第五章 桥型方案比选

上海洋山深水港区一期工程芦洋跨海大桥工程设计方案说明书 第五章第五章 桥型方案比选51 主航道桥511 桥型方案构思决定主航道桥桥型方案的主要因素有：通航要求：根据方案征集文件中提供的资料，主航道桥既可采用单孔双向通航方案，也可采用单孔单向通航方案。采用单孔双向通航方案时，通航孔净宽300m；采用单孔单向通航方案时，设两个单向通航孔，每个通航孔净宽170m；通航净高35m；不设副通航孔。抗船舶撞击力要求：方案征集文件中提供的主通航孔船型为5000吨级船舶，横桥向船撞力为3000t，顺桥向船撞力为1500t。桥位处航道稳定，河床地面地势平坦，航道水流与桥轴线基本正交。桥位处地质条件较差，覆盖层较厚，基岩埋深在-210m左右。主航道中心离北岸大堤约17km左右，其下有中日海底光缆通过，航道范围水深基本在10m以下。根据芦洋跨海大桥的具体工程特点和桥位区域的自然条件，主航道桥桥型方案的选择原则如下：全面贯彻“安全、实用、经济、美观”的技术方针。考虑到海上施工作业困难，要求桥梁方案具有施工速度快、施工简便的特点，结构型式应尽量采用预制拼装结构，以减少海上现场施工作业量。在满足桥梁使用功能和桥下通航要求的前提下，力求桥梁造型新颖，能反映当代桥梁建设水平。考虑到大桥处于海洋环境中，大桥应尽量采用整体性能好，耐腐性能强，养护维修方便的结构。从通航净空要求看，考虑基础及防撞设施所占的空间，采用单孔双向通航方案时，其主跨跨度不宜小于370m，边跨跨度根据结构需要和整体协调确定。跨度370m左右的桥型主要有斜拉桥、拱桥、悬索桥、桁架桥，其中又以斜拉桥最具竞争力。在宽阔海面多风情况下，拱桥的安装将变得十分困难，钢桁梁桥经济性差，后期养护量大，悬索桥在深水软土区修建大型锚碇更是不合适。因此，主航道桥采用单孔双向通航方案时，桥型方案应以斜拉桥为主，对不同型式的斜拉桥方案进行综合比选。采用单孔单向通航方案时，设两个单向通航孔，通航孔净宽170m，考虑基础及防撞设施所占的空间，其主跨跨度不宜小于200m，边跨跨度根据结构需要和整体协调确定。跨度200m左右的桥型主要有刚构桥、斜拉桥、部分斜拉桥、拱桥、桁架桥，200m左右的跨度刚构桥最具竞争力。主航道桥采用单孔单向通航方案时，桥型方案应以混凝土连续刚构桥为主，根据桥位处的自然条件和工程特点，对适宜主航道的桥型方案进行综合比选。由于本桥集卡荷载较大，因此结构的体系刚度将成为选择桥型方案时的一个关键因素。本方案征集阶段在考虑主航道桥的桥型方案时曾就适宜于主航道桥跨度布置的多种斜拉桥方案进行了分析，下面列出六种方案在集装箱拖挂重车密集性排列荷载作用下的中跨主梁最大挠跨比、主塔根部弯矩、主梁下缘最大应力幅及边跨斜拉索背索应力幅(见图5.1-1及表5-1-1)。图5.1-1表5-1-1方案中跨挠度比主塔根弯矩（Mmax、Mmin）单位: t.m主梁下缘的最大应力幅(Mpa)边跨背索应力幅(Mpa)边塔中塔边跨中跨A1/600+65691-5424131.822.8352B1/957+28213-90281516.5175C1/283+98673-66282235185669D1/443+45617-952899108229E1/370+78300-49229+115229-115229209151329F1/698+45229-25282+81070-8107020.114.5266 注：表中所列数值为结构仅在集卡活载作用下的结果从表5-1-1中可以看出，对采用单孔双向通航的主跨380米的斜拉桥，边跨辅助墩对提高结构的体系刚度、减小梁、塔受力作用非常显著，对在集卡荷载作用下方案是否成立起决定性的作用。对单孔单向通航的三塔斜拉桥，由于边跨跨径需与引桥匹配而不宜再加设辅助墩，致使结构的体系刚度较小，无论是钢箱梁方案、还是混凝土方案，均很难实现。因此在考虑主通航孔方案时，桥梁的体系刚度大小是一个关键因素。综合考虑上述因素，本次方案征集阶段，主航道桥对以下四种桥型方案进行综合比较:双塔双索面钢箱梁斜拉桥；双塔单索面预应力混凝土斜拉桥；三塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥。预应力混凝土连续刚构。512 桥型方案比选1上部结构比选方案为方便四种桥型方案上部结构经济性、合理性的综合比较，避免基础形式不同影响上部结构的取舍，上部结构比选时，对四种不同的桥型结构均选择同一种基础形式，即选择2.5m钻孔灌注桩基础进行设计比选。（1）双塔双索面钢箱梁斜拉桥a.桥式布置本方案采用跨径为80+103+380+103+80m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥（见图5.1-2），全长746m，半漂浮体系，扇形索布置。桥面宽度32m(包括两侧3.1m的索锚区及1.9m的导流板)，梁上标准索距12m，塔上标准索距1.5m。 图5.1-2b.主梁主梁为闭合的钢箱梁，断面为流线型的扁平箱，梁高3.2m。横隔板间距4m。主梁自重较轻，为保证主梁的抗风稳定性，主梁两侧设导流板（即风嘴）。c.主塔主塔为钢筋混凝土塔，外形为宝瓶型，塔全高140.2m；桥面以上塔高103m。塔柱为双柱式，其上设三道横梁相连，下横梁梁高8m，两道上横梁梁高4m。为方便施工，下横梁以上两塔柱的纵横向尺寸保持一致，即顺桥向宽6.0m，横桥向宽3.5m。下横梁以下至承台顶部分为下塔柱，受力较大，塔柱断面尺寸加大，塔底顺桥向宽8m，横桥向宽5m，主塔混凝土为C50级。d.斜拉索斜拉索采用扇形密索布置，梁上索距12m，塔上索距1.5m，斜拉索采用7mm平行钢丝索，钢丝的标准强度为。斜拉索双层PE护套，外层PE的颜色可根据景观要求确定。斜拉索与主梁的锚固采用销铰式，塔上直接锚固在塔壁上。锚具采用冷铸锚。减振设备采用阻尼橡胶减振圈减振。本方案最大索为1637，最小索为737。e.基础基础采用2.5m钻孔桩，每个塔柱基础共26根桩，桩长110m；承台长35.85m，宽28.0m，厚5.5m,另设2.5m厚塔座。f.施工基础采用钻孔桩，插打钢护筒进行钻孔施工；承台采用吊箱围堰施工，主塔采用常规方法翻模爬升施工，主塔分段浇注。主塔及基础均采用现浇施工，因此，须设置水上混凝土工厂。钢箱梁采用工厂预制，预制长度12m，驳船运输就位，桥面吊机吊装的施工方法，塔墩、辅助墩及边墩处节段采用浮吊吊装施工。（2）双塔单索面预应力混凝土梁斜拉桥a.桥式布置本方案采用跨径为80+103+380+103+80m的双塔单索面混凝土斜拉桥(见图5.1-3)，全长746m。半漂浮体系，扇形索布置。桥面宽28m，梁上利用中央分隔带兼作斜拉索锚固区。梁上标准索距6m，塔上标准索距1.5m。图5.1-3b.主梁主梁采用倒梯形箱截面展翅梁构造，梁高3.8m。顶宽28m，底宽6m。断面为单箱三室截面，两侧悬臂板长4.5m。横梁间距3m，有索处两边室横梁厚度22cm，中室因锚固斜拉索的需要，厚度增加至36cm，无索横梁厚度均为22cm。主梁混凝土为C60级。c.主塔主塔为提篮式的倒Y形塔，塔高为140.2m，桥面以上塔高103m。主塔倒Y形塔柱顺桥向宽7m，两斜腿部分横桥向宽4m，截面为单箱单室，壁厚为0.8m和1.0m，上塔柱根据受力及景观需要，横向宽度为8m，上塔柱主要锚固斜拉索，截面为单箱三室，中室锚固壁厚1.2m，承拉壁厚0.6m，边室壁厚为0.8m和0.5m。下塔柱为整体箱形断面，顺桥向为7m，横向为倒梯形，底宽24m，顶宽31m，主塔混凝土为C50级。d.斜拉索斜拉索采用扇形密索布置，梁上索距6m，塔上索距1.5m，斜拉索采用7mm平行钢丝索，钢丝的标准强度为。斜拉索双层PE护套，外层PE的颜色可根据景观要求确定。锚具采用冷铸锚。减振设备采用阻尼橡胶减振圈减振。最大索为1877，最小索为917。e.基础基础为钻孔桩，桩径2.5m，每个塔柱基础共29根桩，桩长110m，承台长42.1m，宽26.2m，厚5.5m，另设2.5m厚塔座。f.施工主塔及基础施工同方案(一)钢箱梁斜拉桥。塔墩附近28m长的梁段采用支架现浇，其它部位主梁采用预制场预制，预制节段长3m，宽26.5m，预制梁吊段重量控制在200t以内，边墩及辅助墩顶附近主梁节段采用浮吊吊装，其余预制节段采用运输船运输，桥面吊机吊装。节段吊装就位后利用环氧树脂胶拼。主梁拼装完成后，滞后30m现浇两侧0.75m悬臂板。（3）预应力混凝土梁部分斜拉桥a.桥式布置本方案跨度布置为111+222+222+111m，全长666m（见图5.1-4）。梁上索距6m，塔上索距0.8m。斜索在塔上以索鞍的形式穿过，两端锚固在主梁中间箱室内。塔墩梁固结体系。图5.1-4b.主梁主梁类似于连续刚构，为变高梁，但变高范围在沿塔墩中心线对称31.5m以内，其余部分为等高梁。等高梁梁高为4m，变化部分由4m变至7m，梁底按圆弧曲线变化。箱梁顶宽28m，底宽等高梁部分为16.3m，变高梁部分由16.3m变至14m。等高梁底宽14m。箱内每隔3m设一横隔板，横隔板厚0.22m，有斜索的地方中间箱室内局部加厚至0.36m。主梁混凝土为C50级。c.主塔塔墩采用实心式双薄壁墩，墩中心距7.5m，墩壁厚为1.6m,横桥向墩宽14m。墩顶设一实体段改善局部受力状况。塔柱与墩、梁固结起来。塔柱横桥向宽2m，纵桥向尺寸底宽6.5m，顶部根据景观需要而变化。塔、墩混凝土为C50级。d.斜拉索斜拉索采用高强平行钢绞线索，有利于单束穿过主塔鞍座。钢绞线索标准强度为。全桥均采用同一截面型号的钢绞线索，每一根斜索由61束15钢绞线组成。e.基础基础为钻孔灌注桩，桩径2.5m，两个边主塔墩基础每个32根桩，桩长95m，承台长48.4m，宽26.6m，厚5.5m，另设2.5m厚塔座，中墩基础共26根桩，桩长95m，承台长35.85m，宽21.85m，厚5.5m，另设2.5m厚塔座。f.施工主墩与基础施工同前。塔墩附近主梁采用支架现浇，其它部位主梁采用预制场预制，预制节段长一般为3m，宽28m，运输船运输到位后，利用桥面吊机吊装施工，环氧树脂胶拼。（4）预应力混凝土连续刚构a.桥式布置本方案跨度布置为111+222+222+111m，全长666m（见图5.1-5）。横向布置为两幅，同两端引桥协调一致。b.主墩主墩为实心式双薄壁墩，墩中心距为8m，墩壁厚为3m，墩宽6m，墩高37m。图5.1-5c.主梁主梁在跨中及端支点处梁高4.5m，为中孔跨径的1/49.33，在主墩处梁高11m，为中孔跨径的1/20.18，梁底以二次抛物线过渡。梁底宽由墩顶4.65m变至跨中6.05m，顶宽13.4m，顶板厚0.25m，底板厚0.351.2m，腹板厚0.380.8m。d.基础基础为钻孔灌注桩，桩径2.5m。两个边主墩基础每个36根桩，桩长95m，承台长42.1m，宽34.35m，厚5.5m，另设2.5m厚塔座。中墩基础共28根桩，桩长95m，承台长35.85m，宽21.85m，厚5.5m，另设2.5m厚塔座。e.施工墩身与基础施工同前。主梁采用挂蓝悬浇施工。2上部结构综合比选主航道桥距芦潮港新海堤约14km，桥下要求有较高的通航净空，同时抗船撞设计的要求也高，方案征集阶段考虑四种桥型方案：80+103+380+103+80m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥；80+103+380+103+80m双塔单索面混凝土梁斜拉桥；111+222+222+111m三塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥；111+222+222+111m混凝土连续刚构桥。四种桥型方案均满足主航道的通航要求，具有结构新颖，技术先进，施工工艺成熟，安全可靠的特点，四种桥型方案均采用现代化的施工技术，是能适应桥位环境的桥型方案。钢箱梁斜拉桥主梁采用封闭式的扁平钢箱梁，流线型好，抗风性能优越，整体性强，采用工厂制作现场组拼，质量容易得到保证，施工速度快。主塔外型优美，景观效果好。基础采用钻孔灌注桩，工艺成熟。全桥施工工期较快，其缺点是造价较高，后期养护维修费用高。单索面预应力混凝土斜拉桥主梁流线型好，抗风性能优越，主梁采用节段预制拼装，施工中的受力方式和成桥后的受力方式一样，可以节约材料。主梁利用场地预制，质量容易得到保证。主塔外型优美简洁，景观效果最好，全桥施工速度较快，后期养护维修少，造价较低。三塔预应力混凝土部分斜拉桥受力特性介于连续刚构和斜拉桥之间，它既具有连续刚构成桥刚度大，整体性好，又具有斜拉桥主梁高度相对较小，主梁受弯受剪较小的特点。但与梁体固结的主塔侵占桥面空间且与DN500过桥水管有碍是其不足。同时，部分斜拉桥既有斜拉桥及刚构桥的优点，又有两者的缺点，如方案主梁高度变化，施工、制作难度较斜拉桥大，有索段与无索段施工工艺不尽相同，且斜索维护工作量较刚构桥大。预应力混凝土连续刚构具有结构受力明确，成桥后总体刚度大，养护、维修费用低等优点。但本桥主跨达222m,施工时如果采用挂篮悬浇，则海上混凝土浇筑工作量大；如果采用悬臂拼装，由于梁高较高，吊重较大，吊高较高，施工机具要求较高，且由于顶板负弯矩索较多，穿索费时，预制块预应力管道成孔精度要求高；同时，连续刚构由于梁体较笨重，景观效果最差。对四种桥型方案进行综合比较后（比较表见表5-1-2），推荐主航道桥上部结构为双塔单索面预应力混凝土斜拉桥。中铁大桥勘测设计院联合体 55上海洋山深水港区一期工程芦洋跨海大桥工程设计方案 第五章 主航道桥上部结构方案综合比较表 表5-1-2方案形式双塔双索面钢箱梁斜拉桥双塔单索面混凝土梁斜拉桥三塔单索面部分斜拉桥连续刚构桥式结构简图跨径和结构型式80+103+380+103+80m双塔双索面钢箱梁斜拉桥80+103+380+103+80m双塔单索面混凝土斜拉桥111+222+222+111m三塔单索面预应力砼部分斜拉桥111+222+222+111m混凝土连续刚构工程数量上部结构混凝土（m3）13200295002168727388预应力钢筋和钢绞线(t)16040200470319503210776钢材和钢筋(t)10620178224042258032533526斜拉索(t)6501470592 下部结构混凝土（m3）54582606386298470528钢材(t)1450157418612033钢筋(t)3606401041734807建安费（万元）45158396143579538236技术难度及可行性同类型桥已建多座，技术成熟可行国内外已建许多同类型桥，技术成熟可行类似结构已建多座，设计施工、技术可行设计施工经验成熟可靠，技术可行。施工施工方法基础、承台及主塔现浇，钢箱预制拼装下部结构及主塔现浇，主梁预制拼装主塔采用现场浇注施工，主梁采用节段预制悬臂拼装主梁采用悬浇施工风险较小，采用悬拼施工，机具要求较高施工适应性能适应海洋施工快速便捷要求能适应海洋施工快速便捷的要求能适应海洋施工快速便捷的要求悬浇施工速度慢，不适应海洋施工快速便捷的要求施工难度主梁施工可避开台风影响，施工难度小施工周期较短，工序较简单，主梁施工可避开台风期主梁悬拼施工基本同正常斜拉桥悬拼施工，国内已有成功经验，施工难度较小上部结构施工要求高，预应力钢束长，穿索及压浆均有难度施工速度施工速度快 施工速度较快施工速度较快采用悬浇施工，工序较多，速度慢养护维修难易使用一定年限后须进行换索处理，钢箱梁须定期养护，养护工作量大 使用一定年限后仅需进行换索处理，养护维修量少。使用一定年限后仅需进行换索处理，养护维修量少后期养护维修工作量小景观效果主梁结构轻盈，主塔外型变化较多，双面索视觉上会发生重叠现象主梁流线型好，主塔外型优美，单索面视觉效果好，桥式与周围相协调水中设三个独柱塔，经过造型处理后形成独特的景观梁较高，景观效果差实施成功率同类型桥修建较多，主梁安装可避开台风影响，实施成功率高国内已建主跨348m的单索面斜拉桥，国外已建主跨510m的单索面斜拉桥成功可能性大采用悬浇成功可能性大综合评述及推荐意见四种桥型方案技术上均可行，相比较而言双塔单索面混凝土斜拉桥技术先进，主梁采用封闭流线型箱梁，主塔采用提篮式倒Y形塔，外形优美，单面索视觉效果好，桥型与周围景观协调性好，后期养护维修少，施工速度较快，造价较低，380m主跨对通航适应性好，有较大发展潜力，因此，推荐主航道桥为双塔单索面混凝土斜拉桥。注：1. 索塔数量已计入上部结构。2. 第(三)、(四)方案桥长比第(一)、(二)方案短80m，同等比较时前者增加一孔80m连续梁，工程数量未列，但建安费内已计入。中铁大桥勘测设计院联合体5133主桥下部结构比选斜拉桥主塔墩位处水深约11m，工程地质条件较差，覆盖层较厚。塔墩基础承受主墩传来的巨大荷载，可供选择的基础形式主要有以下几种：（1）预应力管桩基础（2）大直径钢管桩基础（3）大直径钻孔桩基础（4）沉井基础预应力管桩入土较深，竖向承载力较大，并可作成斜桩，具有一定的抵抗水平荷载的能力。但由于受到施工工艺等方面的限制，国内预应力管桩的桩径一般不超过1.2m，单桩刚度小，承载能力受到限制。主塔墩基础除承受很大的垂直荷载外还需抵抗巨大的水平荷载，如采用此类基础形式则需较多的桩以抵抗巨大的水平力，且需降低承台标高以尽量减小桩的自由长度，其不利影响亦很明显的。由于桩数较多，基础平面尺寸庞大，工程数量增加，同时也加剧河床的冲刷，承台降低，给基础施工带来诸多困难。经过计算分析，主航道主塔墩基础采用180根1.2m预应力管桩仍然不能满足结构要求，故不作进一步研究。大直径钢管桩入土深，桩身承载力高，并可做成斜桩，抵抗水平荷载的能力较强。桩身自重小，施工方便迅速，现场作业少，施工质量易于控制，适于软土地基。但其用钢量很大，造价高昂，经济性较差，同时考虑到桥位处特殊的环境条件，大直径钢管桩防腐较困难。大直径钻孔桩是目前国内外深水桥梁所普遍采用的一种基础形式。其设计、施工工艺均已较成熟，单桩承载力大，抵抗水平荷载的能力强，基础平面尺寸较小，有效承载能力高。钻孔桩的另一个突出特点是其适应性强，可用于各种复杂不良地质条件，且桩长适应范围广，施工质量较易控制。沉井基础刚度大，结构安全可靠，施工需要的机械设备少，承受水平荷载能力强。特别适用于基础承受水平力大，河流冲刷小、覆盖层较薄、持力层埋深较浅的地质条件。一般控制下沉深度在30m左右。而本桥主塔墩处覆盖层厚，持力层埋藏较深，冲刷较大。根据计算，沉井高度需65m左右，下沉有一定困难。沉井基础需在水上接高，需配备大吨位起吊设备。施工工期因地质条件不同有很大差异，下沉受不可预见因素影响较多。墩位处覆盖层为地质性质较差的淤泥及淤泥质粘土，吸泥下沉时易造成大量翻砂，致使沉井偏移，施工期难以控制，故不作进一步研究。两种基础形式布置见图5.1-6。图5-1-6主塔墩基础方案比较表 表5-1-380x1.5m钢管桩29x2.5m钻孔桩工程量砼(m3)1957045120钢材（t)109401200钢筋（t)13902884工 期较短较长施工难度施工难度小，但受到环境因素影响较大一般对水流河床影响较小较小建安费(万元)88818565综上所述，下部结构推荐采用2.5m钻孔桩基础。主塔墩基础采用29根2.5m的钻孔桩，梅花形布置，最小桩中心距为6.25m。桩长110m，入土深约98m。承台平面尺寸为42.1026.20m，高度为5.5m，另设2.5m厚塔座，塔座顶高程为+5.5m，高于平均高潮位。同时为能有效地分解船撞力，将承台上、下游两侧做成尖端形，周边倒以圆角。辅助墩基础采用10根2.5m的钻孔桩，梅花形布置，桩长100m，承台平面尺寸为23.75x15.6m，四周倒角，承台顶高程为+5.5m，厚5.5m。边墩设计同引桥80m跨高桥墩。513 推荐桥型方案综述主航道桥经过对四种桥型方案进行综合比较后，按“经济、安全、美观、实用”的原则推荐采用双塔单索面预应力混凝土斜拉桥，本桥型方案桥式布置和施工安排如下：a.桥跨布置主孔须满足通航要求，通航净宽300m，净高35m，通航水位3.48m。主塔墩承台外侧设防撞消能设施，防撞结构顺桥向宽30.2m，主通航净宽考虑一定的富余量，故确定主通航孔跨径为380m。两边孔跨度布置需配合主跨综合考虑结构力学性能、施工条件、与邻跨协调性等因素。如前所述，边跨需设置辅助墩才能满足在集装箱拖挂重车作用下桥梁体系刚度要求，若边跨设辅助墩布置成50+140m再配合适当的斜拉索布置，则结构受力性能最优，但50m跨主梁与相邻孔跨不协调，经济上也无大的优势。经综合考虑确定边跨跨度为80+103m。因此，主航道桥桥跨布置为80+103+380+103+80m。b.主梁断面布置主梁采用倒梯形箱截面展翅梁结构（见图5.1-7），桥面宽28m,梁高3.8m，单索面斜拉桥需要主梁有较大的抗扭刚度以满足结构抗风要求及使用要求，故主梁采用相对较大的梁高，且能与相邻非通航孔高墩区80m连续梁梁高匹配、协调。梁上索距为6m，横梁间距为3m。预制节段长为3m，吊重可控制在200吨以内。为方便运输及吊装作业，主梁采用单索面布置，斜拉索布置在中央，充分利用了中央分隔带，而无需因锚固增加主梁宽度。主梁横向呈三角形与横向受力相适应，从而节省材料。主梁吊装时的吊点布置在桥中线附近，主梁吊装时的受力模式，同成桥状态的受力模式一致，可以充分利用成桥横向预应力进行吊装作业，避免了增加临时预应力束的措施。边墩及辅助墩顶附近一定范围内主梁设有压重，以解决运营期边墩及辅助墩负反力问题。图5.1-7图5.1-8c.主塔主塔采用倒Y形塔，塔高140.2m，桥面以上塔高103m，塔高较高，外形刚劲挺拔。为适应单索面斜拉索锚固的需要，上塔柱收缩成一个单柱，为单箱三室截面，锚固室在中室，锚固壁厚1.2m，锚固采用外凸齿块形，采用三室截面综合考虑上塔柱受力及景观需要。主塔结构型式见图5.1-8d.斜拉索斜拉索采用高强度镀锌平行钢丝束，冷铸锚，钢丝标准强度。最大索为2117，重量约11吨。e.基础主塔墩基础采用钻孔灌注桩，桩径2.5m，桩数29根。f.同类桥梁实例单索面斜拉桥具有成熟的设计施工验验。国内外均有成功的示例。如珠海淇澳大桥，宜昌夷陵长江大桥以及日本的鹤见道桥等。珠海淇澳大桥为主跨320m的双塔单索面混凝土斜拉桥，桥面宽33m，梁高3.69m。夷陵长江大桥为主跨348+348m的三塔单索面混凝土斜拉桥，桥面宽23m，梁高3m，日本鹤见道桥为255+510+255m双塔单索面钢箱梁斜拉桥，桥面宽38m，梁高4m。514 推荐桥型施工方案1下部结构施工a.基础施工首先施工两个主塔墩基础，每个主塔墩基础29根2.5m钻孔桩，设置水上钻孔工作平台，平台基础采用0.9m钢管桩，打桩船插打。平台施工完成后，用浮吊和振动打桩机插打2.7m的钢护筒，采用反循环法成孔。用水上混凝土工厂生产混凝土。两个辅助墩基础为2.5m钻孔桩，每墩10根，在主塔墩施工完成后，安排两台钻机同时施工。边墩施工同引桥80m跨高墩。 b.承台及墩身施工主塔墩承台为现浇钢筋混凝土结构，尺寸为42.1026.25.5m，采用吊箱围堰法施工，混凝土由水上工厂生产。承台混凝土分二次浇注。辅助墩承台也采用吊箱围堰法施工，其施工方法同主塔墩承台一样；承台施工完后，在承台上搭设脚手架，翻模分节段浇注墩身混凝土。2主塔施工在承台顶面上主梁外侧安装一台塔式吊机作为塔柱施工起重设备。主塔采用翻模施工。主塔施工部分：下塔柱、下横梁、中塔柱和上塔柱（斜拉索锚固区）。下塔柱采用承台上拼装支架进行施工，支架作为塔柱施工的脚手，采用翻模方式分节完成下塔柱施工。下横梁施工在下塔柱施工支架上分两次完成混凝土灌注。中塔柱采用斜爬模方式分节段灌注混凝土，两塔柱间设置支撑架。上塔柱采用爬模方式分节段灌注混凝土，此段为斜拉索锚固区，塔柱内设置劲性骨架用来固定和调整斜拉索导管。3上部结构施工a.零号节段施工零号节段长28m，在支架上现浇，现浇支架可利用灌注下横梁的支架。b.主梁节段预制主航道桥共229个预制节段，预制节段除边墩顶节段长3.3m外，其余长3.0m，节段重控制在200t以内，制梁场内设置两个短线法台座，单个节段制造周期为3天。c.主梁拼装边墩及辅助墩顶附近主梁节段采用浮吊吊装，其余预制节段采用运输船运输，桥面吊机吊装。节段吊装就位后利用环氧树脂胶拼。主梁拼装完成后，滞后30m现浇两侧0.75m悬臂板。52 辅助航道桥521 桥型方案构思1决定辅助航道桥桥型方案的主要因素有：通航要求：方案征集文件中提供的资料，辅助航道既可采用单孔双向通航方案，也可采用单孔单向通航方案。采用单孔单向通航方式，设两个通航孔，每个通航孔通航净宽100m，考虑基础及防撞设施所占的空间，其主跨不宜小于140m；采用单孔双向通航方案时，通航孔净宽180m，考虑基础及防撞设施所占的空间，其主跨跨度不宜小于200m，边跨跨度根据结构需要和整体协调确定。通航净高24m，不设副通航孔。考虑船撞力对结构的影响：方案征集文件中提供的辅助航道主通航孔代表船为1000吨级沿海船舶，横桥向船撞力为940t，顺桥向为470t。辅助航道主通航孔中心线离北岸均约6km，海底设有马迹山动力电缆。该处南、北侧大范围内水深均在10m以上。桥位处航道稳定，河床地面地势平坦，床面冲刷比较稳定。桥位处地质条件较差，覆盖层较厚，基岩埋深在-210m左右。2结合辅助航道桥本身的自然特点及芦洋跨海大桥的具体工程特点并综合考虑上述因素，制订辅助航道桥桥型方案的选择原则如下：全面贯彻“实用、经济、安全、美观”的技术方针。尽量减少海上施工的工作量，特别是减少海上砼浇筑的工作量，将工厂化的预制拼装方案作为桥型方案选择、研究的重点。考虑到大桥处于海洋环境中，且离北岸陆地距离较近，大桥应尽量采用整体性能好，耐腐蚀性强，养护维修方便的结构。桥型方案与大桥总体布置相协调，施工方法与全桥相适应而无需特殊设施。3桥跨布置及方案构思综合考虑上述因素，桥跨布置在满足通航条件、防撞设施及建筑宽度、结构跨度的合理配比等条件下，从提高桥梁结构安全性的角度出发，通航孔径适当放大，并能在有效控制主桥规模情况下，单孔双向通航方案主孔跨径宜在220m左右，单孔单向通航方案主孔跨径宜在140m左右。适合于140220m跨度的桥梁型式有多种，如斜拉桥、部分斜拉桥、刚构桥、拱桥、桁梁桥等等。拱桥虽然有较好的景观效果，但施工繁琐，海上的施工设备及临时设施要求较多；桁梁桥虽然架设方便，但经济性能较差，景观效果也不太好，因此不适合于本工程特点。连续梁（刚构）桥，技术成熟，施工也较为方便，140m左右的跨度是较经济合理的跨度，但220m左右的跨度略显偏大，且设计活载大，影响了其优势的发挥；斜拉桥技术成熟，结构形式、施工方法可选择的范围大，但220m左右的跨度对斜拉桥而言偏小，从而削弱了其竞争力；部分斜拉桥性能介于连续梁与斜拉桥之间，合理的构思可以综合两者的优点，避免其不足之处，但与梁体固结的主塔侵占桥面空间且与DN500过桥水管有碍是其不足。辅助航道桥桥型，需通过经济合理性、施工难易程度、对集卡荷载的适应性、施工工期等多方面的综合比选确定。本阶段为了对连续刚构、斜拉桥等桥型结构的合理性、经济性进行较准确的比较，结合辅助航道具体自然条件，对80+140+140+80m预应力砼连续刚构、80+140+220m独塔单索面预应力砼斜拉桥、110+220+110m双塔单索面预应力砼部分斜拉桥、110+220+110m预应力砼连续刚构四种桥型方案，进行深入研究，详细比选。522 桥型方案比选1上部结构比选方案为方便四种桥型方案上部结构经济性、合理性的综合比较，避免基础形式不同影响上部结构的取舍，上部结构比选时，对四种不同的桥型结构均选择同一种基础形式，即选择2.5m钻孔灌注桩基础。（1）主跨140m预应力混凝土连续刚构a.桥式布置本方案跨度布置为80+140+140+80m，全长440m（见图5.2-1）。横向布置为两幅，同两端引桥协调一致。两个140 m的主孔，满足单孔单向通航要求。图5.2-1b.主墩主墩为矩形单壁墩，横截面尺寸6x4m，墩壁厚度0.60.8m ，平均墩高29m。c.主梁主梁在跨中及端支点处梁高4.0m，为中孔跨径的1/35，在主墩处梁高8.0m，为中孔跨径的1/17.5，梁底以二次抛物线过渡。箱梁为单箱单室截面，顶板全宽13.4m，顶板悬臂3.2m，顶板厚度0.25m。斜腹板，1：6.425，厚度0.5m；底版厚度0.20.7m。主梁混凝土为C50级。d.基础基础为钻孔灌注桩，桩径2.5m，三个主墩基础每个13根桩，桩长110m，承台长30.0m，宽15.6m，厚5.5m。e.施工主塔及基础施工同前。主梁除0号节段现浇外，其余节段均为预制拼装。（2）独塔单索面预应力混凝土斜拉桥a.桥式布置本方案跨度布置为80+140+220m，全长440m（见图5-2-2）。主梁全宽28m，梁上标准索距为6m，塔上索距1.5m。图5.2-2b.主梁主梁采用倒梯形箱截面展翅梁构造，梁高3.8m。顶宽28m，底宽6m。断面为单箱三室截面，两侧悬臂板长4.5m。横梁间距3m，有索处两边室横梁厚度22cm，中室因锚固斜拉索的需要，厚度增加至36cm，无索横梁厚度均为22cm。主梁混凝土为C50级。c.主塔主塔为提篮式的倒Y形塔，塔高为132.2m，桥面以上塔高103m。主塔倒Y形塔柱顺桥向宽7m，两斜腿部分横桥向宽4m，截面为单箱单室，壁厚为0.8m和1.0m，上塔柱横向宽度为8m。下塔柱为整体箱形断面，顺桥向为7m，横向为倒梯形，底宽24m，顶宽31m，主塔混凝土为C50级。d.斜拉索斜拉索采用扇形密索布置，梁上索距6m，塔上索距1.5m，斜拉索采用7mm平行钢丝索，钢丝的标准强度为。斜拉索双层PE护套，外层PE的颜色可根据景观要求确定。锚具采用冷铸锚。减振设备采用阻尼橡胶减振圈减振。最大索为1877，最小索为917。e.基础基础为钻孔桩，桩径2.5m，塔柱基础共22根桩，桩长110m，承台长35.85m，宽21.85m，厚5.5m，另设2.5m厚塔座。f.施工主塔及基础施工同前。塔墩附近28m长的梁段采用支架现浇，其它部位主梁采用预制场预制，预制节段长3m，宽26.5m，预制梁吊段重量控制在200t以内。边墩及辅助墩顶附近主梁节段采用浮吊吊装，其余预制节段采用运输船运输，桥面吊机吊装。节段吊装就位后利用环氧树脂胶拼。主梁拼装完成后，滞后30m现浇两侧0.75m悬臂板。（3）预应力混凝土梁部分斜拉桥a.桥式布置本方案跨度布置为110+220+110m，全长440m（见图5.2-3）。梁上索距6m，塔上索距0.8m。斜索在塔上以索鞍的形式穿过，两端锚固在主梁中间箱室内。塔墩梁固结体系。图5.2-3b.主梁主梁类似于连续刚构，为变高梁，但变高范围在沿塔墩中心线对称31.5m以内，其余部分为等高梁。等高梁梁高为4m，变化部分由4m变至7m，梁底按圆弧曲线变化。箱梁顶宽28m，底宽等高梁部分为16.3m，变高梁部分由16.3m变至14m。箱内每隔3m设一横隔板，横隔板厚0.22m，有斜索的地方中间箱室内局部加厚至0.36m。c.主塔塔墩采用实心式双薄壁墩，墩中心距7.5m，墩壁厚为1.5m,横桥向墩宽14m。墩顶设一实体段改善局部受力状况。塔柱与墩、梁固结起来。塔柱高29m，塔顶为了景观需要，设9m高的装饰段。塔柱横桥向宽2m，纵桥向尺寸底宽6.5m，顶部根据景观需要而变化。d.斜拉索斜拉索采用高强平行钢绞线索，有利于单束穿过主塔鞍座。钢绞线索标准强度为。全桥均采用同一截面型号的钢绞线索，每一根斜索由61束15钢绞线组成。e.基础基础为钻孔灌注桩，桩径2.5m，两个边主塔墩基础每个30根桩，桩长100m，承台长35.85m，宽29.6m，厚5.5m，另设2.5m厚塔座。f.施工基础采用钻孔桩，插打钢护筒进行钻孔施工；承台采用吊箱围堰施工，主塔采用常规方法翻模爬升施工，主塔分段浇注。主塔及基础均采用现浇施工，因此，须设置水上混凝土工厂。塔墩附近主梁采用支架现浇，其它部位主梁采用预制场预制，预制节段长一般为3m，宽26.5m，运输船运输到位后，利用桥面吊机吊装施工，环氧树脂胶拼。（4）主跨220米预应力混凝土连续刚构a.桥式布置本方案跨度布置为110+220+110m，全长440m（见图5.2-4）。横向布置为两幅，与非通航孔桥布置一致。图5.2-4a.主梁跨中及端支点处梁高为4.0m（与相衔接的非通航孔箱梁匹配），为主孔跨径的1/55；主墩支点处梁高10m，为主孔跨径的1/22；梁底以二次抛物线过渡。主梁采用单箱单室截面，顶板宽度13.4m，两侧各悬臂3.2m。顶板厚度0.25m。斜腹板，支点附近厚度0.8m，梁跨1/5附近厚度0.6m，跨中0.4m。底板厚度由支点处1.2m渐变至跨中处0.35m。主梁采用三向预应力体系。b.主墩双壁板式薄墩，中心距8.0m，板厚3.0m，横桥向宽度6.0m，平均墩高29m。e.基础基础为钻孔灌注桩，桩径2.5m，两个主墩基础每个34根桩，桩长95m，承台长48.35m，宽26.6m，厚5.5m，另设2.5m厚墩座。f.施工墩身及基础施工同前。主梁采用挂蓝悬浇施工。2上部结构综合比选四种桥型方案，均能够满足辅助航道的通航要求和使用要求，而且具有技术成熟、安全可靠、工期有保障的特点，四种桥型方案均能满足工程需要。80+140+140+80m预应力混凝土连续刚构具有结构受力明确，成桥后总体刚度大，经济性能较好，养护、维修费用低，施工时高空作业少等优点。主梁采用悬臂拼装，工艺成熟，施工速度快，工序简单。同时，连续刚构线形流畅，景观效果较好。80+140+220m预应力混凝土梁独塔斜拉桥有较好的景观效果，技术成熟，主塔能够对海上船只起到辅助导航的作用。主梁悬臂施工过程中抗风性能强，运营阶段维修费用少。缺点是斜拉桥主塔施工相对较难，高空作业多；此外，斜索维护工作量很大。110+220+110m双塔混凝土梁部分斜拉桥受力特性介于连续刚构和斜拉桥之间，它既具有连续刚构成桥刚度大，整体性好，又具有斜拉桥主梁高度相对较小，主梁受弯受剪较小的特点。但与梁体固结的主塔侵占桥面空间且与DN500过桥水管有碍是其不足。同时，部分斜拉桥既有斜拉桥及刚构桥的优点，又有两者的缺点，如方案主梁高度变化，施工、制作难度较斜拉桥大，有索段与无索段施工工艺不尽相同，斜索维护工作量也不小。另外，造价也较高。110+220+110m预应力混凝土连续刚构具有结构受力明确，成桥后总体刚度大，经济性能较好，养护、维修费用低，施工时高空作业少等优点。但本桥主跨达220m,施工时如果采用挂篮悬浇，则海上混凝土浇筑工作量大；如果采用悬臂拼装，由于梁高较高，吊重较大，吊高较高，施工机具要求较高，且由于顶板负弯矩索较多，穿索费时，预制块预应力管道成孔精度要求高；同时，连续刚构由于梁高较高，景观效果较差。四种桥型方案上部结构综合比较见表5-2-1。上海洋山深水港区一期工程芦洋跨海大桥工程设计方案 第五章 方案形式连续刚构预应力混凝土梁独塔斜拉桥预应力混凝土部分斜拉桥连续刚构桥式方案简图 桥跨布置80+140+140+80m80+140+220m110+220+110m110+220+110m上部结构混凝土（m3）12380151701334617900斜拉索（t）950395 预应力钢绞线和粗钢筋（t）400/148300/250327/214516/140普通钢筋（t）1730205020332298下部结构混凝土（m3）28923246614384646072普通钢筋/钢料（t）1887/8101642/6422944/12463102/1406建安费（万元）13830173192087521057技术难度及可行性设计施工经验成熟可靠，技术可行。同类桥已建成多座国内已建多座类似结构，设计施工均有成熟的经验，技术可行设计和施工技术较成熟，技术上没有难度设计施工经验成熟可靠，技术可行。施工施工方法承台、墩身及梁体0号节段现浇，主梁其它节段悬臂拼装钻孔桩基础及主塔施工采用常规方法，主梁施工采用悬臂拼装主塔采用现场浇注施工，主梁采用节段预制悬臂拼装主梁采用悬浇施工风险较小，采用悬拼施工，机具要求较高施工适应性适应海上快捷施工的要求。较能适应海上施工要求能适应海上施工要求悬浇施工速度慢，不适应海洋施工快速便捷的要求施工难度上部结构施工工序简单。现场浇注砼数量大，材料及施工用水等的运输成为较突出问题施工难度中等上部结构施工要求高，预应力钢束长，穿索及压浆均有难度施工速度采用悬拼施工，速度快主塔施工速度慢，施工周期长主梁施工速度较快施工速度慢养护维修难易后期养护维修工作量小使用一定年限后需换索，换索量较大砼结构后期养护少，斜拉索存在日久换索问题后期养护工作量小景观效果线形流畅，景观效果好雄伟壮观，简洁流畅，景观效果好景观效果较好梁高较大，体量大，显笨拙实施成功率同类桥修建较多，实施成功率高成功的可能性大成功可能性大采用悬浇成功可能性大综合评述及推荐意见四种桥型方案技术上均可行，但主跨140m连续刚构较为经济，经综合比选，连续刚构作为推荐方案。 辅助航道桥上部结构方案综合比较表 表5-2-1注：混凝土独塔斜拉桥主塔及部分斜拉桥塔墩数量均计入上部结构。中铁大桥勘测设计院联合体 5262下部结构比选同主航道桥下部结构，采用2.5m钻孔桩方案。主墩采用13根2.5m钻孔桩。梅花形布置，最小桩中心距6.25m。桩长110m，入土深约98m，承台平面尺寸30.015.6m，高度为5.5m，承台顶标高为+5.5m。为能有效地分解船撞力，将承台上、下游两侧做成尖端形，周边倒以圆角。523 推荐桥型方案综述1桥式布置辅助航道主通航孔单孔单向通航净宽100m，净高24m，通航水位3.48m，主墩承台设防撞消能设施，防撞结构顺桥向全宽20.6m，考虑到梁底曲线的影响及一定的富余量，并在能控制主桥规模的情况下，主孔跨径定为140m。边跨跨径根据结构需要和整体协