第六章斜拉橋橋例-蘇通大橋

第六章斜拉橋橋例——蘇通大橋第一頁，共33頁。6.1工程概況蘇通長江公路大橋（簡稱“蘇通大橋”）位于江蘇省東部的長江口南通河段，連接蘇州、南通兩市。上游距江陰長江公路大橋約82km，下游距長江人?？诩s108km。第二頁，共33頁。蘇通長江公路大橋是交通部規(guī)劃的黑龍江嘉蔭至福建南平國家重點干線公路跨越長江的重要通道，也是江蘇省公路主骨架網(wǎng)“縱一”——贛榆至吳江高速公路的重要組成部分，是我國建橋史上工程規(guī)模最大、綜合建設(shè)條件最復(fù)雜的特大型橋梁工程。第三頁，共33頁。建設(shè)蘇通大橋?qū)ν晟茋液徒K省干線公路網(wǎng)、促進(jìn)區(qū)域均衡發(fā)展以及沿江整體開發(fā)，改善長江安全航運條件、緩解過江交通壓力、保證航運安全等具有十分重要的意義。蘇通大橋工程起于通啟高速公路的小?；ネ⒔唬K于蘇嘉杭高速公路董浜互通立交。路線全長32.4公里，主要由北岸接線工程、跨江大橋工程和南岸接線工程三部分組成。蘇通大橋前期工作經(jīng)歷了規(guī)劃、預(yù)可、工可、初設(shè)和施工圖設(shè)計等階段。從1991年進(jìn)行規(guī)劃研究，至2003年6月27日開工，歷時12年。2008年6月30日建成通車。第四頁，共33頁?？缃髽蚬こ蹋嚎傞L8206m，其中主橋采用100+100+300+1088+300+100+100=2088m的7跨連續(xù)鋼箱梁雙塔雙索面斜拉橋。斜拉橋主孔跨度1088m，列世界第一；主塔高度300.4m，列世界第一；斜拉索的長度577m，列世界第一；主橋兩個主墩基礎(chǔ)分別采用131根直徑2.5m~2.85m，長約120m的灌注樁，群樁基礎(chǔ)平面尺寸113.75mX48.1m，列世界第一。全長3.1公里的跨東博斯魯斯海峽大橋2012年8月1日正式開通。主跨1104米，塔高超過320米使它成為全球斜拉橋之最。大橋橫跨東博斯魯斯海峽，連接俄羅斯島與俄羅斯遠(yuǎn)東符拉迪沃斯托克市，后者是俄羅斯每年舉行亞太經(jīng)濟合作組織峰會的地方。第五頁，共33頁。專用航道橋采用140+268+140=548米的T型剛構(gòu)梁橋，為同類橋梁工程世界第二；南北引橋采用30、50、75米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。建成當(dāng)年，榮獲國際橋梁大會喬治?理查德森大獎，這是我國橋梁工程獲得的最高國際獎項。北岸接線工程：路線總長15．1公里，設(shè)互通立交兩處，主線收費站、服務(wù)區(qū)各一處。南岸接線工程：路線總長9．1公里，設(shè)互通立交一處。共需鋼材約25萬噸（鋼箱梁4.9萬噸，斜拉索6278噸），混凝土140萬方，填方320萬方，占用土地一萬多畝，拆遷建筑物26萬平米。工程總投資約64.5億元，計劃建設(shè)工期為六年第六頁，共33頁。6.2設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)公路等級：平原微丘區(qū)全封閉雙向六車道高速公路計算行車速度：南、北兩岸接線為120公里/小時，跨江大橋為100公里/小時。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期：主橋100年，副橋和引橋60年汽車荷載：汽車-超20級，掛車-120橋面凈空及標(biāo)準(zhǔn)橫斷面：橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度34m縱坡：≤3%橫坡：≤2%抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：橋位區(qū)地震基本烈度VI度。采用100年10%，100年4%兩種水平抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。主橋正常使用極限狀態(tài)的擾震設(shè)計重現(xiàn)期為950年，承載能力極限態(tài)的抗震設(shè)計重現(xiàn)期為2450年。第七頁，共33頁。抗風(fēng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：運營階段設(shè)計重現(xiàn)期為100年，施工階段設(shè)計重現(xiàn)期為30年。橋位處10m高處100年一遇基本風(fēng)速為38.9m/s，30年一遇基本風(fēng)速為35.4m/s；與汽車荷載組合的風(fēng)力按橋面風(fēng)速25m/s計算，超過25m/s不與汽車荷載組合。設(shè)計洪水頻率：1/300。設(shè)計水位：300年一遇設(shè)計洪水位5.29m（85國家高程系統(tǒng)）。通航標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)專題研究，主通航孔的通航類型為單孔雙航道，凈寬891m，凈高62m?？蓾M足5萬噸級集裝箱貨輪和4.8萬噸船隊通航需要。船舶撞擊力標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)船舶撞擊力標(biāo)準(zhǔn)專題研究，主橋索塔基礎(chǔ)采用的船舶撞擊力標(biāo)準(zhǔn)為橫橋向約130MN，縱橋向約為65MN。第八頁，共33頁。6.3基礎(chǔ)與承臺地質(zhì)水文條件：蘇通大橋主墩位于長江河口感潮河段，水深流急，受潮涉的影響流速流向多變。橋位區(qū)為第四系地層分布，厚度達(dá)270m以上。主橋深水基礎(chǔ)持力層深度為70-90m。蘇通大橋主橋基礎(chǔ)用鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)：樁基礎(chǔ)適應(yīng)地層的能力強、穩(wěn)定性好，承臺施工采用鋼吊箱圍堰技術(shù)，國內(nèi)具有相對比較成熟的經(jīng)驗。索塔基礎(chǔ)采用131根直徑2.8/2.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)（鋼護(hù)筒內(nèi)徑2.8m），梅花形布置。按照摩擦樁設(shè)計，考慮鋼護(hù)筒與樁基礎(chǔ)共同受力。北、南塔基樁長分別為117m和114m。每個塔柱下承臺平面尺寸為50.55m×48.1m，其厚度由邊緣的5m變化到最厚處的13.324m；每個承臺混凝土方量為42271m3，鋼筋總質(zhì)量6500t，采用分區(qū)、分層方法進(jìn)行澆注。第九頁，共33頁。兩塔柱下承臺之間由系梁連接成啞鈴型，平面尺寸113.75m×48.1m。兩承臺之間采用12.65m×27.1m系梁相連，系梁的厚度為6m。為有效地發(fā)揮樁底承載能力，減少基礎(chǔ)沉降，采用了樁底壓漿方法和沖刷防護(hù)。實測表明有效地提高了樁基的承載力20%以上。該橋的基礎(chǔ)為世界最大規(guī)模的深水群樁基礎(chǔ)，主塔墩采用高樁承臺鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。主塔墩基礎(chǔ)施工首次采用永久鋼護(hù)筒支承鉆孔施工平臺，有效地解決了施工水域水深35m、流速4.01m/s、局部沖刷深度28m下，常規(guī)鋼管樁平臺難以實施的難題，保證了平臺的順利搭設(shè)和使用安全，節(jié)約了6000t臨時結(jié)構(gòu)用鋼。第十頁，共33頁。第十一頁，共33頁。鋼護(hù)筒采用打樁船和振動打樁機兩種方式施工。為滿足定位精度要求，施工過程中采用了增大拋錨質(zhì)量穩(wěn)定打樁船、設(shè)置專用定位導(dǎo)向架構(gòu)造、選擇每天2次的平潮期進(jìn)行下沉、利用先進(jìn)測量手段監(jiān)測等綜合措施。采用PHP優(yōu)質(zhì)泥漿集中制漿和循環(huán)凈化措施。為減小施工平臺搭設(shè)的難度，降低施工風(fēng)險，施工中采用大直徑、入土深的鋼管樁作為平臺支承結(jié)構(gòu)，滿足了深水大波浪條件下平臺及單樁的穩(wěn)定性要求。主墩承臺施工采用鋼吊箱圍堪技術(shù)蘇通大橋主4#、主5#墩鋼吊箱質(zhì)量分別為5316t和5087t，平面尺寸117.95m×52.3m。第十二頁，共33頁。2個主塔墩鋼吊箱均設(shè)計為雙壁有底白浮式鋼結(jié)構(gòu)，包括底板、壁體、內(nèi)撐、拉壓桿和定位系統(tǒng)5大部分。采用工廠分塊預(yù)制、現(xiàn)場拼裝、計算機控制下沉的施工方法。4#墩鋼吊箱分3次接高下沉，主5#墩鋼吊箱采用1次拼裝完成后整體下沉。主5#鐓鋼吊箱的沉放成功實施了40臺千斤頂聯(lián)動，下放位移同步性控制在1cm以內(nèi)，在國內(nèi)外首次實現(xiàn)了水上超大鋼吊箱使用液壓干斤頂在復(fù)雜請況條件下的安全沉放。通過成功試配高流動、自流平、自密實、緩凝型混凝土，實現(xiàn)了封底混凝土一次性澆筑成功。第十三頁，共33頁。6.4索塔大橋主塔采用倒Y形，由上塔柱、中塔柱、下塔柱橫梁和交匯段組成的，見圖6-2。每座主塔耗用混凝土2.8萬m3，鋼材9000多噸。第十四頁，共33頁。索塔尺寸塔高為300.4m，其中上塔柱高91.4m，中塔柱高155.8m，下塔柱高53.2m；塔底面塔肢中心間距62.0m；塔柱采用變截面空心箱形斷面，塔柱底部設(shè)實心段。索塔在66.3m處設(shè)置橫梁，采用箱形變高結(jié)構(gòu)。索塔錨固區(qū)采用鋼混結(jié)構(gòu)，鋼錨箱共30節(jié)，總高度73.6m，自上而下分為A、B、C三種類型，其中A類和C類鋼錨箱各1節(jié)，B類鋼錨箱28節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段高2.3~2.9m，底節(jié)鋼錨箱高3.6m。第十五頁，共33頁。索塔施工：采用DOKASKE自動液壓爬模系統(tǒng)施工，共劃分68個節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)段高度4.5m。塔柱施工到第18節(jié)段后，采用15根1400mm×14mm鋼管支架支撐進(jìn)行下橫梁現(xiàn)澆施工。索塔施工塔吊采用POTAIN-MD3600垮吊，最本吊裝高度315m。鋼錨箱每次吊裝2節(jié)，精確測量定位后，進(jìn)行塔柱鋼筋綁扎和混凝澆筑。第十六頁，共33頁。第十七頁，共33頁。蘇通大橋索塔錨固應(yīng)是在對預(yù)應(yīng)力錨固、鋼錨梁錨固和鋼錨箱錨固等方案比選的基礎(chǔ)上，確定采用鋼錨箱錨固方案，索塔鋼錨箱構(gòu)造如圖6-3所示。第十八頁，共33頁。鋼錨箱錨固方案主要具有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)受力明確，構(gòu)造合理：斜拉索的水平拉力主要由鋼錨箱承擔(dān)，豎向力主要通過鋼錨箱的剪力釘傳遞到混凝土塔壁，由混凝土承擔(dān)。傳力路徑簡單直接，受力均勻。鋼錨箱采用工廠制作、預(yù)拼、現(xiàn)場安裝、栓接的方式進(jìn)行施正：使結(jié)構(gòu)施工更方便，檢查和維護(hù)更容易，進(jìn)度快，質(zhì)量好。結(jié)構(gòu)耐久性好：對鋼錨箱進(jìn)行精加工和涂裝，索塔錨固區(qū)設(shè)置除濕系統(tǒng)，加強對錨固區(qū)鋼結(jié)構(gòu)的防腐保護(hù)。蘇通大橋每個索塔鋼錨箱共30節(jié)錨固第4~34對斜拉斜，各節(jié)段之間通過螺栓連接，底節(jié)鋼錨箱直接支撐在混凝土底座上。底1~3對斜拉索直接錨固在混凝土底座上。第十九頁，共33頁。6.5斜拉索斜拉索采用平行鋼絲拉索體系，采用的是寶鋼生產(chǎn)的直徑7mm、強度等級為1770MPa的國產(chǎn)高強度、低松弛鍍鋅鋼絲（國內(nèi)首次）。全橋4×34×2=272根斜拉索，最長577m，最大規(guī)格為PES7-313，單根最大質(zhì)量為59t。主要通過下列措施提供斜拉索的耐久性能。索體：采用耐久性極好的氟化膜(PVF)膠帶，索體的防護(hù)體系為鋼絲鍍辭+氟化膜膠帶+雙層熱擠聚乙烯護(hù)套。針對螺母承壓式錨具：開發(fā)了新型錨具防腐涂層技術(shù)，使錨具外表面鋅層達(dá)80-120μm。為了確保索體護(hù)套與錨具之間的密封性能，采用了新型密封技術(shù)。進(jìn)行了嚴(yán)格的水密性試驗和拉彎疲勞試驗研究。第二十頁，共33頁。蘇通大橋的斜拉索創(chuàng)造了4個世界第一：單根最長577m；單根最大質(zhì)量為59t；斜拉索壽命50年；無應(yīng)力條件下長度偏差ΔL≤1/20000L。斜拉索張掛施工斜拉索張掛施工工序包括：索上橋面、展索、掛設(shè)及張拉。根據(jù)斜拉索的質(zhì)量，錨固牽引力的大小以及張拉施工空間要求，1#~6#、7#~20#、21#~34#索分別采用不同的方法進(jìn)行施工，主要區(qū)別在于索的牽引和張拉工藝的選用：1#~6#索采用塔端硬牽引、塔端張拉的方法；7#~20#索采用梁端軟牽引、塔端張拉的方法；21#~34#索采用梁端軟硬組合牽引、梁端張拉的方法。第二十一頁，共33頁。拉索風(fēng)致振動采用平行鋼絲扭絞型斜拉索，梁上基本索距16m，邊跨尾索距12m；塔上索距2.3~3.55m，長度153~577m。為使風(fēng)雨激振和渦激振動得到抑制，通過試驗確定了采用氣動措施、阻尼器（3%附加阻尼），同時預(yù)留輔助索的綜合減振方案，合理有效地控制了拉索風(fēng)致振動。斜拉索表面采用氣動措施后，設(shè)計風(fēng)速下的風(fēng)阻系數(shù)滿足Cd≤0.8要求。蘇通大橋阻尼器安裝示意圖見圖6-4。第二十二頁，共33頁。6.6鋼箱梁流線型扁平鋼箱梁具有抗扭剛度大、空氣動力穩(wěn)定性好的特點，且全封閉結(jié)構(gòu)利于防腐，便于養(yǎng)護(hù)。因此采用了傳統(tǒng)的全封閉扁平箱形結(jié)構(gòu)。鋼箱梁鋼板厚度較大和關(guān)鍵受力區(qū)段構(gòu)件，采用Q370qD鋼種，其他部位采用Q345qD鋼種。第二十三頁，共33頁。鋼箱梁在設(shè)計時進(jìn)行了改進(jìn)：針對目前鋼箱梁頂板和橋面鋪裝病害，將加勁肋適當(dāng)加高加厚，有利于提高橋面板剛度和抗疲勞性能，更好地應(yīng)對重交通荷載帶來的不利因素，減少橋面鋪裝病害的發(fā)生。為保證其具有足夠的抗壓屈能力，設(shè)置了兩道300mmx36mm（外腹板厚36mm）、300mmx30mm（外腹板厚30mm）平板加勁肋。拉索錨固附近增設(shè)兩道220mmx20mm平板加勁肋，以增大外腹板剛度。為改善橫隔板的受力性能，考慮工藝可能性，設(shè)計采用對接式橫隔板。加工時，考慮設(shè)備能力，采用整體式橫隔板。第二十四頁，共33頁。鋼箱梁內(nèi)設(shè)置兩道縱隔板，豎向支承區(qū)、壓重區(qū)和索塔附近采用實腹板式，其他部位采用桁架式；桁架式縱隔板由T形鋼和角鋼組成，實腹板式縱隔板采用整體式。為減小主梁的渦激振動，在梁底檢查車軌道的兩側(cè)設(shè)置了導(dǎo)流板。導(dǎo)流板標(biāo)準(zhǔn)段長3.9m，設(shè)兩道縱向加勁肋，板厚4mm。導(dǎo)流板不參與橋梁受力，節(jié)段間設(shè)有100mm斷逢。鋼箱梁采用全焊扁平流線型結(jié)構(gòu)，分為標(biāo)準(zhǔn)梁段和大塊梁段，共17種類型，141個節(jié)段，全寬41m、高4m，最重的一塊鋼箱梁超過了1200t，標(biāo)準(zhǔn)梁段鋼箱梁質(zhì)量為450t，合龍段和0#塊鋼箱梁質(zhì)量為120t。第二十五頁，共33頁。鋼箱梁吊裝：梁段采用工廠制造，水運至現(xiàn)場吊裝的施工方法。大塊梁段采用大型浮吊吊裝，標(biāo)準(zhǔn)梁段采用橋面吊機吊裝。提升系統(tǒng)有兩種選擇：卷揚機提升系統(tǒng)，代表工程有日本多多羅大橋；鋼絞線提升系統(tǒng)，代表工程有南京二橋、南京三橋。綜合考慮，橋面吊機采用了鋼絞線千斤頂提升系統(tǒng)。第二十六頁，共33頁。鋼箱梁移運及架設(shè)：板件在工廠加工，通過水上運輸?shù)浇M(jìn)行組拼、試拼裝、涂裝，然后運輸?shù)綐蛭弧ｄ撓淞杭茉O(shè)從主塔開始，對稱架梁至邊跨合龍，邊跨橋面吊機停止作業(yè)，然后中跨橋面吊機繼續(xù)施工至中跨合龍。第二十七頁，共33頁。第二十八頁，共33頁。蘇通大橋上部結(jié)構(gòu)鋼箱梁架設(shè)在多功能雙橋面吊機研發(fā)、大節(jié)段3向調(diào)位工