【桥梁名片】

名称： 济新高速 黄河三峡大桥 地址：河南济源、洛阳， 处于小浪底大坝上游30km处，跨越黄河小浪底库区，同济源市邵原镇八角山隧道相接，进入新安后同石井镇荆紫山特大桥连接 类型：独 塔回转缆悬索桥 建设单位： 河南省济新高速公路有限公司 设计单位： 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 施工单位：中铁四局 建设情况：在建，2022年7月开工，预计2025年底建成

黄河三峡大桥效果图

(资料图片仅供参考)

1 工程概况

黄河三峡大桥为《河南省高速公路网规划(2021—2035)》中济源至新安高速公路的控制性工 程，项目起于济源市邵原镇，南接荷宝高速公路，向南跨 越黄河，经新安县石井镇西、北冶镇西、青要山镇东、石寺镇西，于铁门镇北与连霍高速交叉。

1.1 建设条件

(1)地形、地质

该桥位于洛阳市新安县黄河 三峡风景区内，桥位处两岸岸坡峭立，桥轴纵断面地面线为薄峰山脊与沟壑交错的小间距、大高差锯齿状，横断面地面线横坡陡峻，济源(北)岸紧邻八角山隧道。

桥位两岸地层均为寒武系白云质灰岩夹泥灰岩 。北岸山脊宽度较窄，岸坡稳定性较差，工程地质 条件 复杂；新安(南)岸基岩完整、岸坡稳定性较好， 物探测线范围内基本排除大溶洞发育可能。

( 2)气象、水文

桥址区属北温带大陆性季风气 候 。大桥于黄河小浪底库区跨越黄河，河面宽340~ 400 m ， U 形河谷，桥位距下游水坝15 km 。库区水位每年呈周期性变化，7-9月为腾出库容，水位标高在+ 250m以下；12月至次年2月丰水期最高蓄水位标 高 可达+270m，对应水深约50m。

(3)防洪、通航

河道内淤积层厚度最大约 55 m ，水中立墩安全风险大。且为避免水中墩对小 浪底排沙产生影响，库区内不宜设墩。桥位河段 规划 为内河Ⅳ级航道，通航界限8m×90m。

(4)环保

两岸均为国家级崖壁保护区，其中北岸为一级、南岸为三级，对构造物设置规模有严格的要求，崖壁的环保要求极高。

1.2 主要技术标准

该 公路等级为高速公路，设双向6车道；

设计行车速度为100km/h；荷载等级为公路—Ⅰ级；

通航 等 级为规划内河Ⅳ级航道；

项目区地震基本烈度为 Ⅶ度，基本地震加速度值为0.10 g ，地震反应谱特征 周期为0.4s。

2 桥型方案

根 据桥位地形和地质情况，结合水深、对库区排 沙的影响等相关因素，该桥采用一跨跨越黄河较为 合适。

根据U形河谷宽度，桥梁主跨宜为415~520m。

由于主跨已突破梁桥的合理经济跨径，且 北 岸紧邻八角山隧道，边跨布置受限，因此可行的桥 型方案主要为悬索桥与拱桥。

综合以上考虑， 提 出了双塔悬索桥、独塔回转缆悬索桥及中承式钢管 混凝土拱桥3个方案。

2.1 双塔悬索桥方案

双塔悬索桥方案主桥采用单跨双铰简支结构体 系，跨径510m，桥宽34.7m。

悬索桥两岸桥塔均 位于平缓台地处，只在中跨设置加劲梁，加劲梁采用 带竖杆华伦式钢桁梁。

主缆跨度布置为(120+ 51 0+115)m，边中跨比为0.235(北岸)和0.225(南 岸)。

北岸采用隧道锚，南岸采用重力锚。

边 跨 引桥为预制梁结构，采用跨径布置为2×40 m 的 预 应力混凝土 T 梁，节约造价的同时可以更好地与八角山隧道衔接。

双塔悬索桥方案立面布置见图1 。

图1 双塔悬索桥方案立面布置

主缆中跨矢高56.66m，垂跨比1/9。主缆由91股127丝ϕ4.5mm钢丝组成，抗拉强度标准值为1960MPa。吊索采用61-ϕ7.0mm高强平行钢丝，上、下两端均采用销接式，吊索纵向标准间距15.0m。

桥塔采用门式框架结构，仅设置1道上横梁。

桥塔塔 柱 由底部到顶部为直立等截面，采用空心薄壁矩形截面，截面尺寸纵向为5.5m，横向为4.5m，壁厚1.0m。

桥塔基础采用分离式承台+群桩基础，单个承台平面尺寸为16.5m×18.2m、高5m，单个承台 下 设9根(3×3)直径2.8m钻孔灌注桩基础。

2.2 独塔回转缆悬索桥方案

主跨510 m 悬索桥可考虑采用独塔结构，考虑到 黄河北岸属于一级地质遗迹保护区，为降低土 石方开挖，减少对环境的破坏，将桥塔置于南岸，在北岸仅设置锚碇结构。

创新性地提出独塔地锚回转缆悬索桥新桥型，主缆在北岸锚碇处回转锚固，不需要单独散开，取消了锚固系统，从而最大程度优化锚 碇结构尺寸、节约空间。

回转缆是指主缆由一岸锚碇始发，绕过对岸锚碇后返回并锚固于始发岸锚碇的一种主缆布置方式 (图2)。

图2 主缆约束体系平面

主缆索股在回转锚碇处连续通过，利用回 转索鞍系统实现索股回转锚固、取代传统的断开分散 锚固方式，充分利用了主缆的恒载自平衡特性、优 化了锚固构造及锚碇结构 。

北岸锚碇采用一种适用于回转缆的新型覆表式重力锚，采用转索鞍实现主缆在锚碇内的连续转向。

锚碇主体纵向长60m，横向宽50m，靠边跨侧高 32 m ，靠主跨侧高24 m ，底面设计为齿块状，以更好地适应地形条件，保证结构稳定。

覆表式重力锚三维结构见图3。

该方案主桥主跨跨径510m，桥宽34.7m。

桥 塔位于南岸，加劲梁采用带竖杆华伦式钢桁梁。

主缆跨 度布置为(60+510+160)m，计算跨度570m， 边中跨 比0.314，中跨矢高35.625m，垂跨比1/16。北岸采用覆表式重力锚，南岸采用重力式嵌岩锚。

引桥采用4×40m预应力混凝土T梁桥。

独塔回 转缆悬索桥方案立面布置见图4。

图4 独塔回转缆悬索桥方案立面布置

主缆由91股127丝ϕ5.8mm钢丝组成，抗拉强度标准值1960MPa。

吊索采用61-ϕ7.0mm高强平行钢丝，上、下两端均采用销接式，吊索纵向标准间距15.0m。

桥塔采用门式框架结构，仅设置1道上横梁。塔柱由底部到顶部为直立等截面，采用空心薄壁矩形截面，截面尺寸纵向为6.0m，横向为5.0m，壁厚1.2m。

桥塔采用分离式承台+群桩基础，单个承台平面尺寸17.2m×20m、高5m，单个承台下设9根(3×3)直径3.0m钻孔灌注桩基础。

2.3 中承式钢管混凝土拱桥方案

考虑到桥位为典型山间 U 形河谷地形，可采用有推力拱桥方案，依据设计线位和合理拱轴线相对位置关系、拱座位置处地形地质条件等，采用计算跨 径435m中承式拱桥较为合适。

对于计算跨径435m的中承式有推力拱桥，混凝土箱拱施工安全 风险大，钢箱拱和钢桁架拱的经济性较钢管混凝土拱差，因此推荐中承式钢管混凝土拱桥方案。

中承式钢管混凝土拱桥方案桥跨布置为(4×30+452+30)m，桥宽2×16.75m，计算跨径 4 35m，矢高95m，矢跨比1/4.58，拱轴线采用悬链 线，拱轴系数1.55，吊杆间距14 m ，桥面系采用纵横 向格子梁式组合梁。

两岸引桥均采用预制T梁。

中承式钢管混凝土拱桥方案立面布置见图5。

图5 中承式钢管混凝土拱桥方案立面布置

3 桥型方案比选

该桥设计控制因素较为复杂，需对不同设计方案的 受力性能、经济性、对环境的影响及施工难度进 行综合比较分析，从而确定最优桥型方案。

3.1受力性能

建立3个方案的空间有限元模型(图6)进行分析，模型中桥面板采用板单元模拟，主缆和吊索采用索单元模拟，钢管混凝土拱桥吊杆采用只受拉桁架单元模拟，其他构件均采用梁单元模拟。

图6 各方案空间有限元模型

双塔悬索桥和钢管混凝土拱桥方案均为常规桥型，跨度适中，成熟案例较多，计算结果均满足规范 要求。

而独塔回转缆悬索桥桥型新颖、创新性高、结 构 受力复杂，因此设计时进行了详细计算分析。

独 塔回转缆悬索桥方案基本组合下主缆及吊索内力包 络图见图7，图中以受拉为正。

图7 基本组合下主缆及吊索内力包络图

由图7可知：基本组合下，主缆最大拉力3.35×105kN，吊索最大拉力 4 .60×103kN，符合规范要求。

独 塔回转缆悬索桥位移见图8。

图8 独塔回转缆悬索桥位移

由图8及相关 计算可知：钢桁加劲梁各杆件应力及刚度均满足规范要 求，竖向挠跨比为1/512，横向挠跨比为1/735，满足规范要求。

结构抗风、抗震及稳定性分析结果表明：3个方 案的动力性能良好，结构整体及局部杆件稳定性均 能满足规范要求。

从 静、动力特性分析结果可知设计提出的3个 方案均可行，结构受力可以满足规范要求，不是方 案比选的决定性因素。

3.2 建设规模与工程经济性

悬索桥方案跨径均为510m，相比拱桥方案规 模大，造价偏高，但桥塔位于较为平缓的岸坡上，施工难度低。

拱桥方案跨度相对较小，但拱座基础位于陡崖上，施工难度较大，施工安全风险高，对环境破 环严重。

通过计算，3个方案的造价分别为6.4， 6.2，5.9亿元。

建设规模与工程经济性方面拱桥方案 具备一定的优势。

3.3 环境影响与景观性

双塔悬索桥方案北岸桥塔、锚碇及施工便道 施 工对地质遗迹保护区影响较大，且桥塔低矮，高宽 比不协调，景观效果一般。

相比双塔悬索桥方案，独塔回转缆悬索桥方案在北岸地质遗迹区仅设置回转缆用覆表式重力锚，取消了桥塔。

北岸覆表式重力锚土石方量小，利用隧道中导洞施工，无需单独设置施工便道，对地质 遗 迹保护区影响最小。从环境影响及土石方开挖方量角度分析，独塔回转缆悬索桥方案均较优 。

拱桥方案拱座采用扩大基础，南岸需要放坡开挖，对山体破坏相对较大，施工用缆索吊及扣塔锚 碇 数量多，对黄河崖壁及自然环境影响严重，且拱座 后方边坡防护工程规模大。

拱座基础施工开挖量较大，缆索吊地锚、扣塔锚碇及施工便道施工对地质遗迹保护区影响较大。拱桥方案与峡谷地形契合度 高，桥型景观效果较好，但因拱座基础开挖施工破 坏了黄河崖壁景观，整体景观性较差。

3.4 施工难度与工期

双塔悬索桥方案北岸隧道锚需开凿一定量的施工 便道，需搭设隧道锚施工平台后方可施工，隧道锚 与主线隧道洞室存在一定影响，施工难度较大，安全风险高；南岸重力锚施工需要开挖高边坡，边坡防护施工难度大，安全风险高。

两岸均需要单独修筑施 工便道、斜井才能到达，尤其是北岸施工环境较为恶劣，目前无法到达。桥塔施工便道开筑难度大。 工期容易受到两岸施工便道修筑情况的制约。

独塔回转缆悬索桥方案北岸不需要单独修筑施工 便道，借助施工完后的八角山隧道进行锚碇施工。 北岸锚碇采用覆表式重力锚，取消了桥塔，可较好 地 与隧道衔接，施工安全风险和施工难度低。但回转鞍 架设属于新工艺，对施工水平要求高。

拱桥方案北岸拱座基础需开凿大量的施工便道后方可施工，陡崖崖壁上施工拱座难度极大；南岸拱座 需要开挖一定量山体，施工风险高。

通过计算，3个方案的工期分别为46，40，45个月。

独塔回转缆悬索桥方案施工难度相对较低，工 期最短，施工难度和工期也最可控。

3.5 综合比选

对3个方案进行综合对比可知，3个方案结构静、动力性能均能满足设计要求；虽然独塔回转缆悬 索桥相比于拱桥经济性不占优势，但其对地质遗迹保护 区影响最小、施工难度最低，工期最短。

综合比 较 ，推荐独塔回转缆悬索桥方案。

4 结语

通过对黄河三峡大桥地形地质、气象水文、防洪 通航以及地质遗迹、崖壁保护区等建设条件的综合 分析，提出了3个桥型设计方案，经过受力性能、建设规模与工程经济性、环境影响与景观性、施工难度与工期的比选，最终推荐独塔回转缆悬索桥方案。

桥型方案的比选过程需综合考虑各项控制因素，梳理 出主、次因，抓主放次，该技术路线可作为合理桥 型方案设计的技术依据。

独塔回转缆悬索桥是在回转缆自锚式悬索桥的基础上，对地形地质适宜桥址区 大跨径地锚式悬索桥的延伸和拓展，对桥隧相连、 不具备展布边跨的地形条件具有很好的适应性，该桥 型具备进一步研究推广的前景。

该桥 2022年7月开工，预计2025年12月建成 通 车。黄河三峡大桥效果图见图9。

图9 黄河三峡大桥效果图

本文转自《桥梁建设》——黄河三峡大桥桥型方案比选，作者薛有利、何博文、林阳；仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！