1、斜拉桥桥例斜拉桥桥例苏通大桥苏通大桥 6.1 工程概况工程概况 苏通长江公路大桥（简称“苏通大桥”）位于江苏省东部的长江口南通河段，连接苏州、南通两市。上游距江阴长江公路大桥约82km，下游距长江人海口约108 km。?苏通长江公路大桥是交通部规划的黑龙江嘉荫至福建南平国家重点干线公路跨越长江的重要通道，也是江苏省公路主骨架网“纵一”赣榆至吴江高速公路的重要组成部分，是我国建桥史上工程规模最大、综合建设条件最复杂的特大型桥梁工程。?建设苏通大桥对完善国家和江苏省干线公路网、促进区域均衡发展以及沿江整体开发，改善长江安全航运条件、缓解过江交通压力、保证航运安全等具有十分重要的意义。?苏通大桥工程
2、起于通启高速公路的小海互通立交，终于苏嘉杭高速公路董浜互通立交。路线全长32.4公里，主要由北岸接线工程、跨江大桥工程跨江大桥工程和南岸接线工程三部分组成。?苏通大桥前期工作经历了规划、预可、工可、初设和施工图设计等阶段。从1991年进行规划研究，至2003年6月27日开工，历时12年。2008 年 6 月 30 日建成通车。?跨江大桥工程：?总长8206m，其中主桥采用 100+100+300+1088+300+100+100=2088m的7跨连续钢箱梁双塔双索面斜拉桥。?斜拉桥主孔跨度1088m，列世界第一；?主塔高度300.4m，列世界第一；?斜拉索的长度577m，列世界第一；?主桥两个
3、主墩基础分别采用131根直径2.5m2.85m，长约120m的灌注桩，群桩基础平面尺寸113.75mX48.1m，列世界第一。全长3.1公里的跨东博斯鲁斯海峡大桥2012年8月1日正式开通。主跨1104米，塔高超过320米使它成为全球斜拉桥之最。大桥横跨东博斯鲁斯海峡，连接俄罗斯岛与俄罗斯远东符拉迪沃斯托克市，后者是俄罗斯每年举行亚太经济合作组织峰会的地方。?专用航道桥采用140+268+140=548米的T型刚构梁桥，为同类桥梁工程世界第二；?南北引桥采用30、50、75米预应力混凝土连续梁桥。?建成当年，荣获国际桥梁大会乔治?理查德森大奖，这是我国桥梁工程获得的最高国际奖项。?北岸接线工程
4、：路线总长151公里，设互通立交两处，主线收费站、服务区各一处。?南岸接线工程：路线总长91公里，设互通立交一处。共需钢材约25万吨（钢箱梁4.9万吨，斜拉索6278吨），混凝土140万方，填方320万方，占用土地一万多亩，拆迁建筑物26万平米。工程总投资约64.5亿元，计划建设工期为六年 6.2 设计标准设计标准?公路等级：平原微丘区全封闭双向六车道高速公路?计算行车速度：南、北两岸接线为120公里/小时，跨江大桥为100公里/小时。?桥梁结构设计基准期：主桥100年，副桥和引桥60年?汽车荷载：汽车-超 20 级，挂车-120?桥面净空及标准横断面：桥梁标准宽度34 m?纵坡：3%?横坡：
5、2%?抗震设防标准：桥位区地震基本烈度VI度。采用100年10%，100年4%两种水平抗震设防标准。主桥正常使用极限状态的扰震设计重现期为950年，承载能力极限态的抗震设计重现期为2450 年。?抗风设计标准抗风设计标准：运营阶段设计重现期为100年，施工阶段设计重现期为30年。桥位处10m高处100年一遇基本风速为38.9m/s，30年一遇基本风速为35.4 m/s；与汽车荷载组合的风力按桥面风速25 m/s计算，超过25m/s不与汽车荷载组合。?设计洪水频率设计洪水频率：1/300。?设计水位设计水位：300年一遇设计洪水位 5.29 m（85国家高程系统）。?通航标准通航标准：经专题研究
6、，主通航孔的通航类型为单孔双航道，净宽891 m，净高62 m。可满足5万吨级集装箱货轮和4.8万吨船队通航需要。?船舶撞击力标准船舶撞击力标准：经船舶撞击力标准专题研究，主桥索塔基础采用的船舶撞击力标准为横桥向约130 MN，纵桥向约为65 MN。6.3 基础与承台基础与承台?地质水文条件：苏通大桥主墩位于长江河口感潮河段，水深流急，受潮涉的影响流速流向多变。桥位区为第四系地层分布，厚度达270 m以上。主桥深水基础持力层深度为70-90 m。?苏通大桥主桥基础用钻孔灌注桩群桩基础：桩基础适应地层的能力强、稳定性好，承台施工采用钢吊箱围堰技术，国内具有相对比较成熟的经验。?索塔基础采用131
7、根直径2.8/2.5m钻孔灌注桩基础（钢护筒内径2.8m），梅花形布置。?按照摩擦桩设计，考虑钢护筒与桩基础共同受力。北、南塔基桩长分别为117m和114m。?每个塔柱下承台平面尺寸为50.55m48.1m，其厚度由边缘的5m变化到最厚处的13.324m；每个承台混凝土方量为42271 m3，钢筋总质量6500 t，采用分区、分层方法进行浇注。?两塔柱下承台之间由系梁连接成哑铃型，平面尺寸113.75m48.1m。两承台之间采用12.65m27.1m系梁相连，系梁的厚度为6m。?为有效地发挥桩底承载能力，减少基础沉降，采用了桩桩底压浆方法和冲刷防护底压浆方法和冲刷防护。实测表明有效地提高了桩基
8、的承载力20%以上。?该桥的基础为世界最大规模世界最大规模的深水群桩基础，主塔墩采用高桩承台钻孔灌注桩基础。?主塔墩基础施工首次采用永久钢护筒支承钻孔施工平首次采用永久钢护筒支承钻孔施工平台台，有效地解决了施工水域水深35 m、流速4.01 m/s、局部冲刷深度28 m 下，常规钢管桩平台难以实施的难题，保证了平台的顺利搭设和使用安全，节约了 6000t 临时结构用钢。?钢护筒采用打桩船和振动打桩机两种方式施工。为满足定位精度要求，施工过程中采用了增大抛锚质量稳定打桩船、设置专用定位导向架构造、选择每天2次的平潮期进行下沉、利用先进测量手段监测等综合措施。采用PHP优质泥浆集中制浆和循环净化措
9、施。?为减小施工平台搭设的难度，降低施工风险，施工中采用大直径、入土深的钢管桩作为平台支承结构钢管桩作为平台支承结构，满足了深水大波浪条件下平台及单桩的稳定性要求。?主墩承台施工采用钢吊箱围堪钢吊箱围堪技术?苏通大桥主4#、主5#墩钢吊箱质量分别为5316 t 和5087t，平面尺寸117.95 m52.3m。?2个主塔墩钢吊箱均设计为双壁有底白浮式钢结构，包括底板、壁体、内撑、拉压杆和定位系统 5 大部分。?采用工厂分块预制、现场拼装、计算机控制下沉的施工方法。4#墩钢吊箱分3次接高下沉，主5#墩钢吊箱采用1次拼装完成后整体下沉。主5#镦钢吊箱的沉放成功实施了40台千斤顶联动，下放位移同步性
10、控制在1cm以内，在国内外首次实现了水上超大钢吊箱使用首次实现了水上超大钢吊箱使用液压干斤顶在复杂请况条件下的安全沉放液压干斤顶在复杂请况条件下的安全沉放。?通过成功试配高流动、自流平、自密实、缓凝型混凝混凝土土，实现了封底混凝土一次性浇筑成功。6.4 索塔索塔?大桥主塔采用倒Y形，由上塔柱、中塔柱、下塔柱横梁和交汇段组成的，见图 6-2。每座主塔耗用混凝土 2.8 万m3，钢材9000多吨。?索塔尺寸索塔尺寸?塔高为300.4m，其中上塔柱高91.4m，中塔柱高155.8m，下塔柱高53.2m；?塔底面塔肢中心间距62.0m；?塔柱采用变截面空心箱形断面，塔柱底部设实心段。?索塔在66.3m
11、处设置横梁，采用箱形变高结构。?索塔锚固区采用钢混结构，钢锚箱共30节，总高度73.6m，自上而下分为A、B、C三种类型，其中A类和C类钢锚箱各1节，B类钢锚箱28节，标准节段高2.32.9m，底节钢锚箱高3.6m。?索塔施工：?采用DOKASKE自动液压爬模系统自动液压爬模系统施工，共划分68个节段，标准段高度4.5m。?塔柱施工到第18节段后，采用15根1400mm14mm钢管支架支撑钢管支架支撑进行下横梁现浇下横梁现浇施工。?索塔施工塔吊采用POTAIN-MD3600垮吊，最本吊装高度315m。?钢锚箱每次吊装2节，精确测量定位后，进行塔柱钢筋绑扎和混凝浇筑。?苏通大桥索塔锚固应是在对预
12、应力锚固、钢锚梁锚固和钢锚箱锚固等方案比选的基础上，确定采用钢锚箱锚固方案，索塔钢锚箱构造如图 6-3 所示。?钢锚箱锚固方案主要具有以下优点：?结构受力明确，构造合理：斜拉索的水平拉力主要由钢锚箱承担，竖向力主要通过钢锚箱的剪力钉传递到混凝土塔壁，由混凝土承担。传力路径简单直接，受力均匀。?钢锚箱采用工厂制作、预拼、现场安装、栓接的方式进行施正：使结构施工更方便，检查和维护更容易，进度快，质量好。?结构耐久性好：对钢锚箱进行精加工和涂装，索塔锚固区设置除湿系统，加强对锚固区钢结构的防腐保护。苏通大桥每个索塔钢锚箱共30节锚固第434对斜拉斜，各节段之间通过螺栓连接，底节钢锚箱直接支撑在混凝土
13、底座上。底13对斜拉索直接锚固在混凝土底座上。6.5 斜拉索斜拉索?斜拉索采用平行钢丝拉索体系，采用的是宝钢生产的直径7mm、强度等级为1770MPa的国产高强度、低松弛镀锌钢丝（国内首次）。全桥4342=272根斜拉索，最长577m，最大规格为PES7-313，单根最大质量为59t。?主要通过下列措施提供斜拉索的耐久性能。?索体：采用耐久性极好的氟化膜(PVF)胶带，索体的防护体系为钢丝镀辞+氟化膜胶带+双层热挤聚乙烯护套。?针对螺母承压式锚具：开发了新型锚具防腐涂层技术，使锚具外表面锌层达80-120m。?为了确保索体护套与锚具之间的密封性能，采用了新型密封技术。?进行了严格的水密性试验和
14、拉弯疲劳试验研究。?苏通大桥的斜拉索创造了 4 个世界第一：?单根最长 577 m；?单根最大质量为 59 t；?斜拉索寿命50 年；?无应力条件下长度偏差 L1/20000L。?斜拉索张挂施工?斜拉索张挂施工工序包括：索上桥面、展索、挂设及张拉。?根据斜拉索的质量，锚固牵引力的大小以及张拉施工空间要求，1#6#、7#20#、21#34#索分别采用不同的方法进行施工，主要区别在于索的牵引和张拉工艺的选用：?1#6#索采用塔端硬牵引、塔端张拉的方法；?7#20#索采用梁端软牵引、塔端张拉的方法；?21#34#索采用梁端软硬组合牵引、梁端张拉的方法。?拉索风致振动拉索风致振动?采用平行钢丝扭绞型斜
15、拉索，梁上基本索距16m，边跨尾索距12m；塔上索距2.33.55m，长度153577m。?为使风雨激振和涡激振动得到抑制，通过试验确定了采用气动措施、阻尼器（3%附加阻尼），同时预留辅助索的综合减振方案，合理有效地控制了拉索风致振动。u斜拉索表面采用气动措施后，设计风速下的风阻系数满足Cd0.8要求。苏通大桥阻尼器安装示意图见图6-4。6.6 钢箱梁钢箱梁?流线型扁平钢箱梁具有抗扭刚度大、空气动力稳定性好的特点，且全封闭结构利于防腐，便于养护。因此采用了传统的全封闭扁平箱形结构。?钢箱梁钢板厚度较大和关键受力区段构件，采用Q370qD钢种，其他部位采用Q345qD钢种。?钢箱梁在设计时进行了
16、改进：?针对目前钢箱梁顶板和桥面铺装病害，将加劲肋适当加高加厚，有利于提高桥面板刚度和抗疲劳性能，更好地应对重交通荷载带来的不利因素，减少桥面铺装病害的发生。?为保证其具有足够的抗压屈能力，设置了两道 300 mm x36 mm（外腹板厚36mm）、300 mm x 30 mm（外腹板厚 30 mm）平板加劲肋。拉索锚固附近增设两道220mm x 20 mm 平板加劲肋，以增大外腹板刚度。?为改善横隔板的受力性能，考虑工艺可能性，设计采用对接式横隔板。加工时，考虑设备能力，采用整体式横隔板整体式横隔板。?钢箱梁内设置两道纵隔板，竖向支承区、压重区和索塔附近采用实腹板式，其他部位采用桁架式；桁架
17、式纵隔板由 T 形钢和角钢组成，实腹板式纵隔板采用整体式。?为减小主梁的涡激振动，在梁底检查车轨道的两侧设置了导流板导流板。导流板标准段长3.9 m，设两道纵向加劲肋，板厚4mm。导流板不参与桥梁受力，节段间设有100 mm断逢。钢箱梁采用全焊扁平流线型结构，分为标准梁段和大块梁段，共17种类型，141个节段，全宽41m、高4m，最重的一块钢箱梁超过了1200t，标准梁段钢箱梁质量为450t，合龙段和0#块钢箱梁质量为120t。?钢箱梁吊装：梁段采用工厂制造，水运至现场吊装的施工方法。大块梁段采用大型浮吊吊装，标准梁段采用桥面吊机吊装。?提升系统有两种选择：?卷扬机提升系统，代表工程有日本多多
18、罗大桥；?钢绞线提升系统，代表工程有南京二桥、南京三桥。?综合考虑，桥面吊机采用了钢绞线千斤顶提升系统。?钢箱梁移运及架设钢箱梁移运及架设：板件在工厂加工，通过水上运输到近江进行组拼、试拼装、涂装，然后运输到桥位。钢箱梁架设从主塔开始，对称架梁至边跨合龙，边跨桥面吊机停止作业，然后中跨桥面吊机继续施工至中跨合龙。?苏通大桥上部结构钢箱梁架设在多功能双桥面吊机研发、大节段3向调位工艺、中跨顶推合龙施工工艺和控制方法等方面取得了创新性成果。?施工阶段采用调质阻尼器、临时抗风缆等抗风措施。?苏通大桥索塔与主梁间横向设置抗风支座、纵向设置额定行程功能的阻尼器，不设竖向支座。额定行程功能的阻尼器具有如下
19、功效：?动力荷载作用时，装置阻尼耗能，有效地减少了索塔动力荷载反应，同时将主梁纵向位移控制在额定行程内；?静力荷载作用时，主梁纵向位移不容许超出额定值，在额定行程内，装置不约束主梁纵向位移。6.7 施工控制施工控制?总体施工程序：辅助跨、边跨大块梁段吊装索塔区梁吊装、斜拉索张挂及桥面吊机安装双悬臂段标准梁段安装及斜拉索张挂边跨合龙单悬臂段标准梁段安装及两侧斜拉索张挂中跨合龙。?本桥采用了全过程自适应几何控制法：通过全过程（制造+安装）精确控制结构构件的无应力尺寸与形状，以及实现控制对象和被控制对象自适应来达到控制桥梁结构最终线形和内力的一类控制方法。?实施主要分成 3 个阶段：计划阶段、制造阶
20、段和安装阶段?计划阶段：通过建立三维有限元模型对全桥结构进行计 算分析，得到各构件的无应力尺寸以及线形，如自立状态索塔锚固点坐标，主梁梁长以及线形，斜拉索的制作长度。通过计算分析，还可以得到各梁段安装时的位置从而得到安装的目标线形。?制造阶段：将精度控制的概念带人构件的制造阶段，包括索塔制造的施工控制、梁段匹配制造，以及斜拉索的精确制造。?安装阶段安装阶段：?遵从“采用钢箱梁制造线形控制主梁局部线形，采用斜拉索无应力长度控制总体线形 的原则。?采用高精度的对接设备和调节设备进行梁段的匹配对接，确保实际安装钢箱梁无应力线形能与理论无应力线形的线形一致；?采用先进的监测于段对包括索塔线形，主梁线形以及梁长等结构几何构形进行测量，并同步监测结构的应力；?同步全程监测环境因素，包括温度、风等，并根据测试结果进行温度和风的修正。?对比修正后的线形与理想目标线形，判断误差是否超出可控范围，若不超出，进行下一节段施工；若超出，进行误差因素分析后调整计算模型，计算后续索长调整量，从而达到控制的目标。
