尹棟佳里翁大橋

1、設(shè)計(jì)創(chuàng)新與抗震設(shè)計(jì) 橋梁基本資料 橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 橋梁墩塔設(shè)計(jì) 橋梁主梁與拉索 橋梁施工 橋梁基本資料 橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 橋梁墩塔設(shè)計(jì) 橋梁主梁與拉索 橋梁施工1.1.橋梁工程師的夢(mèng)魘科林斯灣 科林斯灣形成于一百萬年前的地球板塊漂移，它的出現(xiàn)將希臘大陸和伯羅奔尼撒半島阻斷開來，只在東部有一條狹長的陸上通道。深邃、寬闊、地震，復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和水文條件使得科林斯灣成為橋梁工程師的夢(mèng)魘，為此希臘政府規(guī)劃了近百年。 1.2.奧林匹克的獻(xiàn)禮里翁-安蒂里翁大橋 2004年6月，在希臘雅典奧運(yùn)會(huì)開幕前夕，里翁-安蒂里翁大橋正式通車運(yùn)營，成為第一座跨越科林斯海灣的橋梁。該橋?yàn)樗乃蹇缧崩瓨?，跨徑布置為?86+35

2、60+286）m，全長2252米，是世界上跨距最大的斜拉橋。 2007年，該橋被國際橋協(xié)授予“杰出工程獎(jiǎng)”。1.3.超級(jí)橋梁比自然更嚴(yán)苛 科林斯灣水深65米，典型的深水基礎(chǔ) 海床軟弱，30m厚的砂粘土，90m范圍無堅(jiān)硬土層，500m沒有巖床存在 強(qiáng)震頻發(fā)，40年間發(fā)生過3次里氏6.5級(jí)以上的地震，而合同規(guī)定橋梁要能夠承受2000年一遇的地震。 地震引起的砂土液化問題 橋梁基本資料 橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 橋梁墩塔設(shè)計(jì) 橋梁主梁與拉索 橋梁施工2.1.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn) 橋梁基礎(chǔ)是橋梁存在的前提，上述提到的所有嚴(yán)苛的自然環(huán)境橋梁基礎(chǔ)是橋梁存在的前提，上述提到的所有嚴(yán)苛的自然環(huán)境其實(shí)都是對(duì)基礎(chǔ)的要求。其實(shí)都是對(duì)

3、基礎(chǔ)的要求。 深水基礎(chǔ)可以定義為深水基礎(chǔ)可以定義為5-6m深度以上的基礎(chǔ)，一般采用鋼圍堰或深度以上的基礎(chǔ)，一般采用鋼圍堰或者沉井（箱）制造施工平臺(tái)。例如，者沉井（箱）制造施工平臺(tái)。例如，2008年建成通車的蘇通大橋主年建成通車的蘇通大橋主墩深約墩深約30m，施工平臺(tái)采用鋼護(hù)筒搭設(shè)。但是，科林斯海灣水深約，施工平臺(tái)采用鋼護(hù)筒搭設(shè)。但是，科林斯海灣水深約65m，搭設(shè)圍堰或護(hù)筒施工平臺(tái)是一項(xiàng)浩大的工程，需要耗費(fèi)大量，搭設(shè)圍堰或護(hù)筒施工平臺(tái)是一項(xiàng)浩大的工程，需要耗費(fèi)大量的鋼材。的鋼材。 群樁基礎(chǔ)是大跨徑斜拉橋常用的基礎(chǔ)形式，但是這種基礎(chǔ)需要群樁基礎(chǔ)是大跨徑斜拉橋常用的基礎(chǔ)形式，但是這種基礎(chǔ)需要一定厚度

4、持力層來將荷載傳遞到地基上。但是，物探表明，在海床一定厚度持力層來將荷載傳遞到地基上。但是，物探表明，在海床90m之內(nèi)沒有有效的持力土層，也就是這種基礎(chǔ)形式是不可行的。之內(nèi)沒有有效的持力土層，也就是這種基礎(chǔ)形式是不可行的。 里翁里翁-安蒂里翁大橋的抗震要求嚴(yán)苛，同時(shí)還要考慮地殼板塊的安蒂里翁大橋的抗震要求嚴(yán)苛，同時(shí)還要考慮地殼板塊的漂離。漂離。要求設(shè)計(jì)考慮可能的地質(zhì)構(gòu)造水平和豎向各要求設(shè)計(jì)考慮可能的地質(zhì)構(gòu)造水平和豎向各2m的變位的變位。 2.2.基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 里翁里翁-安蒂里翁大橋主橋橋塔基礎(chǔ)采用土體加固淺基礎(chǔ)和圓形鋼安蒂里翁大橋主橋橋塔基礎(chǔ)采用土體加固淺基礎(chǔ)和圓形鋼筋混凝土箱筏基礎(chǔ)相結(jié)合。筋混凝

5、土箱筏基礎(chǔ)相結(jié)合。 為了加強(qiáng)軟弱土層的抗剪承載能力和防止地震導(dǎo)致的土體液化，為了加強(qiáng)軟弱土層的抗剪承載能力和防止地震導(dǎo)致的土體液化，用長用長25-30m，直徑，直徑2m的鋼管以的鋼管以7-8m的間距對(duì)土體進(jìn)行的間距對(duì)土體進(jìn)行“加筋加筋”強(qiáng)強(qiáng)化。每個(gè)橋墩下大約有化。每個(gè)橋墩下大約有250根這樣的鋼管樁，大大提高了海床的承根這樣的鋼管樁，大大提高了海床的承載能力。同時(shí)，加固土體的抗剪強(qiáng)度能夠承受劇烈地震所產(chǎn)生的巨載能力。同時(shí)，加固土體的抗剪強(qiáng)度能夠承受劇烈地震所產(chǎn)生的巨大地震力以及由地震引起的對(duì)橋梁的動(dòng)水壓力。大地震力以及由地震引起的對(duì)橋梁的動(dòng)水壓力。 在加固土體上，鋪設(shè)在加固土體上，鋪設(shè)3m厚的

6、砂礫石層，其中底部厚的砂礫石層，其中底部0.5m厚為反濾厚為反濾沙層，其上為沙層，其上為2m厚直徑厚直徑10-80cm鵝卵石鋪設(shè)層，最上面鋪設(shè)厚鵝卵石鋪設(shè)層，最上面鋪設(shè)厚50cm的碎石層。主塔箱筏基礎(chǔ)直接放置在的碎石層。主塔箱筏基礎(chǔ)直接放置在3m厚的砂礫層上，基礎(chǔ)厚的砂礫層上，基礎(chǔ)與砂礫層沒有任何連接，完全靠結(jié)構(gòu)的自重保持平衡。與砂礫層沒有任何連接，完全靠結(jié)構(gòu)的自重保持平衡。 基礎(chǔ)尺寸很大，直徑達(dá)基礎(chǔ)尺寸很大，直徑達(dá)90m，類似一個(gè)頭小底大的，類似一個(gè)頭小底大的“不倒翁不倒翁”，從而能夠抵抗非對(duì)稱荷載產(chǎn)生的彎矩，防止橋塔傾覆。并用從而能夠抵抗非對(duì)稱荷載產(chǎn)生的彎矩，防止橋塔傾覆。并用32根根1m

7、寬的輻條梁增加其剛度。寬的輻條梁增加其剛度。 這種基礎(chǔ)實(shí)際上是一種淺基礎(chǔ)。它通過加“筋”提高軟土的承載力。通過砂礫層制造平坦的受力面，同時(shí)將荷載較均勻的傳遞到地基。 橋梁基礎(chǔ)尺寸加大可以增加抵抗彎矩，保持整體平衡，同時(shí)將荷載充分分散，對(duì)于軟弱地基的負(fù)擔(dān)減少。 我認(rèn)為最關(guān)鍵的創(chuàng)新在于對(duì)地震荷載的合理規(guī)避。地震是由縱波（P波）和橫波（S波）組成，橫波產(chǎn)生的剪切力對(duì)橋梁基礎(chǔ)破壞最大，人類建筑不可能和它直接對(duì)抗。里翁大橋的基礎(chǔ)和地基徹底分離，在運(yùn)動(dòng)中耗散能量。創(chuàng) 新 點(diǎn) 橋梁基本資料 橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 橋梁墩塔設(shè)計(jì) 橋梁主梁與拉索 橋梁施工3.1.橋墩設(shè)計(jì) 橋墩采用錐形中空設(shè)計(jì)。 錐形設(shè)計(jì)的橋墩增加了抗彎

8、慣性矩，有效增加了橋墩的穩(wěn)定性，同時(shí)增加了和基礎(chǔ)的連接處的抗剪能力。 主墩中空，節(jié)約鋼筋混凝土材料用量，在基礎(chǔ)放置完畢后，將主墩內(nèi)注水，進(jìn)一步增加了穩(wěn)定性，同時(shí)平衡掉與主墩外的海水壓力，加速基礎(chǔ)的沉降，減少后期的不均勻沉降。 這種設(shè)計(jì)也有利于抗震。在地震動(dòng)力荷載下，墩柱內(nèi)水的運(yùn)動(dòng)有利于能量的耗散。3.2 橋塔造型設(shè)計(jì) 古希臘是西方文明的發(fā)祥地，尤其在建筑方面取得過巨大成就。涌現(xiàn)出帕提農(nóng)神殿、雅典娜神廟、宙斯祭壇（帕加馬）等一系列建筑史上的精品。所以有“偉大屬于羅馬，光榮屬于希臘”的贊譽(yù)。浪漫的希臘人自然希望里翁-安蒂里翁大橋也成為藝術(shù)的建筑。 設(shè)計(jì)師選擇了鉆石型橋塔。底部是倒金字塔型結(jié)構(gòu)，用于

9、支撐，上部為四根分離的塔柱，然后結(jié)合在一點(diǎn)，其上是固定斜拉索的鋼錨箱。 從拓?fù)潢P(guān)系看，可以看做分離式倒Y型橋塔的一種。從美學(xué)角度看，這種橋塔本身造型美觀，對(duì)橋面寬度適應(yīng)性較強(qiáng)，分離的立柱使正橋向原先存在的索面空間閉合狀態(tài)被打破，形成開放式視覺空間，有效降低傾斜索面對(duì)行車人視覺可能產(chǎn)生的壓迫感。 當(dāng)然，里翁-安蒂里翁大橋成為藝術(shù)精品絕不僅是因?yàn)樗乃囆g(shù)造型，而在于它能夠跨越極端嚴(yán)苛環(huán)境，成為可以屹立百年的建筑。 橋梁基本資料 橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 橋梁墩塔設(shè)計(jì) 橋梁主梁與拉索 橋梁施工4.1 主梁與抗震設(shè)計(jì) 里翁-安蒂里翁大橋采用鋼-混組合結(jié)構(gòu)，寬度為27.20m，上部為25-35cm厚的混凝土橋面板，

10、下部為兩條平行的高度2.20m的字型縱梁，每隔4m有橫梁連接加強(qiáng)。 鋼-混組合梁通過抗剪連接件將鋼梁與混凝土翼板組合，充分發(fā)揮了混凝土抗壓強(qiáng)度高和鋼材抗拉性能好的優(yōu)點(diǎn)，提高鋼梁的穩(wěn)定性。與預(yù)應(yīng)力混凝土梁相比，組合梁具有自重輕的優(yōu)勢(shì)，而且組合梁的延性要好于預(yù)應(yīng)力混凝土梁，具有更好的耐久性。 4.2 主梁抗震設(shè)計(jì) 從整體結(jié)構(gòu)方面，該橋采用塔梁完全分離的漂浮體系，橋梁縱向完全自由，地震荷載不容易通過橋梁墩塔傳遞到主梁，也不會(huì)因?yàn)闃蛄夯A(chǔ)的移動(dòng)導(dǎo)致主梁拉斷或壓潰。根據(jù)設(shè)計(jì)，在運(yùn)營條件下，橋面板可以縱向調(diào)節(jié)2.5m，在極度地震荷載下，該位移允許達(dá)到5.0m而不會(huì)破壞。 從局部范圍看，每個(gè)橋塔和主梁之間都

11、有液壓阻尼減震系統(tǒng)。阻尼系統(tǒng)分為兩種：一種是具有一定強(qiáng)度的支柱，在運(yùn)營過程中起到限制主梁橫向位移的作用，在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下依然可以保證橋面正常通行。第二種是液壓減震阻尼器，在極端強(qiáng)震作用下，第一種支柱會(huì)發(fā)生斷裂，這時(shí)阻尼器會(huì)限制橋面在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)，并在這一過程中吸收釋放地震能量。 橋梁基本資料 橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 橋梁墩塔設(shè)計(jì) 橋梁主梁與拉索 橋梁施工5.1 地基處理 鋼管樁采用導(dǎo)管定位，重錘強(qiáng)夯的方法施工。施工平臺(tái)由巨大的平底船用錨碇固定形成，用GPRS對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行定位，深入到海底，再用液壓重錘對(duì)鋼管樁進(jìn)行強(qiáng)夯，每次重?fù)粝喈?dāng)于突然施加70t的重物。 砂礫層的施工也是利用導(dǎo)管進(jìn)行控制。將導(dǎo)管深入到定位位置

12、，然后灌入砂礫，隨著導(dǎo)管的移動(dòng)，砂礫按照設(shè)計(jì)高度形成設(shè)計(jì)厚度。根據(jù)聲納測(cè)試，這種方法鋪設(shè)的砂礫層高度誤差在5cm之內(nèi)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。5.2 基礎(chǔ)施工 在水深65m進(jìn)行深水基礎(chǔ)施工是很困難的，不管是澆筑水下混凝土還是建立施工平臺(tái)都是一項(xiàng)浩大的工程，因此，里翁-安蒂里翁大橋基礎(chǔ)采用在岸邊施工，拖曳定位的方式完成的。 橋梁的基礎(chǔ)是巨大的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在預(yù)制場(chǎng)預(yù)制完成重達(dá)6 4 000t。但是，在設(shè)計(jì)時(shí)是中空的，分為32個(gè)空氣艙室，這樣，基礎(chǔ)可以浮在水面上。 基礎(chǔ)吃水深度為12m，這樣的拖曳力也需要很大，是用挪威的破冰船拖曳到指定位置。 5.3 橋梁主墩施工 當(dāng)基礎(chǔ)拖曳到指定位置固定后，此時(shí)橋墩的作業(yè)面是浮在水面以上的，就開始澆筑混凝土，隨著混凝土的澆筑，橋塔會(huì)緩慢下沉，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)空氣艙中的水量調(diào)節(jié)主體平衡和工作面高度。 當(dāng)水下部分橋墩施工完畢，基礎(chǔ)和砂礫層接近時(shí)，控制空氣艙水量實(shí)現(xiàn)精確基礎(chǔ)安放，基礎(chǔ)安放誤差在10cm之內(nèi)。在橋墩內(nèi)注水加速沉降，減少成橋后的沉降和不均勻沉降。然后完成橋墩水上部分包括倒金字塔部分的的施工。這種施工方法無須建造大型圍堰，同時(shí)避免了澆筑水下混凝土，施工平面容易控制，基礎(chǔ)安放平穩(wěn)，誤差容易控制。5.4 橋梁主塔施工 主