中国内河桥梁建设与通航标准之问(文/项海帆院士)

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　　随着近些年对内河通航等因素的重视，在中国内河如长江、黄河、珠江等流域，一些超大跨径的桥梁层出不穷，以下是项海帆院士发表的一篇署名文章，作为桥梁行业内的技术人员，我们也感同身受，也有些困惑，希望大家能就此发表看法。

　　是业主好大喜功还是设计院的设计理念走入了误区?什么原因导致中国不经济和不合理的千米级大跨度桥梁建造趋势愈演愈烈。

　　国外内河通航标准

　　五大洲通海的主要河流，如美国密西西比河、南美洲亚马孙河、非洲尼罗河以及欧洲的莱茵河、易北河和多瑙河等，大都在河口附近建港，停靠海轮，然后将货物用内河船只转驳到上游沿河各地城市。国外内河的通航标准除少数几条大河外，一般都在5000吨级以下。见下表

　　从上表中可以看出：除了法国塞纳河口的诺曼底桥和韩国汉江口的仁川桥的跨度较大外，其余各国的内河桥梁跨度一般均在500m以内，而且全部都采用斜拉桥方案。其通航净高在24～56m之间，净宽则在150～400米之间，而通航净宽和净高之比则在5.9(约束航行，航速16节)～10.5(自由航行，航速30节)之间，跨度和净高之比则在15之内，这是十分合理的。

　　中国内河通航标准的现状

　　中国内河是以长江和珠江为代表的通航河流。长江在解放前为天堑，没有一座桥。1957年在苏联专家帮助下建造了长江第一桥——武汉长江大桥，跨度为128m，满足分孔通航2000t的标准(净宽120m，净高18m),即武汉以上至宜昌的航道为内河III级。1971年又建成跨度160m的多孔连续桁架桥南京长江大桥,通航净空为150m×24m，满足南京以上至九江5000t的内河I级航道标准。九江以上至武汉的中游航道因水深不足，降低为3000吨的内河II级。南京港以下至长江口的下游航道因水深增大，可行驶5万吨的海轮，通航净空为600m×50m。江阴以下的航道水深更深，通过疏浚长江口的航道,远期可允许20万吨级的海轮和邮轮进入,通航净空增至900m×62m。可见，长江中下游航道因水深条件下同，适航的船舶吨位也不同，相应的通航净空也不同。

　　改革开放初期(1980年——2000年)在长江中下游(武汉长江大桥以下)建造了九江长江大桥(216m中承式钢拱桥，1992)、黄石长江大桥(多孔245m连续梁，1995)、铜陵长江大桥(432mPC斜拉桥，1995)、武汉长江二桥(白沙洲长江大桥，400mPC斜拉桥，1995)、芜湖长江大桥(312m钢斜拉桥，2000)等，其通航净高均为24m，选用跨度在245～432之间，都是在合理的范围内。

　　然而，自进入新世纪以来，湖北宜昌以下至南京段的新桥跨度猛增。如宜昌至武汉段(通航净空18×120m)的宜昌长江大桥(960m悬索桥，2001)、夷陵长江大桥(345mPC斜拉桥，2001)、荆州长江大桥(500m，PC斜拉桥，2002);武汉长江大桥以下至南京段(通航净高24m)的武汉阳逻长江大桥(1280m悬索桥，2007)、鄂东长江大桥(926m钢斜拉桥，2010)、荆岳长江大桥(816m钢斜拉桥，2010)、武汉二七长江大桥(2-616m钢斜拉桥，2011)和马鞍山长江大桥(图1，2-1080m三塔悬索桥，2013)等，其跨度和通航净高之比在19～53之间，都远远超出了正常的比例范围。从图1中可看出马鞍山长江大桥左边一孔的水深很浅，只能通行小船并没有必要做大跨。

　　更令人费解的是武汉长江大桥(一桥)上游和白沙洲大桥之间正在建造的两座新桥：鹦鹉洲大桥(2-850m三塔悬索桥)和杨泗港大桥(图2，1700m悬索桥)，它们和相邻武汉一桥的跨度极不协调。从图2中可以看出，河槽中间突起呈W形，完全可以设墩，如选择2-600m的三塔斜拉桥让上下行船只分孔通航，就会更经济合理，也更美观。此外，同在武汉的天兴洲长江大桥，因是公铁两用桥，航道部门就同意504m的斜拉桥，而且还是在武汉一桥的下游。为什么在航道等级降低后的武汉一桥上游反而要做1700m的悬索桥呢?

　　再说南方的珠江，在黄埔港以上分南北两汊进入广州市，其中南汊为主航道，通航标准为137m×34m，相当于1万吨级航道(北汊通过市中心区，航道等级较低)。所建桥梁中跨度较大的为鹤洞大桥(360m结合梁桥面斜拉桥，1998)、番禺大桥(380mPC斜拉桥，1999)和丫髻沙大桥(360m钢管混凝土系杆桁架拱桥，2000)，三座桥跨度都很接近，是合理的。2008年建成的广州珠江黄埔大桥位于黄埔港上游的珠江河汊处，南汊主航道的通航要求为494m×60m，不知何故却采用了主跨1108m的悬索桥(图3)。从图中可以看出，通航孔在左侧，并没有必要做悬索桥，700m左右的斜拉桥已能满足要求。

　　黄埔港以下至虎门的航道为5万吨级，90年代设计虎门大桥时，要求通航净空为600m×50m，为考虑锚碇的合适位置，选用了888m的悬索桥是合理的。然而，在规划建造虎门二桥时选择了虎门一桥上游的河汊区过江。交通运输部《关于虎门二桥通航净空尺度和技术要求的批复》(交水发[2010]288号)称，坭洲水道通航净高不小于60m，选用10万吨级散货船作为代表船型，通航净宽按照满足10万吨级散货船和5000t级杂货船同时双向通航计算，通航净宽应不小于1154m。工可报告中建议采用1688m的超大跨度悬索桥，比下游虎门大桥增加了一倍。为什么在虎门大桥上游的珠江航道上要选用超千米的悬索桥?又为什么不能分孔通航而一定要合孔?为什么水深还不足15m就不许建桥墩，而非要一跨过江?不同吨位的船只为什么都要单独的通航净空，难道低吨位的小船就不能走大船的航道?而且，还要把各自要求的通航净宽叠加起来，并排合孔过桥。于是就出现了虎门二桥要求通航净宽1154m的“怪现象”。与此同时，铁道部在虎门一桥的下游附近也规划了一座铁路桥，航运部门就允许采用分孔通航的方式，使跨度减小，以满足铁路桥的刚度要求。据说，在苏通大桥附近将要造一座公铁两用的新桥——跨度为1092m的斜拉桥。为什么不能像南京长江三桥附近的大胜关铁路桥那样将跨度减半，采用2×600m的三塔斜拉桥，以增加刚度，节约造价。

　　更为离奇的是湖南岳阳洞庭湖二桥的规划。附近已建的一桥是2-310m的三塔斜拉桥，能够满足2000T内河III级航道的要求。然而，新建的二桥却要求一跨过江，为争当世界第一，曾推荐采用2008m跨度的悬索桥，后虽改为1480m悬索桥，如果通航净高仍为18m，跨度和净高之比将超过80，这将是难以理解的“世界笑话”。

　　在洞庭湖一桥的下游，铁道部也规划了一座铁路桥，仍采用300m左右跨度的三塔斜拉桥。为什么洞庭湖二桥不能公铁合建以节约投资呢?现在铁道部已撤销，交通运输部应当统筹规划公路和铁路的越江通道，采用更为经济合理的双层桁梁多跨斜拉桥，以避免公铁分建所带来的浪费和不合理的通航标准问题。

　　上述这些反常的跨度和桥下净高比例必然会引起外国同行的质疑，也值得我们反思。希腊Rion-Antirion桥，水深达65m，又在强震区，要求18万吨的约束通航(16节)，净高65m，净宽300m。经过方案比选，采用经济合理的三跨560m的四塔斜拉桥(图4)。如果让中国工程师来设计，很可能又会选用一跨1700m的悬索桥。

　　桥梁通航孔布置原则和存在问题

　　桥梁设计要遵循“安全、适用、经济、美观、耐久、环保”等六项原则。概念设计的首要任务就是选择合理的桥位和经济、美观的桥型方案，其中最核心的问题是按航迹线和通航标准(船舶等级和通航净空)布置跨越主航道的主桥，并通过多方案的比较，选择最经济合理和美观的桥型方案和跨度。

　　中国内河的水深一般都在40m以下，大部分只有20m左右，基础技术是十分成熟的。而且，万吨以下的通航河流，桥墩一般都具有足够的抗撞能力，防撞设计主要是为了保护船只的安全。因此，为了尽可能节约造价，内河桥梁应优先考虑分孔通航，即为上下行船只设 置两个通航孔，各行其道，减少在同一桥孔中交会时的风险，同时也可以减小跨度，节约造价。除非在地形特殊的河道颈口，如江阴大桥，水流较急，水较深，或地质条件不利，不宜建造桥墩时，则可考虑上下行船只合孔通航，采用较大跨度的桥梁跨越深水航道。合孔还是分孔通航，应由设计单位通过技术经济比较来确定。

　　国内在初步设计阶段(概念设计)往往会遇到下列问题，致使通航孔的布置面临许多非技术性的干扰，简述如下：

　　1.由于城市规划的滞后，城市规划和交通规划不协调，公路和铁路的各自为政，加上地形地质有利的桥位没有预先规划控制，已被工业区占用，失去了桥位选择的优先权。或者，交通规划工程师没有充分考虑越江桥位的优先要求，而根据其他因素划定了过江路线，从而给桥位设计带来许多不必要的制约因素。

　　2.少数官员好大喜功，盲目争跨度“第一”“之最”，不顾经济性，甚至任意指定桥梁的跨度。他们可能认为，在整个工程投资中，越江部分仅占小部分，多花几个亿不是问题。然而，在很小的通航净高上建造超千米跨度大桥，将会带来比例失调和资源浪费的严重后果。

　　3.由于中国内河航运设备和管理的落后，船只陈旧，有的船员也未经严格培训，造成撞墩事故时有发生。水运部门应当尽快使航运现代化，淘汰落后船只，培训合格船长，装备先进导航设备，而不应以安全为名不加限制要求加大通航净宽，从而增加桥梁跨度。3000吨级的航道(净高仅24m)却要求千米通航净宽，这是极不合理的。德国莱茵河为2500T级航道，通航净空150m×24m，专门设计了现代化的低高度快速集装箱内河船只和高效率的码头装卸设备，其运输量甚至超过长江，值得我们学习。

　　4.一些设计院的领导也有悬索桥“心结”：误认为只有造千米级悬索桥才代表高水平，从而放弃了概念设计的基本原则。有时还在经济比较上弄虚作假，使不合理不经济的方案得以通过评审而实施。他们应当知道，在一座多孔梁式桥附近建造一座超千米悬索桥视觉上是多么不协调?!

　　以上几种情况可能是造成中国内河通航标准出现净宽和净高之比严重超出正常范围，从而出现被迫建造千米级悬索桥的主要原因。这种怪现象已经受到外国同行的质疑，也给中国桥梁工程界的声誉带来了负面评价。

　　从上述中外通航要求的对比中，我们应当认识到，中国内河通航标准确实存在不合理的问题，希望交通运输部能组织业主、规划、航运、水利和桥梁设计部门一起认真讨论，对中国内河制定一个合理的通航标准。由设计单位根据标准确定合理跨度和桥型方案，而不应由航道部门任意要求通航净宽，甚至对跨度和桥型进行批复。

　　内河航道等级由水深决定，通航船只的最大吨位决定了船的高度和长度，由船高决定通航净高，由船长按“活动域理论”确定所需的安全净宽。因此，通航净宽和净高应当有一个合理的比例。考虑到船舶和桥墩之间的安全空间，跨度和桥下净高之比应当控制在20以内，即跨度不应超过净高之20倍，国外桥梁大都在15以内(苏通大桥为1088/62=17.5)，跨度和桥下净高的比例过大，不但经济上不合理，也失去了比例美。在同一航道等级的河段上，通航净高相同，桥梁的跨度应当相近，根据河势和地形可以有适当的调整。如果比邻的桥梁跨度相差过于悬殊，就很不协调，也一定会引起质疑。

　　最后，建议交通运输部重新审议一些尚未动工的超大跨度悬索桥，如能和邻近已规划中的铁路桥合建成跨度较小的公铁二用斜拉桥，可为国家节约大量投资。中国仍是一个发展中国家，经济性原则必须在方案比较中占据重要地位，不要为了争“第一”和“之最”或者为了迁就落后的航运技术而随意浪费资金，甚至闹“国际笑话”。

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