杭州湾大桥总体设计汇报

,热烈欢迎各位领导和专家莅临指导！,中交公路规划设计院2006年6月23日杭州,2020/4/30,杭州湾跨海大桥总体设计汇报,汇报人：中交公路规划设计院王仁贵,2020/4/30,汇报内容,1.项目概况2.主要技术标准3.自然条件4.总体设计5.结构设计6.全桥进度安排7.海中平台8.其他,2020/4/30,1.项目概况,1.1地理位置,2020/4/30,1.2项目功能,杭州湾大桥是国道主干线同三线跨越杭州湾最便捷的通道，它的建设有利于长江三角洲区域经济一体化发展需要，有利于长江三角洲区域经济的整体发展。同时交通量的迅速发展也要求加快完善跨杭州湾的同江至三亚的国道主干线建设。为解决沪杭甬高速公路的紧张状态，建设杭州湾跨海大桥也具有很大的现实意义。根据2000年10月进行的环杭州湾24小时OD调查，杭州湾南北来往自然车交通量已达23000辆/日，其中上海及苏南地区往返宁波及浙东南地区的车辆已达万辆，且大部分需绕行杭州，使沪杭甬高速公路交通量日趋饱和，无法满足日益增长的交通需求。本项目的建设将使上海至宁波陆路距离缩短100多公里，大大降低运输成本和节省旅客在途时间，社会经济效益极为显著。,1.项目概况,北岸：同三线、沪杭、乍嘉苏、北岸连接线、东西大道、320国道、07省道。南岸：甬台温、杭甬、上三线、南岸连接线、329国道、61省道、七塘公路。,2020/4/30,1.项目概况,1.2项目功能,2020/4/30,1.项目概况,1.3工程规模与组成,北航道桥,南航道桥,北引桥,中引桥,南引桥,嘉兴,宁波,杭州湾大桥,沪杭高速公路,杭甬高速公路,郑家埭,水路湾,工程规模:起点桩号K49+000；终点桩号K85+000，全长36km。北引线长15.5m，北引桥长3053.5m，北航道桥长908m，中引桥长11060m，南航道桥长578m，南引桥长20073.5m，南引线长311.5m。海中平台中心桩号K66+120，总面积12000m2。,2020/4/30,北引桥：3.5+1530+1050+360+50+50+80+50+2450+770=3053.5m预应力混凝土连续梁桥；北航道桥：70+160+448+160+70=908m五跨连续双塔双索面钢箱梁斜拉桥；中引桥：1470+13470+1070=11060m预应力混凝土连续梁桥；南航道桥：100+160+318=578m三跨连续独塔双索面钢箱梁斜拉桥；南引桥：1070+8670+20350+80+550+6030+50+3430+3.5=20073.5m预应力混凝土连续梁桥。,1.项目概况,1.4桥跨布置,2020/4/30,1.项目概况,1.4桥跨布置,2020/4/30,混凝土总量达250万方，钢材60多万吨。预制50m箱梁404片，预制70m箱梁540片。桥墩总数630个。桩基总数8000多根，钻孔桩3472根，钢管桩5000多根。,工程量,工程造价,1.项目概况,1.5主要工程量及造价,2020/4/30,2.主要技术标准,道路等级：六车道高速公路标准;最大纵坡3%，横坡2%;设计时速100(桥)、120(线)km/h;地震基本烈度：度;设计荷载:汽车-超20级,挂车-120;路基宽度：大桥33m,引线35m;通航标准:按交通部交水发2001692号文采用如下：,其他技术指标按交通部公路工程技术标准执行。,根据计委工可批复和交通部批复，大桥主要技术标准为：,2020/4/30,110m,28m,110m,28m,325m,47m,50m,20m,125m,31m,50m,20m,北航道桥,南航道桥,2.主要技术标准,2020/4/30,路基标准横断面布置与车道划分,2.主要技术标准,2020/4/30,航道桥箱梁标准横断面布置与车道划分,2.主要技术标准,2020/4/30,引桥箱梁标准横断面布置与车道划分,2.主要技术标准,2020/4/30,工程规模大，桥梁长达36km水文、气象条件复杂，有效作业时间短工程地质条件差海域地形复杂，滩涂长达10km海洋环境，结构耐久性要求高,杭州湾跨海大桥总体上具有以下五大特点：,3.自然条件,2020/4/30,气象特征温和、湿润、多雨、季风明显。杭州湾南北两岸地处我国东部沿海地区，属典型的亚热带季风湿润气候区，季风显著，四季分明。常年平均气温16左右，七月份最高，平均约28；一月份最低，平均约4。年平均降水量为12001300毫米，多集中在5月10月。该地区季风特征明显，冬季主导风向为NW风，夏季主导风向为SE风，全年平均风速3米/秒左右。杭州湾南北两岸灾害性天气主要有台风（23次/年）、龙卷风（较少出现）、雾（两小时以上大雾24次/年）、雷暴（多发生于78月份）等。,3.1气象,3.自然条件,2020/4/30,3.自然条件,3.1气象,桥区短期测站位置示意图,2020/4/30,各季代表月及全年各风向出现频率（19542000年每格=6%）,3.自然条件,3.1气象,2020/4/30,3.自然条件,3.1气象,台风期风向频率玫瑰图,2020/4/30,影响台风路径图,基本设计风速：39m/s,北航道桥主梁检验风速为:77.7m/s；南航道桥主梁检验风速为:75.3m/s。,3.自然条件,3.1气象,2020/4/30,冲淤演变冬冲夏淤北冲南淤床面冲淤幅度整体比较稳定,钱塘江口杭州湾古海岸变迁图,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,桥位附近河床面近40年冲淤变化,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,杭州湾海域总体冲淤分布,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,杭州湾表流迹线,潮汐、泥沙、盐度设计高潮位：6.15m（1/300）平均最大流速：2.93m/s实测最大流速：4m/s1/300最大潮差：8.4m最大流量:81.5万m3/s潮流量:97.3亿m3实测含沙量：0.041-9.605kg/m3平均含沙量：1.25kg/m3含盐度：8.982-12.394平均含盐度：10.787g/kg,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,郑家埭站大潮潮位、I2003测点垂线平均流速及横断面流量,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,郑家埭站中潮潮位、I2003测点垂线平均流速及横断面流量,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,桥位潮汐特征值,潮汐,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,桥位处不同重现期年极值高水位,桥位处不同重现期年极值低水位(m),设计潮位,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,波浪,乍浦波浪测站情况:常浪向为E和NW，强浪向为E和ESE。春、夏季的常浪向为E，秋、冬两季为NW。年平均波高0.2m，年平均周期1.2s。全年1.5m以上波高仅占0.6%。多年最大波高大于2.5m出现的方位分别在EESE，出现在夏季，而WN向的浪较小。9711号台风过程中实测最大波高3.5m，对应周期7.2s，波向ESE，相应风速26m/s。桥区水域的波浪基本上为风浪，涌浪比例仅占1.4%。,乍浦水文站波浪频率、平均波高和最大波高玫瑰图,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,乍浦站波玫瑰图,2020/4/30,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,工况及位置试验结果公规计算NHI手册运营期间位置冲刷深度冲刷底高程冲刷深度冲刷深度北航道桥：主塔：14.8m-33.4m15.27m13.70m边墩：12.0m-30.6m12.89m10.10m南航道桥：主塔：16.6m-31.5m13.45m13.71m边墩：14.5m-29.4m12.65m13.84m引桥南岸深槽处：16.4m-34.7m施工期间北航道桥：主塔：14.0m-27.2m14.53m13.40m边墩：11.3m-24.5m12.26m9.70m南航道桥：主塔：14.3m-26.0m12.61m12.99m边墩：12.6m-24.3m11.85m13.19m引桥南岸深槽处：15.5m-28.2m,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,桥前壅水,桥墩最大壅水高度出现在涨落急时段，但其时正值中水位时，从防洪和桥梁建设的角度来看，影响不大。高潮位时流速较小，因此，其相应的壅水高度也较小（300年一遇最大仅9cm），其对防洪和桥梁建设影响是极为有限的。,3.自然条件,3.2水文,2020/4/30,航道航迹线,乍浦,金山石化,秦山核电站,3.自然条件,3.3航运,2020/4/30,通航净空,3.自然条件,3.3航运,根据交公路发2001692号文采用如下：,2020/4/30,主要断裂有:北东、北北东、近东西和北西向四组,主要断裂有:萧山球川断裂闸口海盐断裂江山绍兴断裂嘉善余姚断裂桐乡黄姑断裂昌化普陀断裂,杭州湾近场区地震构造,3.自然条件,3.4地震地质构造及地震危险性分析,2020/4/30,近场区的地震活动性:杭州湾大桥场址区位于地震活动相对较弱的地段内。但近场区存在发生5级左右地震的活动背景，最大影响烈度为度。,近场区地震地质稳定性评价:近场区无强震记载，近场区不具备发生6级以上地震构造条件。杭州湾大桥处于地震地质相对稳定性较好的地段。,3.自然条件,3.4地震地质构造及地震危险性分析,2020/4/30,抗震设防标准,3.自然条件,3.4地震地质构造及地震危险性分析,2020/4/30,桥位处无断裂、有浅层沼气和软土层分布,熔结凝灰岩,泥岩,220m,3.自然条件,3.5工程地质,130m,2020/4/30,南岸10公里浅层气分布及气藏图,3.自然条件,3.5工程地质,2020/4/30,浅层气燃烧景观,浅层气喷发情景,3.自然条件,3.5工程地质,2020/4/30,潜水：分布于海底表层亚砂土中。第一层承压水：埋深50m左右，含水介质为亚砂土、粉细砂。第二层承压水：埋深80m左右，含水介质为中粗砂。地下水及海水对结构具有弱腐蚀性。,3.自然条件,3.6水文地质,桥位区地下水主要为第四系松散岩类孔隙水，为潜水、微承压水及承压水。,2020/4/30,3.自然条件,桥位处最大实测流速：4m/s,水文条件,气象条件,桥位处最大潮差：7.57m,桥位处设计波浪高度达6.3m,桥位处8级以上风年均16天,有效作业时间仅180天,自然条件,建设条件复杂,施工决定设计,地质条件,覆盖层厚达220m、软土层厚,南岸10km浅滩存在浅层气,2020/4/30,4.总体设计,4.1总体设计原则,全面贯彻“实用、经济、安全、美观”的技术方针，充分吸取世界范围内建桥的新理论、新材料、新工艺和先进经验，做到因地制宜。将大型化、工厂化的预制装配方案作为研究、确定杭州湾大桥桥型方案的指导思想，有针对性地开发或引进海上作业的大型起吊及安装设备。重视结构耐久性设计和桥梁景观设计，力求造型美观，总体上与周围环境协调。同时应充分重视水环境和自然景观的保护。针对杭州湾的特点，充分重视施工方案研究和施工组织设计，即贯彻“施工决定设计”原则。针对杭州湾特定的建设条件，采取相应的结构安全措施和施工安全对策，确保大桥建设安全和桥梁使用安全。,2020/4/30,混凝土构件设计使用寿命与维护周期表,4.总体设计,4.2设计准则,2020/4/30,钢构件设计寿命期和维护周期表,4.总体设计,4.2设计准则,2020/4/30,4.总体设计,4.3平、纵面线形设计,北航道桥,南航道桥,南引桥,南引线,北引桥,中引桥,平面主要控制因素：,接线、01省道、海塘、航道、表流迹线、南岸围涂、曲线长度、偏角等。,2020/4/30,4.总体设计,4.3平、纵面线形设计,纵面主要控制因素：,路基、01省道、海塘、航道、潮位、波浪、排水等。,2020/4/30,4.总体设计,4.3平、纵面线形设计,平面线形生动活泼、立面线形起伏跌宕南航道桥稳重挺拔、气势恢弘北航道桥若隐若现、遥相呼应,南航道桥318m独塔斜拉桥海中平台高视点效果图,2020/4/30,4.总体设计,4.4工程方案拟定,水文条件,气象条件,工程方案,建设条件适应性,地质条件,功能要求,设备能力,施工条件,实施的难易程度,工程风险与进度,经济合理性,景观协调性,推荐方案,控制地物,2020/4/30,4.总体设计,4.4工程方案拟定,桥型方案概略总体布置,2020/4/30,4.总体设计,2020/4/30,4.总体设计,2020/4/30,采用半漂浮体系，钻石型塔，索塔处设置竖向支座、横向限位支座和纵向阻尼限位装置，边跨设置辅助墩，五跨连续结构。有利于提高斜拉桥的总体刚度，减少塔根弯矩和中跨跨中挠度，同时改善主梁应力分布和减小尾索的应力幅度。,5.1北航道桥,5.结构设计,2020/4/30,塔身(钻石型),5.1北航道桥,5.结构设计,2020/4/30,索塔基础（钻石型）,5.1北航道桥,5.结构设计,2020/4/30,主梁,5.1北航道桥,5.结构设计,2020/4/30,斜拉索,5.1北航道桥,平行钢丝斜拉索,5.结构设计,2020/4/30,建成预想图,5.1北航道桥,5.结构设计,2020/4/30,上部施工流程,5.1北航道桥,5.结构设计,2020/4/30,5.1北航道桥,上部施工流程,5.结构设计,2020/4/30,5.2南航道桥,采用半飘浮体系，索塔处设置竖向支座、横向限位支座和纵向阻尼限位装置，边跨设置辅助墩，三跨连续体系。A型塔，密索扇形布置。,5.结构设计,2020/4/30,塔身（A型）,5.2南航道桥,5.结构设计,2020/4/30,索塔基础（A型）,5.2南航道桥,5.结构设计,2020/4/30,主梁,5.2南航道桥,5.结构设计,2020/4/30,5.2南航道桥,5.结构设计,2020/4/30,5.3引桥,水中区引桥包括高墩区引桥、中引桥低墩区和南引桥水中区三部分，区段全长26170+750m，为70m和50m跨径预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用钻孔桩和钢管桩基础。采用整孔预制吊装的施工方案。陆地区引桥和滩涂区引桥根据建设条件，采用30m、50m、60m、80m跨径连续箱梁方案。,5.结构设计,2020/4/30,5.3引桥,5.结构设计,2020/4/30,5.3引桥,5.结构设计,2020/4/30,5.3引桥,5.结构设计,2020/4/30,引桥建成预想图,5.3引桥,5.结构设计,2020/4/30,结构设计材料性能施工质量构件养护运营维护,钢筋混凝土结构耐久性,混凝土钢材（钢筋）,结构受力结构构造,施工工艺施工质量,湿度控制温度控制,日常检测维修加固超载控制,孔隙种类孔隙分布,钢筋劣化混凝土劣化,物理破坏,化学破坏,钢筋锈蚀,结构性能降低,结构抗力降低安全性能降低,结构刚度降低工作性能降低,表面缺陷外观性能降低,规范使用设计条件参数使用,施工技术操作规程环境条件,可检查、可更换可维修、可补强可控制、可持续,5.4结构耐久性设计,2020/4/30,氯离子渗入引发钢筋腐蚀破坏,氯离子的主要来源：海水、原材料、海洋盐雾、化冰盐阳极与阴极反应：FeFe+2e-；O2+2H2O+4E-4OH-钝化状态：铁的阳极氧化反应产生不溶性氧化铁，有助于建立和保持钝化层。但混凝土中钢筋钝化层不仅仅是Fe2O3，而是Fe2O3、Fe3O4以及水泥水化产物的混合物。Fe3O4不是惰性氧化物，其孔隙率比Fe2O3高很多。4Fe+4Fe3+4e-,3O2+12e-6O2-，4Fe3+6O2-2Fe2O32O2+8e-4O2-，2Fe3+Fe+4O2-Fe3O4活化状态：锈蚀一旦引发，Fe3O4和其它高空隙率产物的产生加速，生成比Fe3O4膨胀性更大的铁锈，包括Fe(OH)2、Fe(OH)3和Fe2O3H2O,导致混凝土保护层开列和剥落。Fe+2(OH)-Fe(OH)2;4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3;2Fe(OH)3Fe2O3H2O+2H2O,二氧化碳,氯离子,5.4结构耐久性设计,2020/4/30,氯离子的催化作用：Cl-引发和加速钝化氧化铁层的分解。Fe2+H2OFeOH+H+(锈蚀点内部酸性化)4FeCl2(aq)+O2+6H2O4FeOOH+8HCl(aq)(Cl-络合物分解和锈蚀点酸性化),碳化空气中CO2渗入混凝土与Ca(OH)2反应，产生碳酸盐和水，使混凝土碱度降低到PH值8.59，低于保持钝化膜所需要的碱度环境，暴露于大气的混凝土结构物会受碳化影响，但较缓慢。,混凝土中钢筋锈蚀机理,混凝土保护层,5.4结构耐久性设计,2020/4/30,碱骨料反应当使用的骨料具有碱活性，单位体积混凝土含碱量（K2O与Na2O）又较高时，可能发生膨胀性碱骨料反应。,硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀主要是地下混凝土受水中或土中硫酸盐的化学和物理腐蚀，荷载和高浓度硫酸盐联合作用时,会加速混凝土的硫酸盐侵蚀破坏。,5.4结构耐久性设计,2020/4/30,结构施工结构耐久性的基础,从结构耐久性设计角度出发，施工对结构耐久性影响是致命的，具体为：混凝土的原材料：水、水泥、砂、骨料及外掺剂等。混凝土的配合比。混凝土浇筑工艺（模板、是否泵送、振捣情况、养生情况等）。大体积混凝土或超长构件浇筑的措施及温度、湿度控制情况。环境条件（季节、天气、室内外等）。钢筋保护层厚度及结构尺寸。混凝土的养生（保持水份）。加强施工控制，确保线形满足设计要求。,2020/4/30,运营管理结构耐久性的保障,结构耐久性并非在法定设计寿命期内一劳永逸，而是需要定期检测、评价、鉴定、养护、修理、更换、加固等运营期间的管理才能保证。按设计荷载严格控制。建立日常检测和健康监测系统，并进行健康诊断，采取有效措施。进行必要的维护和修理（清扫、排水、除锈、修补等）。按规定进行大修、加固或修复。预防突发事件发生（船舶撞击、危险品车辆爆炸、台风、地震等）。,2020/4/30,钢筋防锈技术措施：,胶乳改性混凝土：成本高、施工困难，目前基本不再采用。混凝土表面涂层：涂层本身的寿命只有1015年。环氧涂层钢筋：成本较高、质量控制较难；质量良好则能够推迟锈蚀开始时间，现在常与高性能混凝土一起使用。阻锈剂：能够阻止或延缓氯离子对钢筋钝化膜的破坏，与低渗透性混凝土一起使用效果较好。阴极保护：降低钢筋锈蚀开始以后的锈蚀速率。高性能混凝土：成本低，综合提高混凝土多方面物理力学性能，目前在欧美正大力推广应用。预计可使混凝土在恶劣环境中达到75120年寿命。,提高结构耐久性的主要途径,2020/4/30,5.4结构耐久性设计,5.4.1层层设防措施混凝土表面涂装加大保护层厚度提高混凝土