【南京】双塔三跨悬索长江大桥设计构思及特点

南京长江第四大桥设计构思及特点主讲人：南京长江第四大桥总设计师

崔

冰2012-9-10报告内容1

设计概述2

支承体系3

锚碇基础4

主缆锚固系统5

加劲梁细部构造6

主缆防腐系统上传远程监控系统室外温度、湿度、气压数据本地控制器控制指令温度、湿度数据温度、湿度、气压数据送气管道主缆大气送气站进气索夹排气索夹大气2012-9-101

项目概述南京长江第四大桥位于长江江苏南京区段内，在南京长江第二大桥下游约10km处，距长江入海口约320km。南京长江第四大桥是国家沪蓉国道主干线在南京过江的重要通道，也是南京绕越高速公路的重要组成部分。2012-9-101

项目概述六合栖霞247600141800576204818057.000200m×24m通航净空=690m×50m7.000最高通航水位:

7.98m最低通航水位:0.44m-55.000-110.00054480024760026×1500+1900=40900166001900+23×1500=364001900+92×1500+1900

三跨连续钢箱梁悬索桥北引桥

173300南引桥

1524007×3000=210005200+4×6500+3700=349007×3000=210006×5000=300005×5000

=250006×5000=

300006×5000=300007×5200=364007×5200=36400l

跨径布置：576.2+1418+481.8=2476ml

矢跨比：1/9l

纵坡：2.5%l

竖曲线半径：28000m2012-9-102

支撑体系栖霞六合166118.4410.21418363.4234.200234.20025.00025.000北索塔南索塔北过渡墩纵向阻尼器纵向阻尼器南过渡墩索塔横向支承索塔竖向弹性支承索塔横向支承索塔竖向弹性支承过渡墩横向支承过渡墩横向支承索塔纵向限位支承纵向阻尼装置索塔纵向限位支承过渡墩竖向拉压支承过渡墩竖向拉压支承纵向阻尼装置2012-9-102

支撑体系钢丝直径：φ7.0mm钢丝标准强度≥1670MPa单根吊索：295根1/2A-A1/2B-B35707001085600320

18068548.549(49.719)桥梁中心2757002756.000(9.000)3.000(6.000)线75757575D200D200175-64.000(-50.000)1754504501754504501752012-9-102

支撑体系北索塔南索塔北过渡墩纵向阻尼器纵向阻尼器南过渡墩索塔横向支承索塔竖向弹性支索塔横向支承塔竖向弹性支承过渡墩横向支承过渡墩横向支承塔纵向限位支承索塔纵向限位支过渡墩竖向拉压支承过渡墩竖向拉压支承纵向阻尼装置纵向阻尼装置弹性竖向刚度：350kN/cm限位装置允许位移：南塔：岸侧32cm、江侧46cm；北塔：岸侧30cm、江侧42cm。2012-9-102

支承体系北索塔南索塔北过渡墩纵向阻尼器纵向阻尼器南过渡墩塔横向支承竖向弹性支承索塔横向支索塔竖向弹性支过渡墩横向支承过渡墩横向支承索塔纵向限位支承索塔纵向限位支承过渡墩竖向拉压支渡墩竖向拉压支承纵向阻尼装置纵向阻尼装置支座纵桥向最大位移：岸侧55cm、江侧75cm2012-9-103

锚碇基础六合栖霞247600141800576201380+24×1560+2200=41020481802200+21×1560+1380=363402260+88×1560+2260=1418001660011840234.2007.000通航净空=690m×50m7.000最高通航水位:

7.98m200m×24m最低通航水位:0.44m-55.000-110.000图例国家粮库XSA02XSA01水渠石油管廊拆船厂XSA10XSA04鱼塘XSA03XSA11XSA09NXSA05XSA12XSA06居民集中区XSA07CZK22XSA08南京精研磁性科技有限公司钻孔及XSA09制衣厂桥轴线2012-9-103

锚碇基础六合栖霞247600141800576201380+24×1560+2200=41020481802200+21×1560+1380=36340118402260+88×1560+2260=14180016600234.2007.000通航净空=690m×50m最低通航水位:0.44m7.000最高通航水位:

7.98m200m×24m-55.000-110.000北南标高/m10ZK21ZK30ZK31ZK3276.0076.0976.1076.65N=3N=8N=6N=5N=5N=2↓●●12.760/21.561①①01N=4N=1↓↓2.00/1.93N=3N=2N=3N=36↓↓↓↓↓↓↓↓↓2.00/1.992.95/1.04①0①1N=3↓●0.90/3.113.25/0.762↓↓↓↓↓●4.15/-0.22↓↓↓●●●●●●●N=9N=3↓↓○○N=5N=7N=7①夹N=5N=4↓↓N=6N=6N=6N=58○○①夹①19.20/-4.9912.30/-8.099.45/-5.52N=7↓-6●●①110.90/-6.97○9.90/-5.9111.10/-7.1110.50/-6.4912.00/-7.99N=3↓N=11N=14N=15↓↓N=8N=9↓↓●●N=8N=9↓↓↓●●○○N=176↓fN=13N=12N=14N=14N=7↓↓↓f↓↓○○N=14N=15↓↓N=10N=14●①②○-14-22-30-38-46-54-62-70↓f21↓↓○○①2N=10N=6↓f○●N=15N=14N=16↓↓↓●●N=14N=17↓↓↓21.80/-17.5929.50/-25.2922.00/-18.0730.10/-26.17N=11N=13○○↓N=19N=24↓N=18↓23.60/-19.6129.80/-25.81N=17↓●●24.40/-20.3928.90/-24.89N=20N=24↓x↓↓x②1N=21N=18↓xN=23N=27↓N=22N=32↓↓N=22N=32↓○●N=31N=31N=34N=30↓↓↓N=31N=34N=36N=30↓N=35N=42↓↓↓z↓z○○↓↓35.10/-31.09N=9↓z↓zN=31↓N=31N=24↓↓N=19N=23↓↓↓↓○●39.85/-35.9240.40/-36.41②2N=3241.40/-37.19②2N=35N=21N=27N=28N=29↓↓↓N=26↓x●○●↓xN=27N=30↓xN=23↓x↓○●N=30N=20↓↓51.20/-47.21N=33↓-48.500N=32N=50↓↓○○52.20/-48.1953.50/-49.29N=31↓54.10/-50.1756.80/-52.87N=50↓x④3④2N'=35N=50○●N④3N'=3755.90/-51.9159.80/-55.81○○54.90/-50.8957.70/-53.4960.60/-56.39N=52N=50↓↓N=44↓x↓↓x④④⑤232zN=36N'=50N'=52○59.20/-55.19N=54↓60.50/-56.57N'=50④3⑤263.80/-59.5966.80/-62.5964.45/-60.5266.90/-62.9763.80/-59.8167.00/-63.0164.40/-60.3967.00/-62.99N=50↓⑤3⑤376.00/-71.7976.09/-72.1676.10/-72.1176.65/-72.64标间高(m)距(m)4.213.933.994.0121.3119.2122.552012-9-103

锚碇基础l南锚碇基础江苏润杨大桥北锚矩形地连墙深基坑长x宽69.0mx50.0m,深50.0m2012-9-103

锚碇基础l南锚碇基础广州黄埔大桥南、北锚圆形地连墙深基坑直径70.6m/73m，深30.0m、25.5m湖北阳逻大桥南锚圆形地连墙深基坑直径70m/73m，深45.0m2012-9-103

锚碇基础l南锚碇基础2012-9-103

锚碇基础l南锚碇基础2012-9-103

锚碇基础l南锚碇基础2012-9-103

锚碇基础l南锚碇基础非对称荷载下的分析结果2012-9-103

锚碇基础l南锚碇基础l基坑采用地连墙支护结构体系，平面形状为“∞”形，长82m，宽59m，由两个外径59m的非完整圆和一道支撑隔墙组成，壁厚为1.5m。l地连墙施工槽段分Ⅰ期、Ⅱ期两种槽段。地连墙Ⅰ期槽段共32个，Ⅱ期槽段共33个，Ⅰ期、Ⅱ期槽段间采用铣接法连接。2012-9-103

锚碇基础l南锚碇基础基坑开挖至回填完成，

“∞”字形地连墙墙体累计最大变形为12mm，相对位移仅为0.03%，结构整体刚度和内应力明显优于国内外已建成的其它形式的深基坑地连墙支护形式基础；2012-9-103

锚碇基础l北锚碇基础2012-9-103

锚碇基础l北锚碇基础传统陆域沉井助沉方法：l全截面内凹l空气幕l泥浆套l井周回填矿渣l井周射水选择多项组合助沉设计l井上压重l….新型陆域沉井助沉系统——砂套+空气幕2012-9-103

锚碇基础l北锚碇基础助沉系统包括：l齿坎状井壁l回填砂l空气幕1/2沉井立体构造示意1/4井壁齿坎构造示意A­A（砂套）A压缩空气通道15004801180240井壁原状土A齿坎50空气幕气龛回填砂2012-9-103

锚碇基础l北锚碇基础技术原理：通过设置在沉井井壁四周的砂套，沉井井壁与原状土之间形成了一层（≧50cm）松散砂层，使得井壁承受的土压力接近理论主动土压力，相对静止土压力大幅度减小（减小30～45%），进而有效降低井周摩阻；同时，对不透水或透水性差的土层，完全透水的砂套使井壁仅承受土压力（水压力不产生摩阻）产生的摩阻力，相对于水土压力有大幅度降低。2012-9-103

锚碇基础l北锚碇基础A­A（砂套）技术原理：传统的空气幕助沉技术中的压缩空气总是沿着土体最薄弱的裂隙或通道涌向地表，并非完全贴井壁上升形成空气幕墙，因此助沉效果有限且功效较低。由于井壁周围砂套的存在限制了压缩气体的四逸通道，使空气幕墙紧贴井壁（50cm范围内）形成，大大提高了空气幕系统的功效，助沉效果显著。压缩空气通道井壁原状土空气幕气龛回填砂2012-9-103

锚碇基础l北锚碇基础为形成砂套而设计的齿坎构造2012-9-103

锚碇基础l北锚碇基础砂套的形成2012-9-103

锚碇基础l北锚碇基础压缩空气沿砂套涌出地表2012-9-103

锚碇基础l北锚碇基础南京长江第四大桥北锚碇沉井基础终沉姿态为顺桥向倾斜度1/1511、横桥向倾斜度1/28988、平面扭转角4′35″、顶底口最大位移分别为5.2cm和5.4cm，终沉状态刃脚底标高-48.434m，泥面标高-47.6m～-49.1m，平均泥面标高-48.3m左右，基本平整。沉井在整个下沉过程中均十分顺利，创造了日均下沉1.01m的记录。2012-9-104

主缆锚固系统后锚梁主缆锚固系统2012-9-104

主缆锚固系统预应力主缆锚固系统2012-9-104

主缆锚固系统钢筋混凝土榫分步传力式锚固体系2012-9-104

主缆锚固系统2012-9-104

主缆锚固系统钢筋混凝土榫剪力键荷载滑移关系：SB45-16

型剪力键实验数据回归结果SB60-20

型剪力键实验数据回归结果2012-9-104

主缆锚固系统B2锚固板各排剪力键平均剪力及滑移值B23.98%锚固板各排剪力键承载分配比例（承压板）250200150100502340.600.500.400.300.200.100.0018.25%16.09%13.74%900080007000600050004000300020001000020.00%18.00%16.00%14.00%12.00%10.00%8.00%20619020817614111.01%8.50%6.52%4.11%2.17%109837.21%6.61%53286.00%4.00%1.23%0.58%1672.00%00.00%123456789

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1212345678910

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主缆锚固系统锚固系统足尺试验2012-9-104

主缆锚固系统施工照片锚固钢版运输锚固钢板吊装2012-9-104

主缆锚固系统施工照片锚固钢版吊装锚固钢板就位2012-9-104

主缆锚固系统施工照片2012-9-104

主缆锚固系统施工照片2012-9-105

加劲梁细节构造3880034000240024001000

750750

1000吊索中心线检修道护栏30003×3750=112503×3750=112503000吊索中心线检修道护栏边护栏中央护栏边护栏5cm环氧沥青铺装加

劲梁2012-9-105

加劲梁细节构造2.324×3.122.42.4342012-9-105

加劲梁细节构造2012-9-105

加劲梁细节构造t=14mmt=10mmt=12mmt=10mml标准横隔板上板：12～14mm下板：10～16mml索塔及过渡墩永久支座处横隔板上板：12～14mm；中板：10（16）mm

下板：20mm加劲：10mm

加劲：14mm；2012-9-105

加劲梁细节构造300170300170300切角切角170300375%熔深800mm170241108002502503884004002012-9-105

加劲梁细节构造U肋与顶板的的焊接采用实芯焊丝（ER50-6φ1.6）+Ar80%+CO220%混合气焊一道焊接成型。l采用上述工艺焊缝外观呈亮灰色，表面光滑匀顺，极少飞溅及有害气体产生。l熔滴呈轴向射流过渡，且电弧稳定，易于控制焊丝的送进位置，有利于稳定焊缝质量。l焊缝冲击性能明显优于采用纯CO2焊接的熔敷金属冲击吸收功，前者平均值为79J,后者平均值为53J。2012-9-105

加劲梁细节构造80mm焊前打磨每侧2mm端部围焊打磨匀顺不得起熄弧沿周边间隙≤1mm捶击处理没有凹槽

打磨匀顺围焊、打磨匀顺棱边倒圆R≥1mm2012-9-105

加劲梁细节构造2012-9-106

主缆防腐系统l主缆除湿系统设计目标镀锌钢丝的腐蚀性能试验研究成果显示：当空气的相对湿度超过60%后，钢丝的镀锌层腐蚀速度、腐蚀量均将急剧扩大。主缆除湿防腐系统作用是使主缆镀锌高强钢丝长期处于相对湿度小于60%的干燥环境中。2012-9-106

主缆防腐系统l主缆除湿系统设计目标研究同样表明：在同样的相对湿度下，空气温度越高，镀锌层腐蚀速度更快。因此，结合南京地区历年的年度最高气温，进气索夹的设计目标温度设定为40℃以下。温度（

℃

）2012-9-106

主缆防腐系统l主缆除湿系统目标Ø

主缆内部长期环境相对湿度小于60%；Ø

在任何外部气温条件下，进气索夹内干燥空气相对湿度不大于40%，温度不大于40℃，压力小于3Kpa；Ø

系统启动一年内，主缆内部的滞留水全部排出，实现主缆内部干燥（HR60%）；Ø

采用合理的封闭系统，使主缆钢丝处于相对封闭的空间。通过适当的维护，基本杜绝外部水气的侵入；2012-9-106

主缆防腐系统l南京地区气象条件1009080706050403020100定时气温定时露点温度定时相对湿度-10-20-30时间南京市气象局提供的2008年11月1日至2009年10月31日桥址附近每天2时、8时、14时、20时的大气温度、相对湿度及露点温度数据图2012-9-106

主缆防腐系统25.020.015.010.05.00.00510152025303540温度（℃）根据上图的观测结果计算个观测时刻绝对湿度与温度的关系，气温在30℃至35℃时的绝对湿度达到24.1g/kg。2012-9-106

主缆防腐系统10090807060504030201073.7-1001016.3

203040温度（℃）根据气象局提供数据，桥位区附近的年平均气温：16.3℃，平均相对湿度：73.7%，平均相对露点温度：

10.9℃。2012-9-106

主缆防腐系统l主缆除湿系统运营的总体设计构思上传远程监控系统室外温度、湿度、气压数据本地控制器控制指令温度、湿度数据温度、湿度、气压数据送气管道主缆大气大气送气站进气索夹排气索夹系统内部系统外部2012-9-106

主缆防腐系统l送气站内部设备气密门加热器过滤器

除湿机室外空气室外空气湿空气送气站3kPa干燥空气干燥空气处理风机过滤器空调器除湿设备690风机270m3/h粗效过滤器G3中效过滤高效过滤板式热交空调冷却设备电加热变频

机房

紧急

电控器照明

照明箱器F7

器H14

换器m3/h2466422244422012-9-106

主缆防腐系统l南京四桥主缆除湿系统总体布置南京四桥主缆除湿系统是通过向主缆内部间隙强制输入干燥的空气，并保证缆丝间干燥空气持续的流动，从而保护钢制缆索不受潮湿空气的腐蚀。同时，也可以利用本系统将施工期间遗留在主缆内的水分，在一定时间内逐步排除，最终达到主缆内部长期保持封闭干燥且不受湿气损害的目的