杭州湾跨海大桥设计创新

1、杨俊杨俊峰峰20122012级道桥学硕班级道桥学硕班2012.12.042012.12.04概述概述世界跨海长桥建设概况世界跨海长桥建设概况杭州湾跨海大桥设计原则和总体方案杭州湾跨海大桥设计原则和总体方案杭州湾跨海大桥防风设计创新杭州湾跨海大桥防风设计创新杭州湾跨海大桥防腐蚀设计创新杭州湾跨海大桥防腐蚀设计创新总结总结 杭州杭州湾跨海大桥是国道主干线湾跨海大桥是国道主干线同三同三线线(黑龙江省同江市至海南省三业市黑龙江省同江市至海南省三业市)跨越杭跨越杭州湾的通道，大桥位于钱塘江入海的河口州湾的通道，大桥位于钱塘江入海的河口海湾，海湾北面为浙江省杭嘉湖平原和我海湾，海湾北面为浙江省杭嘉湖平原和

2、我国的经济中心上海市，南面为姚北平原和国的经济中心上海市，南面为姚北平原和我国东南沿海重要港口城市宁波。大桥北我国东南沿海重要港口城市宁波。大桥北起嘉兴海盐郑家埭，跨越宽阔的杭州湾海起嘉兴海盐郑家埭，跨越宽阔的杭州湾海域后止于宁波市慈溪水路湾，全长域后止于宁波市慈溪水路湾，全长36km。1)水中区引桥均采用钢管桩基础，钢管桩总计水中区引桥均采用钢管桩基础，钢管桩总计5474根，总用钢量约根，总用钢量约37万吨，采用大型船机施工和万吨，采用大型船机施工和GPS(RTK)测量定位；测量定位；2)除少量高墩外，水中区引桥均采用预制桥墩，预制墩共计除少量高墩外，水中区引桥均采用预制桥墩，预制墩共计47

3、4个，个，混凝土总量约混凝土总量约6万立方米，最大吊重万立方米，最大吊重440t；3)水中区引桥采用跨度为水中区引桥采用跨度为70m的预应力混凝土箱梁，整孔预制，单的预应力混凝土箱梁，整孔预制，单片梁重片梁重2200t，共，共540片，共计混凝土片，共计混凝土448万立方米，采用运架万立方米，采用运架一体船运输和吊装；一体船运输和吊装；4)南岸滩涂区引桥采用钻孔桩基础，长栈桥法施工。上部结构采用跨南岸滩涂区引桥采用钻孔桩基础，长栈桥法施工。上部结构采用跨度度50m预应力混凝土箱梁，共预应力混凝土箱梁，共26联，联，404片，共计混凝土片，共计混凝土238万立方米，单片梁重万立方米，单片梁重14

4、30t，采用整孔预制、梁上运输和架桥机架，采用整孔预制、梁上运输和架桥机架梁的方案；梁的方案；5)北岸滩涂区较短，采用钻孔桩基础，栈桥法施工。上部结构采用移北岸滩涂区较短，采用钻孔桩基础，栈桥法施工。上部结构采用移动模架原位制梁和悬臂现浇两种工法施工：动模架原位制梁和悬臂现浇两种工法施工：6)南、北航道桥均为钢箱梁斜拉桥，采用大直径钻孔桩基础，海上搭南、北航道桥均为钢箱梁斜拉桥，采用大直径钻孔桩基础，海上搭建平台施工。航道桥的主塔和墩身均为现浇施工；建平台施工。航道桥的主塔和墩身均为现浇施工；7)对海上各类混凝土结构和钢结构，特别是处于浪溅区和水位变动区对海上各类混凝土结构和钢结构，特别是处于

5、浪溅区和水位变动区的结构，进行了专门的防腐蚀设计，以确保结构的设计使用寿命。的结构，进行了专门的防腐蚀设计，以确保结构的设计使用寿命。杭州湾气候环境杭州湾气候环境特点特点 杭州杭州湾跨海大桥交通量大，行驶车型复杂，有湾跨海大桥交通量大，行驶车型复杂，有32km 完全暴露在海洋环境之中，影响营运安全完全暴露在海洋环境之中，影响营运安全的气象因素主要有风、雨、雾、冰和雪等。杭州湾的气象因素主要有风、雨、雾、冰和雪等。杭州湾地处北亚热带南缘，属东亚季风区，冬夏季风交替地处北亚热带南缘，属东亚季风区，冬夏季风交替显著。冬季风向集中于西北方位，春夏季风向集中显著。冬季风向集中于西北方位，春夏季风向集中于

6、东南方位。平均最大风速为于东南方位。平均最大风速为17. 7 22. 6m / s，极大风速为，极大风速为31. 9 32. 2m / s，台风平均，台风平均每年每年2 3 次。根据次。根据分析，灾害分析，灾害天气对海上桥梁天气对海上桥梁交通的影响远比陆地严重，其中大风的影响最为严交通的影响远比陆地严重，其中大风的影响最为严重。因此，风影响成为大桥运行安全管理中首要应重。因此，风影响成为大桥运行安全管理中首要应对的难题。对的难题。风对桥面行车安全风对桥面行车安全影响影响 当当汽车在桥面上行驶时，考虑到风力、惯汽车在桥面上行驶时，考虑到风力、惯性力、重力等共同作用，汽车可能出现以性力、重力等共同

7、作用，汽车可能出现以下状态下状态:弯道中侧风作用下汽车行驶极弯道中侧风作用下汽车行驶极限限;弯道中侧风作用下汽车侧向倾翻弯道中侧风作用下汽车侧向倾翻;上上坡道迎风作用下汽车行驶极限坡道迎风作用下汽车行驶极限;下坡道背下坡道背风作用下汽车驻坡制动极限风作用下汽车驻坡制动极限;侧风作用下侧风作用下汽车转向稳定性。其中，车辆侧风效应是汽车转向稳定性。其中，车辆侧风效应是需要重点关注解决的问题。需要重点关注解决的问题。防风防风( 减风减风) 设计设计创新创新 增设增设风障是当前国外桥梁工程中最为有效的技术措施。风障是当前国外桥梁工程中最为有效的技术措施。借助风洞试验和数值风洞分析技术，研究了不同断面形

8、借助风洞试验和数值风洞分析技术，研究了不同断面形式和透风率的风障对桥面减风效果的影响式和透风率的风障对桥面减风效果的影响。推荐的减风推荐的减风方案为方案为:在大桥全线将护栏由原设计高在大桥全线将护栏由原设计高1. 25m 加至加至1. 5m;主桥与高墩区在护栏上另加设主桥与高墩区在护栏上另加设1. 5m 高的弧形风高的弧形风障障( 总高总高3m) ，同时在里程桩号，同时在里程桩号K50 + 249. 000 K51 + 579. 000( 北航道桥北引桥高墩区起点北航道桥北引桥高墩区起点) 的区域再的区域再加设加设1. 5m 高风障高风障;南、北航道桥桥塔两侧区域考虑局南、北航道桥桥塔两侧区域

9、考虑局部增加风障的高度部增加风障的高度( 总高总高4. 2m) ;无风障区与有风障区、无风障区与有风障区、高风障区与低风障区采用逐渐过渡的方式。高风障区与低风障区采用逐渐过渡的方式。 面对面对严峻的海洋环境条件及高达严峻的海洋环境条件及高达250 万万m2 的混凝土用量，如何的混凝土用量，如何实现大桥混凝土工程的耐久性，确保实现大桥混凝土工程的耐久性，确保100 年设计使用寿命，是迫切年设计使用寿命，是迫切需要解决的技术难题之一需要解决的技术难题之一。为解决混凝土结构耐久性的两个基本问题，为解决混凝土结构耐久性的两个基本问题，从整体结构的角度出发，系统地提出了以下从整体结构的角度出发，系统地提

10、出了以下措施措施1)基本措施限制氯离子扩散系数和设置合理的钢筋保护层，采用以氯基本措施限制氯离子扩散系数和设置合理的钢筋保护层，采用以氯离子扩散系数为控制参数的海工耐久离子扩散系数为控制参数的海工耐久混凝土混凝土2)附加措施根据不同的情况和环境研究采用不同的防腐措施，针对性附加措施根据不同的情况和环境研究采用不同的防腐措施，针对性地引进国际先进的防腐技术和工艺，以降低氯离子扩散速度地引进国际先进的防腐技术和工艺，以降低氯离子扩散速度，3) 监测措施根据环境特征和大桥的耐久性要求，引进国外监测措施根据环境特征和大桥的耐久性要求，引进国外预埋式耐预埋式耐久性监测系统久性监测系统，用于长期动态获取耐

11、久性参数，掌握大桥混凝土结构，用于长期动态获取耐久性参数，掌握大桥混凝土结构脱钝前锋面的发展进程，验证混凝土结构耐久性防护措施的有效性脱钝前锋面的发展进程，验证混凝土结构耐久性防护措施的有效性。4) 验证措施通过引入与研究对象具有相似环境条件且具有一定服役验证措施通过引入与研究对象具有相似环境条件且具有一定服役年限的第三方参照物，以解决室内试验环境与现场实际环境之间的相年限的第三方参照物，以解决室内试验环境与现场实际环境之间的相似性问题。似性问题。根据上文的论述，结合杭州湾建设的经验和过程，大桥根据上文的论述，结合杭州湾建设的经验和过程，大桥的总体设计原则可以总结如下：的总体设计原则可以总结如下：1）全面贯彻）全面贯彻“实用、经济、安全、美观实用、经济、安全、美观”的技术方针，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。先进经验，做到因地制宜。2）将大型化、工厂化、标准化的预制装配方案作为研）将大型化、工厂化、标准化的预制装配方案作为研究、确定杭州湾跨海大桥桥型方案的指导思想，有针对究、确定杭州湾跨海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。性地开发或引