跨黄河特大桥之悬索桥与斜拉桥技术经济对比分析

跨黄河特大桥之悬索桥与斜拉桥技术经济对比分析

特大桥梁作为跨越大江大河的主要交通形式，越来越多地出现在黄河之上，而悬索桥与斜拉桥最为常见。本文以山东省济南市凤凰路北延跨黄河特大桥工程为例，通过不同桥型的比较，详细分析了悬索桥与斜拉桥在技术经济上的各自特点及差异，为今后同类工程的方案选择及造价编制提供参考。

悬索桥与斜拉桥的桥型构造

悬索桥又称吊桥，是最简单的一种索结构。其特点是桥梁的主要承载结构由桥塔和悬挂在塔上的高强度柔性缆索及吊索、加劲梁和锚碇结构组成。现代悬索桥一般由桥塔、主缆索、锚碇、吊索、加劲梁及索鞍等主要部分组成。悬索桥又可按锚固形式细分为地锚式悬索桥和自锚式悬索桥。

斜拉桥是一种组合式桥，即由几个不同的基本类型结构所组成的桥。斜拉桥是典型的悬索结构和梁式结构组合的结构体系，其受力特点是两个基本类型结构的综合表现，由主梁、拉索及索塔组成。

工程概况

山东省济南市凤凰路北延跨黄河通道工程起点与坝王路衔接，位于坝王路与荷花路交叉口处，跨越邯胶铁路联络线及南水北调工程济东明渠落地，再继续跨越黄河后，路线终点位于 G220 交叉口处，全长 6.683 km，采用一级公路兼城市快速路设计标准。

其中凤凰路北延跨黄河特大桥桥址处黄河航道规划等级为内河Ⅳ级航道，设计最高通航水位35.3 m（1985 国家高程系统），通航净空高度在设计最高通航水位以上不小于 8 m。设计拟考虑对自锚式悬索桥及斜拉桥两种桥型进行比选，跨径布置为（68+168+428+428+168+68）m=1 328 m，横断面布置为 2.25 m（人行道）+2.5 m（非机动车道）+16 m（车行道）+4 m（索区）+10.2 m（预留轨道空间）+4 m（索区）+16 m （车行道）+2.5 m （非机动车道）+2.25 m（人行道）=59.7 m，如图 1~ 图 3 所示。

两种桥型均采用三塔双索面结构，主梁为流线型扁平钢箱梁，下部为大直径钻孔灌注桩基础。不同的是，悬索桥主塔 50 a 一遇设防水位以下为钢与混凝土组合结构，50 a 一遇设防水位以上为钢结构，斜拉桥主塔为混凝土结构。

技术经济分析

施工方案

特大桥梁作为跨越江河湖海、悬崖峭壁等大型障碍物的关键角色，跨径大、种类多，周边环境复杂，施工时受桥型、场地、天气、潮汐等各种因素牵制，导致其投资非常高，往往成为整个项目的控制性节点。因此合理的施工方案显得尤为重要，关系到工程造价的经济性和准确性，编制特大桥概预算时，必须把施工方案作为主要依据。

根据自锚式悬索桥的建设条件和结构特性，该工程河中基础搭设水上临时平台进行钻孔桩施工，以钢套箱施工承台，陆上基础使用工法桩围护基坑。主塔采用履带吊节段拼装，搭设顶推平台及临时墩顶推主梁，架设猫道安装缆吊系统，最后进行体系转换及桥面附属施工。

斜拉桥方案的主塔采用爬模法施工，其余下部结构施工方案与悬索桥相同。由于现状黄河没有运梁条件，钢主梁亦考虑陆上运输，顶推就位，然后再挂设斜拉索。

计价依据

此次技术经济对比分析基于初步设计概算深度，主要取费及定额依据为《公路工程基本建设项目概算预算编制办法》（JTG B06—2007）、《公路工程概算定额》（JTG/T B06-01—2007）、《公路工程机械台班费用定额》（JTG/T B06-03—2007）、《山东省公路工程基本建设项目投资估算概算预算编制补充规定》（鲁交建管〔2012〕18 号），并按照财政部、国家税务总局全面推开营业税改征增值税的要求，结合《公路工程营业税改征增值税计价依据调整方案》（交办公路 〔2016〕66 号）、《关于调整增值税税率的通知》（财税〔2018〕32 号）及山东省有关地方规定，采用增值税计价模式。材料单价根据山东省交通建设工程主要材料价格信息（2018 年 11月）除税后计取，缺项部分采用市场询价或参考类似工程技术经济指标。

造价对比

本文对凤凰路北延跨黄河特大桥的悬索桥与斜拉桥方案进行概算深度测算，按桥梁部位划分项目节，形成工程费用对比表见表 1。进一步对桥梁各部位的工程量及费用按桥梁面积进行单位化统计，得到单位指标对比表，见表 2。

影响桥梁工程造价的因素除其主体结构外，施工措施也是不容忽视的。施工措施是根据施工方案所进行的为完成工程实体所必需但并不构成永久结构的一系列临时工作，包括模板、脚手架、支架、施工便道、栈桥平台、护筒、围堰、大型机械安拆使用等。对大型和特大型桥梁工程来讲，其施工辅助措施的费用约占总造价的 20%，有些复杂特大桥的占比则要超过 30%。在这些施工措施中，模板及脚手架是最为常见的，出现在所有混凝土结构中，亦可像公路定额那样，认为是混凝土浇筑的附属工序，其他施工措施则是技术复杂桥梁特有的大型措施。为了体现其对于特大桥的重要性，文本又单列了大型措施费对比表，见表 3。

纵观这些统计数据对比发现，跨黄河特大桥仅主桥部分投资就已十分之大，无论是悬索桥还是斜拉桥，都超过 10 亿元，折合到单价分别为21 430.50 元 /m2、18 343.67 元 /m2，均远高于常规桥梁。就特大桥的各部位技术经济指标而言，也皆有不同程度的提高，主要原因正是分部工程的单价综合了前述大型施工措施的费用。进一步分析悬索桥与斜拉桥各部位的数量及费用指标可知，造价占据半壁江山的钢主梁在悬索桥上的用量略高，而不同的缆吊系统决定了悬索桥无论在用钢量还是制作安装费用上都大大高于斜拉桥。此外，由于力学计算及结构尺寸合理性的原因，悬索桥采用钢塔为主、钢混凝土组合塔为辅的设计，这必然比混凝土塔的斜拉桥要昂贵。

大型措施费方面，悬索桥与斜拉桥基本相当。虽然全桥都在黄河大堤内，但由于合理安排了工期进度，现状黄河在施工下部结构期间水位很低，仅中塔基础落在河中，边塔及边墩基础均在滩涂上，施工组织拟利用整个项目路线上铺筑的便道干法施工，使得该工程悬索桥与斜拉桥相较于其他一些全部需要深水或深谷作业的特大桥在大型措施费占比上略低，分别为工程费用的 6.67%、7.57%，但总金额都超过了 1 亿元，可以说是一笔相当大的支出，其重要性和准确性不言而喻。根据《公路工程技术标准》（JTG B01—2014），特大桥的主跨径在 150 m 以上，而目前国内跨越大江大河的特大桥主跨径大多在几百米甚至上千米，混凝土结构的主梁无论从设计合理性还是经济性都无法满足要求，钢结构、钢混凝土组合结构成为首选，其制作、运输、安装的高难度导致了相应的大型施工措施量很大，如本文案例中的悬索桥与斜拉桥，为架设钢主梁所产生的措施有临时墩、导梁、顶推平台，费用达到全部大型措施费的一半以上。另外，在水中的位置、水文特征、地质情况、通航条件、防洪要求等因素将直接影响桥梁基础大型措施费的高低，鉴于篇幅所限，本文不再具体展开。

结 语

通过上述工程实例的分析能够看出，特大桥的投资往往很大，合理的设计、完备的施工方案、准确的造价是项目可持续发展的重中之重。对于相同跨径而言，自锚式悬索桥的单方造价要高于斜拉桥，这是由悬索桥本身的结构特性决定的，本文案例中两者相差约 3 000 元。事实上，500 m 左右正是斜拉桥的经济跨径，现场有条件的话采用悬臂拼装工艺更能体现斜拉桥施工方便的优势，造价将进一步降低。当然，如果跨径再加大，甚至达到千米以上，且地形地貌允许，则地锚式悬索桥更为合适。可以这样说，相同跨径的自锚式悬索桥作为斜拉桥的比选方案，解决了部分地区地基承载力或线位条件不足以制作锚碇，但又出于景观考虑希望丰富城市桥型构造的需求，凤凰路北延跨黄河特大桥最后按悬索桥方案实施就是一个典型的例子。

摘自：城市道桥与防洪