洪塘大桥改扩建方案研究

洪塘大桥改扩建方案研究

1总体构思与确定福州洪塘大桥位于仓山区苗族峰路，向西横跨乌桂河，与福建省侯县国斌路相连。这是316公里的终点。它也是福州市西部的一条东西向直线，继承了中心城区和福建省侯县之间的出发和发送交通。同时，它与福建省和江西省的交界处相连。既有洪塘大桥建成于1990年的公路大桥，全长1846m，桥面宽（净-9+2×1.5)m。由于当时建设标准低及河道冲刷、长期超负荷运行等原因，老桥出现较多的病害，经过几次加固维修后实行限载通行。随着城市化进程的加快和机动车保有量的迅猛增长，老桥已无法满足周边区域建设和发展的需求，急需进行拓宽改建。本工程于2011年初开始启动相关前期规划方案研究，2017年1月开工建设，目前正在顺利建设中，计划2021年初竣工。本文综述老桥拆除还是利用、改建后的功能定位、道路中心线是否调整、车道规模、立交布设及功能、桥梁景观与环境、全寿命周期的环保与维护、施工期间的交通能否保通以及如何保通等总体设计方案进行决策。同时,以改善城市交通、生活环境和市容等为主线对城市老旧基础设施（道路、桥梁等）进行拓宽改造，充分体现“城市更新”的建设活动，坚持“以人为本、可持续发展”的建设理念，达到融合、共存。2一般原理2.1南台岛是次区开发片区《福州市城市总体规划（2011—2020）》提出全面实施“一区两翼、双轴多极”的空间发展战略。洪塘大桥所在的南台岛金山片区和闽侯上街学城，属于福州中心发展区（“一区”）的西部片区，是福州市“沿江发展轴”上的重点发展片区，也是中心城区积极推进“新城开发”的重要组团之一。按照“疏解老城、开发南台、拉开框架、发展新城”的思路，福州市积极引导城市空间拓展和功能布局优化，有效疏解老城的人口、功能和交通，使中心区优化整合与新城开发建设联动并进。2.2洪塘大桥交通量预测合理确定项目建设规模，一方面能有效、合理地安排有限的建设资金，使其发挥最大的经济效益；另一方面适应交通量及城市发展的需求，使交通通畅、功能适用。建设规模偏低，不能有效解决长期交通问题；而规模选择过高，势必造成巨额投资浪费。洪塘大桥交通量预测见表1。通过交通量预测、通行能力计算，双向6车道服务水平饱和度为0.86，能满足远期交通需求。“节能减排、低碳环保、绿色出行”是环保和可持续发展的重要理念，并鼓励自行车或公交车出行。大学城组团与中心城区之间以通勤交通为主，洪塘大桥作为最为便捷的通道，是重要的公交走廊，应该规划预留公交专用道，确保全线2×4.5m宽的非机动车道。另外，考虑到本路段在路网中的不可替代性以及城市发展用地的集约性，建设规模采用双向8车道，饱和度为0.7，能满足中远期交通量的增长及城市快速发展的需求。洪塘大桥拓宽改建主线标准段横断面见图2。2.3元立交方案比选既有洪塘大桥上跨三环快速路接妙峰路，与三环之间设置4条定向匝道，在妙峰路设置平面交叉口。三环快速路作为福州市的快速环线道路，起到城市保护壳的作用。因此，该节点通过三环互通分流洪塘大桥中长距离过境交通，缓解中心城区压力，作为两岸和周边区域与快速路系统的交通枢纽，需对现有匝道进行改造并形成全互通立交，减轻中心城区的交通噪声和空气污染，缓解中心城区的交通压力，体现“以人为本”的理念。立交方案在践行“可持续发展”理念的同时，避让东南象限的山体及护坡、妙峰书院、高压铁塔等，尽可能利用现有匝道，缩减对环境影响和节省工程投资。三环立交现状航拍图见图3。1）方案一：双苜蓿叶+半定向迂回立交。增设三环路至洪塘大桥的一条右转匝道、一条左转匝道以及洪塘大桥至三环路一条右转匝道、一条左转匝道，取消既有平面交叉口，对I匝道和H匝道进行改造形成洪塘大桥与三环路的全互通立交。2）方案二：单苜蓿叶+半定向迂回立交。由于方案一在三环东侧新建辅道，需对现状护坡进行改造，并搬迁高压铁塔，工程量较大，同时对妙峰书院建筑结构安全带来一定的隐患。为减少对立交范围内现状主要控制物的影响，设计推荐新建三环辅道向东侧绕行，避让妙峰书院和高压铁塔，并设置箱涵下穿主线，SW匝道采用半定向迂回。三环立交互通改造推荐方案见图4。2个方案均能满足交通功能需求，工程量相差较小，但方案二对节点控制物影响较小，因此推荐采用方案二。其中，ES、EN匝道和NE、SE匝道基本利用现状三环互通匝道，仅对与妙峰路街口进行局部改造；新建WS、WN、SW、NW4条匝道，其中WN匝道采用苜蓿叶匝道形式，且受现状妙峰书院限制，匝道最小半径40m，其余匝道均采用定向和迂回定向形式。由于用地限制，现状三环路东侧辅道利用现状转向匝道及平交口实现，立交改造后需新建三环路东侧辅道，辅道线位避让妙峰书院，并设置箱涵下穿新建洪塘大桥主线。为实现妙峰路全程快速化，设置上、下行中央隔离；为解决沿路单位进出，通过改造ES匝道与NE匝道实现妙峰路东向西可掉头（掉头匝道1）。为解决淮安路金辉、保利社区的出行，在NE匝道与三环东侧之间增设一段联络通道（可掉头匝道2），使三环路北向南行驶在此实现掉头后向北进入淮安路。在全互通立交中增设的2条掉头匝道，是应周边居民和企事业单位的需求，体现“以人为本”创新设计理念。2.4互通立交下，增设互通天桥洪塘大桥、妙峰路及三环路两侧均设置2.5m宽人行道和4.5m宽非机动车道。并在互通范围内设置天桥作为人非专用通道，同时新建两个匝道桥、一个箱涵通道、一个既有地道的2座梯道。由于受立交匝道限制，现状妙峰书院对外交通较为困难，利用新建人行天桥实现妙峰书院对外交通。天桥考虑无障碍设施通行需求，最大坡度1∶12。三环路东侧辅道设人非通道，随辅道通过箱涵从主线下穿。全线人非通道与机动车分离，方便桥梁段检修车作业。人非专用交通系统示意图见图5。2.5分幅分段拓改方案城市更新的方式可分为再开发、整治改善及保护3种。特别是对老桥现状和安全性作详细调查和分析的基础上，进行综合判断决策。既有洪塘大桥建成于1990年，主桥采用预制装配式预应力下承式三角形桁架悬臂梁，引桥采用体外预应力预制节段拼装箱梁，在当时代表了最新的设计理念和工艺，是我国桥梁工程史上非常有纪念意义的一座大桥。洪塘大桥造型新颖，与金山寺相映成辉，承载着老福州人满满的记忆。根据对既有洪塘大桥现状分析，经过近30a超负荷运营，老桥河床冲刷严重，桩基严重裸露并沉降、倾斜，大桥已成危桥，虽经多次加固维修，但不能满足现行交通荷载标准，存在安全隐患，需限载通行。初步拟定4个拓改思路。1）思路一：老桥完全利用作为人非专用桥；在老桥两边新建桥梁供机动车行驶。新桥桥面抬高，在两岸人非专用桥头留出人非通行净空。河道通航孔位置及通航等级若按老桥高程不变，则无法满足航道标准提升的要求。2）思路二：老桥部分作为人非专用桥，按新的通航标准局部拆改老桥；在老桥两边新建桥梁供机动车行驶。新桥桥面抬高，在两岸人非专用桥头预留人非通行净空。为新航道标准（通航孔位置调整、通航净空标准提高）而局部拆改老桥的工程量大；人非交通组织复杂，安全性差；与两岸立交衔接不顺，现状匝道废弃改建量较大；新、老桥景观协调性较差。3）思路三：先在老桥上游或下游新建一幅桥梁，新桥建成后承担过江交通，再拆除老桥，新建另半幅桥梁。新建的2幅桥梁中心线与老桥中心线偏移7.5m。偏离规划红线建造都将侵入现状道路两侧的住宅或企事业单位、商铺等，对沿线地块影响较大，社会影响和维稳问题也较大，不能满足工程建设需要。4）思路四：老桥完全拆除，沿老桥中心新建桥梁。整个老桥拆除和新桥施工建造长达3a，期间两岸交通完全中断，从已趋饱和的橘园洲大桥绕行距离远，且诱增其交通压力可能导致严重拥堵，人非交通无法解决，社会影响较大。受城市现状限制，已没有合适的线位可代替本线位功能。因此，本着“以人为本”的理念，通过技术创新，提出一种全过程不断交施工的“2-1+1=1”的横向分幅分阶段拆建方案，即维持老桥结构和交通，在老桥两侧（2）各建1/3幅新桥，然后将老桥上的交通导改至一侧新桥上，并利用部分已建新桥区域作为施工通道拆除中间的老桥（-1），最后再施工中幅新桥（+1），与左、右两幅形成全断面的新桥（=1）。“2-1+1=1”横向分幅分阶段拆建方案示意图见图6。2.6方案对比及分析方案前期研究阶段，主桥桥型比较见表2。乌龙江为Ⅲ级航道。为预留远期航道提升，考虑环境和当地人文因素，打造福州西大门的形象，经多方论证采用方案一。为提高整体刚度，跨径布置采用（50+150+150+50)=400m。桥塔经优化设计采用现代简约的中国风造型。洪塘大桥建成后效果图见图7。自锚式悬索桥采用“先梁后缆”施工。架缆之前主梁需自成体系承担施工期间的交通，因此在老桥两侧的主跨内设临时墩，按多跨连续梁架设2幅新桥，待中间幅新桥拼装后形成整幅主梁后，再架设主缆和吊杆，进行体系转换，拆除临时墩，形成自锚式悬索桥体系。2.7两岸建筑结构体系根据《交通运输部关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》（交公路发[2016]115号）要求如下。1）加强方案比选，鼓励选用钢结构桥梁。2）合理选型，更好地发挥钢结构桥梁的优势。3）重视钢结构桥梁的构造设计。环境条件适合的项目推广使用耐候钢，提高结构抵抗自然环境腐蚀能力，降低养护成本。4）全面提高结构可维护性。本桥两岸引桥采用钢工字梁-混凝土桥面板组合梁桥。考虑全寿命周期养护费用、乌龙江水源保护等环保要求，采用GB/T714—2015《桥梁用结构钢》中的Q345q(D)NH耐候钢，耐候指数I≥6.5。目前我国耐候钢桥梁正方兴未艾，本桥在耐候钢桥的环境分析、桥位桥型选择、构造细节设计、焊接工艺等方面进行大胆而有益的探索和创新。河滩段在桥墩盖梁和主梁下缘设置检修通道，主桥段设检修车。3洪塘大桥总体思路随着城市的发展和规模的扩大，许多城市基础设施面临更新。过去粗放式的“大干快上”的工程建设方式，对城市环境污染、交通和社会影响大，对城市居民不友好，急需转变理念和思路。城市道路、桥梁等基础设施的拓宽改造应作为广义的城市更新建设的一种，遵循“以人为本、可持续发展”城市更新的理念，认真思考合理的方案。本文介绍洪塘大桥总体设计思路，是本工程参建各方，特别是政府主管部门决策者、项目业主和设计单位，始终坚守城市更新“以人为本、可持续发展”的理念，坚持技术创新、科学决策的成果，特别是全过程不断交叉施工的“2-1+1=1”的分幅分阶段拆建方法，使当地城市居民的生活、工作、学习不受影响，获得民众的赞誉，可为类似工程提供有益的借鉴和参考，也为城市更新提供了一个新范例。因此，拓宽改造后的洪塘大桥