金塘大桥主通航孔桥的设计特点

1、报告人:浙江省交通规划设计研究院 史方华2022年4月8日 一一、概况概况 二二、建设条件建设条件 三三、设计原则设计原则 四四、设计特点设计特点 五五、几点体会几点体会报告内容报告内容一、概况一、概况( (一一) )地理位置地理位置 金塘大桥是浙江省舟山大陆连岛工程中的第五座大桥，连接舟山市金塘岛与宁波市镇海区，全长21.029km，其中海上桥梁长18.27km，也是舟山大陆连岛工程中规模最大的跨海特大桥。（二）技术标准（二）技术标准一一、概况概况 公路等级：双向四车道高速公路公路等级：双向四车道高速公路 设计速度：设计速度：100km/h100km/h 荷载等级：公路荷载等级：公路级级 桥

2、面横坡桥面横坡: 2%(: 2%(双向双向) ) 桥面纵坡桥面纵坡: : 最大最大2.8%2.8% 一一、概况概况通航标准：通航5万吨级海轮(压载),净宽544m,净高51m设计高潮位频率:1/300结构设计基准期:100年（二）技术标准（二）技术标准（一）气象（一）气象二二、建设条件建设条件 设计基准风速：按一般平坦空旷地面离地设计基准风速：按一般平坦空旷地面离地10m10m高，频率高，频率1/1001/100，10min10min平均最大风速平均最大风速40.16m/s40.16m/s计。计。 桥址处极端最高温度桥址处极端最高温度 38.5; 极端最低温度极端最低温度-6.6 。 桥址处日

3、平均最高温度桥址处日平均最高温度 33.3; 日平均最低温度日平均最低温度-3.5 。 （二）水文（二）水文二二、建设条件建设条件 本工程区的潮汐属不规则的半日潮，潮流以往复流为特征，历年平均海平面本工程区的潮汐属不规则的半日潮，潮流以往复流为特征，历年平均海平面为为0.26m，历年平均高潮位，历年平均高潮位1.14m，平均低潮位，平均低潮位-0.75m，最高潮位，最高潮位3.28m，最低，最低潮位潮位-2.12m，最大潮差，最大潮差3.67m，平均潮差，平均潮差1.91m。潮流以往复流为特征，涨潮流。潮流以往复流为特征，涨潮流向西或向北，落潮流向东或向南，涨潮流速略大于落潮流速。向西或向北，

4、落潮流向东或向南，涨潮流速略大于落潮流速。 百年一遇的最大流速为百年一遇的最大流速为2.54 m/s，最大波高为，最大波高为6.26m。 桥位处海床冲刷深度：自然冲刷深度：桥位处海床冲刷深度：自然冲刷深度：5m；建桥冲刷深度：索塔：；建桥冲刷深度：索塔：15.6m，辅助墩辅助墩16.0m，过渡墩，过渡墩14.3m。 （三）地质（三）地质二二、建设条件建设条件 该段水深该段水深10.826.7m，海床表部主要为海相灰色流，海床表部主要为海相灰色流软塑状淤泥质软塑状淤泥质亚粘土、亚粘土，和冲海相灰色，灰绿色松散亚粘土、亚粘土，和冲海相灰色，灰绿色松散稍密状亚砂土、粉细砂，稍密状亚砂土、粉细砂，中间

5、黄褐色软中间黄褐色软硬塑状亚粘土，以上土层总厚度硬塑状亚粘土，以上土层总厚度9.524.9m；其下为灰；其下为灰褐灰绿黄绿等色中密褐灰绿黄绿等色中密密实状粉细砂、中粗砂或亚砂土相间厚度较大灰密实状粉细砂、中粗砂或亚砂土相间厚度较大灰色软塑状粘土，和黄褐黄绿灰蓝等色硬塑状为主的（亚）粘土，总厚色软塑状粘土，和黄褐黄绿灰蓝等色硬塑状为主的（亚）粘土，总厚度度61.576.5m；该区下伏基岩面起伏变化相对不大，基岩面埋深；该区下伏基岩面起伏变化相对不大，基岩面埋深77.2101.6m，其弱风化岩面顶板标高，其弱风化岩面顶板标高-102.88-115.30m，基岩岩性，基岩岩性主要为晶屑玻屑熔结凝灰岩

6、，属硬质岩。主要为晶屑玻屑熔结凝灰岩，属硬质岩。 （四）地震（四）地震二二、建设条件建设条件 地震基本烈度为地震基本烈度为度度。抗震设防标准如下。抗震设防标准如下: : 设防地震设防地震概率水平概率水平结构性能要求结构性能要求结构校核目标结构校核目标P1：100年年 10主要结构处于正常使用极限状态主要结构处于正常使用极限状态主要结构校核应力主要结构校核应力P2：100年年 5主要结构处于承载能力极限状态，主要结构处于承载能力极限状态，控制位移或变形控制位移或变形主要结构校核极限承载能力或考虑延性校核极限承载主要结构校核极限承载能力或考虑延性校核极限承载能力；校核位移或变形能力；校核位移或变形

7、二二、建设条件建设条件（五）船舶撞击力（五）船舶撞击力航航 道道名名 称称代表船型代表船型（t）塔塔 墩墩桥墩防撞力桥墩防撞力（MN）采用独立防撞墩后防撞力采用独立防撞墩后防撞力(MN)横桥向横桥向顺桥向顺桥向横桥向横桥向顺桥向顺桥向主通航孔主通航孔50000压载压载索塔索塔D3，D465.3432.67200005000辅助墩辅助墩D2，D510.05.01000过渡墩过渡墩D1，D66.03.0三三、设计原则设计原则 充分考虑桥址区的海洋环境充分考虑桥址区的海洋环境; ; 体现体现“安全安全、经济经济、耐久耐久、和谐和谐”的设计原则的设计原则; 以科技为支撑以科技为支撑,创新谋发展的理念创

8、新谋发展的理念,设计一流大桥设计一流大桥; 景观设计充分考虑舟山普陀山景观设计充分考虑舟山普陀山 “海天佛国海天佛国”的文化素材的文化素材。 四四、设计特点设计特点7721862021877m五跨连续钢箱梁斜拉桥 结构采用半飘浮体系结构采用半飘浮体系。 由于桥梁处于强风强震区由于桥梁处于强风强震区, ,塔梁间的纵向约束是结构体系塔梁间的纵向约束是结构体系的关键的关键。若塔梁纵向直接约束若塔梁纵向直接约束, ,索塔根部在温度作用下会出现索塔根部在温度作用下会出现巨大的拉应力巨大的拉应力; ;若塔梁间不设纵向约束若塔梁间不设纵向约束, ,索塔根部在风荷载作用索塔根部在风荷载作用下难以满足结构要求下

9、难以满足结构要求。另外另外, ,在巨大的地震荷载作用下在巨大的地震荷载作用下, ,为了减为了减小索塔根部地震荷载小索塔根部地震荷载, ,必须在塔梁间设置纵向阻尼器必须在塔梁间设置纵向阻尼器。为了同为了同时满足极限风荷载时满足极限风荷载、汽车荷载和温度作用的要求汽车荷载和温度作用的要求, ,最终采用带最终采用带纵向限位的粘滞阻尼器纵向限位的粘滞阻尼器, ,限制位移根据计算优化定为限制位移根据计算优化定为35cm35cm。（一）支承体系（一）支承体系四四、设计特点设计特点（二）桩基础（二）桩基础四四、设计特点设计特点 1、索塔基础、索塔基础 采用采用42根根2.5m 2.85m钻孔灌注桩钻孔灌注桩

10、 ，承台为圆端形构造，平承台为圆端形构造，平面尺寸为面尺寸为56.7834.02m，厚，厚6.5m，承台上设厚，承台上设厚2.5m的塔座的塔座 。钢护筒。钢护筒壁厚为壁厚为25mm,局部防腐局部防腐处理。处理。（二）桩基础（二）桩基础四四、设计特点设计特点 2、过渡墩、过渡墩 设设10根根2.5m2.85m钻孔灌注桩钻孔灌注桩 ，承台采用矩形构造，横承台采用矩形构造，横桥向宽为桥向宽为25.4m，顺桥，顺桥向宽为向宽为15.5m，承台厚，承台厚4.0m。墩身采用分离式。墩身采用分离式的矩形结构（的矩形结构（D1墩身为墩身为实心、实心、D6墩身为空心），墩身为空心），横桥向宽横桥向宽6.3m，顺

11、桥向，顺桥向宽宽3.5m。 （二）桩基础（二）桩基础四四、设计特点设计特点 3、辅助墩、辅助墩 设设10根根2.5m 2.85m钻孔灌注桩钻孔灌注桩 ，承，承台采用矩形构造，横桥向台采用矩形构造，横桥向宽为宽为25.4m，顺桥向宽为，顺桥向宽为15.5m，承台厚，承台厚4.0m。墩。墩身采用分离式的矩形结构身采用分离式的矩形结构（D2墩身为实心、墩身为实心、D5墩墩身为空心），横桥向宽身为空心），横桥向宽5.8m，顺桥向宽，顺桥向宽3.5m。（三）索塔防撞（三）索塔防撞四四、设计特点设计特点 索塔整体抗撞力已满足抗撞要索塔整体抗撞力已满足抗撞要求，防撞措施目标为利用承台钢套求，防撞措施目标为利

12、用承台钢套箱（为了减少地震力，只在局部填箱（为了减少地震力，只在局部填灌混凝土）保护索塔桩基础、塔柱灌混凝土）保护索塔桩基础、塔柱免遭船舶撞击损伤，减少工程费用，免遭船舶撞击损伤，减少工程费用，同时利用橡胶件，对撞击船舶进行同时利用橡胶件，对撞击船舶进行适当保护。波流力也比浮式消能箱适当保护。波流力也比浮式消能箱的防撞方案要小。的防撞方案要小。 过渡墩和辅助墩的防撞方案通过过渡墩和辅助墩的防撞方案通过主体结构桩主体结构桩+ +防撞防撞群桩套群桩套箱消能防撞方案箱消能防撞方案 、增加主体结构桩基、增加主体结构桩基+附着式消能防撞方案附着式消能防撞方案 、独立防撞墩方案独立防撞墩方案 等方案的比较

13、，最后选择了独立防撞墩的方案。等方案的比较，最后选择了独立防撞墩的方案。（四）独立防撞墩（四）独立防撞墩四四、设计特点设计特点160017502650535535平面R240240355355320320355355240240240155025405:16:1直桩5.5:15:16:15:15:16:16:16:15:15:1（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四四、设计特点设计特点 索塔高索塔高204m（承台以上），花（承台以上），花瓶形。塔顶顺桥向瓶形。塔顶顺桥向宽宽7m，横桥向宽，横桥向宽6.5m；塔底顺桥向；塔底顺桥向宽宽12m，横桥向宽，横桥向宽9m。横梁高

14、。横梁高8m，宽宽10.5m。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四四、设计特点设计特点 塔上斜拉索锚固构造塔上斜拉索锚固构造常用的方式有三种：钢锚箱锚固常用的方式有三种：钢锚箱锚固（如诺曼第大桥、杭州湾大桥、苏通长江大桥）、钢锚梁（如诺曼第大桥、杭州湾大桥、苏通长江大桥）、钢锚梁锚固（如安娜西斯大桥、南浦大桥、招宝山大桥）和环向锚固（如安娜西斯大桥、南浦大桥、招宝山大桥）和环向预应力锚固（如南京二桥、杨浦大桥、桃夭门大桥）。预应力锚固（如南京二桥、杨浦大桥、桃夭门大桥）。 金塘大桥拉索为空间索面，常规的钢锚梁已不适用，金塘大桥拉索为空间索面，常规的钢锚梁已不适用，虽然

15、钢锚箱和环向预应力方案均可行，但钢锚箱方案对起虽然钢锚箱和环向预应力方案均可行，但钢锚箱方案对起重设备及安装精度都要求较高，在拉索平衡水平力工况下重设备及安装精度都要求较高，在拉索平衡水平力工况下塔柱砼也会产生拉应力，对结构的耐久性不利；环向预应塔柱砼也会产生拉应力，对结构的耐久性不利；环向预应力方案同样耐久性较差力方案同样耐久性较差,所以找到一种合适的拉索锚固方所以找到一种合适的拉索锚固方案非常必要。案非常必要。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四四、设计特点设计特点 金塘大桥提出了能够锚固空间索面斜拉索的钢锚梁和金塘大桥提出了能够锚固空间索面斜拉索的钢锚梁和钢牛腿

16、组合结构。钢牛腿组合结构。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四四、设计特点设计特点 钢锚梁由受拉锚梁钢锚梁由受拉锚梁和锚固构造组成。每对和锚固构造组成。每对斜拉索面内的平衡水平斜拉索面内的平衡水平分力由钢锚梁承受，部分力由钢锚梁承受，部分不平衡水平分力通过分不平衡水平分力通过梁端顶座传递到预埋钢梁端顶座传递到预埋钢板，由索塔承受；竖向板，由索塔承受；竖向分力通过牛腿传到塔身分力通过牛腿传到塔身后，全部由索塔承受；后，全部由索塔承受；空间索在面外的水平分空间索在面外的水平分力由钢锚梁自身平衡。力由钢锚梁自身平衡。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造（五）索塔及塔上斜拉索锚固构

17、造四四、设计特点设计特点 为达到以上受力模式，构造上采取下列措施：为达到以上受力模式，构造上采取下列措施： 1) 与钢牛腿的接触面之间采用不锈钢和四氟板构成滑动摩擦与钢牛腿的接触面之间采用不锈钢和四氟板构成滑动摩擦副，用以消除钢锚梁与钢牛腿接触面之间的摩阻力对塔的影副，用以消除钢锚梁与钢牛腿接触面之间的摩阻力对塔的影响，确保平衡水平分力全部由钢锚梁承受的受力模式。工地响，确保平衡水平分力全部由钢锚梁承受的受力模式。工地整体组装前，四氟板面涂硅脂，增加摩擦副的润滑性。整体组装前，四氟板面涂硅脂，增加摩擦副的润滑性。 2) 设置临时固接螺栓，安装斜拉索时，钢锚梁的一端与牛腿设置临时固接螺栓，安装斜

18、拉索时，钢锚梁的一端与牛腿固结，以避免施工中发生两侧挂索不同步时，造成钢锚梁位固结，以避免施工中发生两侧挂索不同步时，造成钢锚梁位置的失控而冲击塔壁。斜拉索安装张拉结束后，释放固结装置的失控而冲击塔壁。斜拉索安装张拉结束后，释放固结装置。置。 3) 利用钢锚梁与钢牛腿的连接螺栓抗剪传递横桥向的不平衡利用钢锚梁与钢牛腿的连接螺栓抗剪传递横桥向的不平衡水平分力。水平分力。 （五）索塔及塔上斜拉索锚固构造（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四四、设计特点设计特点 钢牛腿是钢锚梁的钢牛腿是钢锚梁的支撑结构，由座板、托支撑结构，由座板、托架、塔壁预埋钢板、剪架、塔壁预埋钢板、剪力钉和与劲性骨架相连力钉和与劲性

19、骨架相连的连接钢板组成。的连接钢板组成。 （五）索塔及塔上斜拉索锚固构造（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四四、设计特点设计特点 钢锚梁和钢牛腿组钢锚梁和钢牛腿组合结构由钢锚梁、钢牛合结构由钢锚梁、钢牛腿和预埋钢板等组成，腿和预埋钢板等组成，安装时采用钢锚梁和钢安装时采用钢锚梁和钢牛腿临时固结，和预埋牛腿临时固结，和预埋钢板一起整体吊装。钢板一起整体吊装。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四四、设计特点设计特点 经足尺模型试验经足尺模型试验, 钢牛腿、钢锚梁组合结构安全可靠。钢牛腿、钢锚梁组合结构安全可靠。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四四、

20、设计特点设计特点1）由于只有不平衡索力由塔壁承受，塔壁混凝土不会开裂，耐）由于只有不平衡索力由塔壁承受，塔壁混凝土不会开裂，耐久性好；久性好；2）由于没有象钢锚箱一样在上塔柱分叉处有一强大的钢板底座，）由于没有象钢锚箱一样在上塔柱分叉处有一强大的钢板底座，从而使得其传力简单明确，上塔柱分叉处的混凝土受力得到很大从而使得其传力简单明确，上塔柱分叉处的混凝土受力得到很大改善；改善；3）其重量不到类似钢锚箱的）其重量不到类似钢锚箱的1/2，用钢量低，对起吊设备的要求，用钢量低，对起吊设备的要求低，因而较经济；低，因而较经济；4）采用钢牛腿方便了滑模施工，使索塔混凝土施工速度可以大）采用钢牛腿方便了滑

21、模施工，使索塔混凝土施工速度可以大幅度提高；幅度提高；5）钢牛腿、钢锚梁整体吊装，因此安装精度容易得到保证。）钢牛腿、钢锚梁整体吊装，因此安装精度容易得到保证。组合结构具有以下优点组合结构具有以下优点:（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四四、设计特点设计特点 总之总之,空间索面斜拉索塔端锚固采用钢牛腿、钢锚空间索面斜拉索塔端锚固采用钢牛腿、钢锚梁组合体系，为国际首创，不但成功解决了锚固区开梁组合体系，为国际首创，不但成功解决了锚固区开裂问题，提高了结构耐久性，还有利于提高施工速度，裂问题，提高了结构耐久性，还有利于提高施工速度，保证施工质量。保证施工质量。 （六）钢箱

22、梁及梁上斜拉索锚固构造（六）钢箱梁及梁上斜拉索锚固构造四四、设计特点设计特点 主梁采用封闭式流线形扁平钢箱梁。斜拉索在钢箱主梁采用封闭式流线形扁平钢箱梁。斜拉索在钢箱梁上的锚固采用耳板销铰连接方式。首次采用国产高梁上的锚固采用耳板销铰连接方式。首次采用国产高强度厚板材料。强度厚板材料。斜拉索中心线2000/23厘米橡胶铺垫90018145001000050501814900105050010007505050100005.5厘米环氧沥青铺装30100/2143003250+23750+750=115002000/275010501000斜拉索中心线5.5厘米环氧沥青铺装30003250+237

23、50+750=115001430030100/2 钢箱梁外表面采用电弧喷铝长效防腐钢箱梁外表面采用电弧喷铝长效防腐, ,其组成为电弧喷铝其组成为电弧喷铝、环氧环氧云铁封闭漆和聚氨酯面漆云铁封闭漆和聚氨酯面漆, ,钢箱梁内表面采用防腐涂装钢箱梁内表面采用防腐涂装+ +除湿除湿。 索塔内部空间也采用防腐索塔内部空间也采用防腐+ +除湿除湿, ,以保证钢锚梁的耐久性以保证钢锚梁的耐久性。 平行钢丝斜拉索采用法尔胜生产的长效斜拉索平行钢丝斜拉索采用法尔胜生产的长效斜拉索, ,使用寿命使用寿命5050年年。 钢筋混凝土的防腐钢筋混凝土的防腐, ,主要通过采用海工混凝土主要通过采用海工混凝土、增加钢筋保护

24、层增加钢筋保护层, ,在承台等部位掺加阻锈剂在承台等部位掺加阻锈剂, ,在浪溅区的现浇墩身还采用环氧钢筋等措在浪溅区的现浇墩身还采用环氧钢筋等措施施。 （七）耐久性设计（七）耐久性设计四四、设计特点设计特点 为了保证地面为了保证地面25m/s25m/s的风速下的风速下, ,在主通航孔在主通航孔桥桥面上不中断交通桥桥面上不中断交通, ,需要通过设置风障来达到需要通过设置风障来达到桥面风速也在桥面风速也在25m/s25m/s范围之内范围之内。（八）风障设计（八）风障设计四四、设计特点设计特点（九）景观（九）景观四四、设计特点设计特点主题:海天佛国以海天作为创作元素以海天作为创作元素,色彩方案为海天蓝色彩方案为海天蓝。专项景观设计由厦门翰卓路桥景观艺术有限公司完成专项景观设计由厦门翰卓路桥景观艺术有限公司完成。（九）景观（九）景观四四、设计特点设计特点（九）景观（九）景观四四、设计特点设计特点 金塘大桥是我国第一座按桥梁新规范体系设计的金塘大桥是我国第一座按桥梁新规范体系设计的跨海特大桥。建跨海大桥跨海特大桥。建跨海大桥,不可避免的会遇到波流力不可避免的会遇到波流力的问题。特别对于深水基础的问题。特别对于