面以上部分为75m，索塔布置一道横梁。低塔布置在铁路编组站东外侧20m、荆马河西侧20m左右，塔高桥面以上部分为50m，索塔布置一道横梁。
上部主梁为肋板式预应力混凝土结构，横向在两侧位置布置两片主肋，肋梁高2.5m，宽2m，中间用横梁及桥面板连接。
桥跨组合：10×20m (上部为空心板，下部为Y型墩)+30+50(跨复兴北路)+30m(上部为变截面连续箱梁，下部为花瓶式实体墩)+14×20m+185+300+85m双塔双索面高低塔组合预应力混凝土梁斜拉桥(跨铁路编组站)+29×20m (跨徐钢厂区)+7×20m，桥梁全长1880m。
桥梁部分估算费用：主桥部分19312万元，引桥部分10270万元，桥梁部分总费用29582万元。
方案一具有以下特点：
①高低塔组合斜拉桥结构新颖，造型美观。
②两个索塔均不太高，施工难度较小。
③在铁路编组站内的索塔尺寸较小，对编组站影响相对较小。
④主梁采用现浇混凝土，施工过程中对编组站影响相对较小。
⑤85m跨可一跨跨过荆马河拐弯处，荆马河不须改移河道。
⑥造价相对较低。
⑦工期相对较短。
⑧需在铁路编组站内设置一个索塔，对铁路编组站有一定影响。
方案二主桥为185+300m独塔双索面预应力混凝土梁与钢梁混合梁斜拉桥，墩塔梁固接体系，斜拉索为扇形布置，塔为H形。
独塔布置在铁路编组站其中5m宽的水泥路附近，塔高桥面以上部分为122m，索塔共布置三道横梁。
185m跨主梁为边箱板式预应力混凝土结构，横向在两侧位置布置两片主箱梁，主箱梁高2.8m，宽为7.5m，中间用横梁及桥面板连接。300m跨主梁为钢箱梁结构，主梁高2.8m，内设钢横梁支撑。
桥跨组合：10×20 +30+50(跨复兴北路)+30+14×20+185+300(跨铁路编组站)+33×20(跨徐钢厂区)+7×20m，桥梁全长1875m。
桥梁部分估算费用：主桥部分20102万元，引桥部分10898万元，桥梁部分总费用31000万元。
方案二具有以下特点：
①索塔高大，气势雄伟，造型美观。
②在同种结构类型中，跨径位于国内前列，影响较大。
③在铁路编组站内的索塔尺寸较大，对编组站影响相对较大。
④主桥主梁采用钢结构，造价高，施工难度大，吊装过程中对编组站及京沪线通行影响大。
⑤主桥索塔最高，施工难度大。
⑥在同种结构类型中，跨径位于国内前列，技术难度大。
⑦东侧荆马河拐弯处，荆马河须改移河道。
⑧结构同临近桥梁类似，只是规模更大。
⑨工期长。
⑩造价相对方案一高。
方案三主桥为200+500+200m双塔双索面钢-混组合梁斜拉桥，漂浮体系，斜拉索为扇形布置，双塔均为H形。
东塔布置在铁路编组站东外侧20m、荆马河西侧20m左右，西塔布置在铁路编组站西外侧20m左右，两塔等高，结构相同，塔高桥面以上部分为116m，索塔共布置两道横梁。
上部主梁为肋板式钢-混组合梁结构，横向在两侧位置布置两片工字主钢梁，钢梁高2.5m，宽为3m，中间用钢横梁及预应力混凝土桥面板连接。
桥跨组合：10×20+30+50(跨复兴北路)+30+4×20+200+500+200m(跨铁路编组站)+23×20(跨徐钢厂区)+7×20m，桥梁全长1890m。
桥梁部分估算费用：主桥部分39060万元，引桥部分7762万元，桥梁部分总费用46822万元。
方案三具有以下特点：
①双塔对称布置，索塔高大，气势雄伟，造型美观。
②不在铁路编组站内设墩，对铁路编组站影响小。
③桥下铁路运营通视效果好。
④200m边跨可一跨跨过荆马河拐弯处，荆马河不须改移河道。
⑤主桥跨径大，索塔高，施工难度大。
⑥主梁采用钢-混组合梁结构，造价高，施工难度大，吊装过程中对编组站及京沪线通行影响大。
⑦工期最长。
⑧造价最高。
综合考虑，推荐采用方案一，主桥采用185+300+85m双塔双索面高低塔组合预应力混凝土梁斜拉桥。桥跨组合为10×20+30+50+30+14×20+185+300+85+29×20+7×20m，桥梁部分全长1880m，桥梁部分总费用29582万元。
五、结语
徐州市金马大桥设计方案通过了徐州市鼓楼区政府和徐州市政府建设部门的审查，与会专家对项目建设的必要性，方案的合理性，论证的充分性给予了充分肯定，认为应按照建设项目相关程序继续推进，现本项目正在积极推进中。
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