润扬长江公路大桥总体设计

　　简介： 润扬长江公路大桥全长7371m，南汊主桥为主跨1490m悬索桥，北汊主桥为主跨406m斜拉桥，引桥为预应力混凝土连续箱梁桥。本文重点介绍建设条件、总体布置、主桥结构、主要技术特点和科研创新工作。
　　关键字：建设条件 技术标准 总体布置 主桥结构 技术特点 科研创新
　　 1. 前言
　　润扬长江公路大桥是江苏省高速公路主骨架和五处跨长江公路通道规划中的项目，北联同江至三亚、北京至上海国道主干线，南接上海至成都、上海至瑞丽国道主干线，同时联接镇江、扬州两座历史文化名城。这座大桥的建设对完善我国交通网络总体布局、促进江苏乃至长江三角洲区域的经济繁荣、更好地发挥长江黄金水道的作用，都具十分重要的意义。
　　2. 建设条件
　　2.1 地形地貌润扬长江公路大桥位于长江镇扬河段世业洲汊道下段。长江南侧为宁镇山脉隆起区，属剥蚀低山丘陵地貌；长江北侧为长江冲积平原。桥址区地势平坦，地表高程3~4m，属长江冲积平原河漫滩地。世业洲分长江为北汊和南汊，长江河道在该段为江心洲河型。
　　2.2  河道基本特征世业洲汊道上接仪征水道，下连六圩弯道，主流长约51.5km.南汊为主汊，长约15.5km，形态弯曲，汊道平均河宽1435m，平均水深13.79m.北汊为支汊，长约13km，为顺直河型，平均河宽785m，平均水深7.35m.目前，世业洲汊道北、南汊分流比为1：3.13，分沙比为1：3.48.历史上镇扬河段河势不稳定，1983年开始镇扬河段一期整治工程，1993年结束，经10年整治，对制止崩塌、稳定江岸、抑制主泓摆动、初步控制分流比，已取得明显效果。
　　2.3 水文镇扬河段属于感潮河段，其潮水位为非正规半日潮型，水位变化明显，每日水位两涨两落，涨潮历时3小时多，落潮历时近9 小时。受上游径流控制，年内水位变幅较大，历年最大变幅达6.25m，最小变幅也有4.54m.设计百年一遇流量为95000m3/s. 2.4 通航根据1996年1月1日起正式实施的《长江下游分道航行规则》，世业洲汊道南汊为主航道，北汊（仪征捷水道）全年限588kW、200总吨以下船舶航行。目前年平均过往船只2500艘/日，其中南汊约300~400艘/日。根据《通航净空技术标准论证报告》，南汊通航海轮的船型拟定为第三代集装箱船和五万吨级巴拿马型干散货船；另一种船型为4413kw推轮顶推16艘3000吨级分节驳船组成的江轮船队。
　　南汊通航净空要求如下：
　　海轮双向通航净宽：390m、净高：50m；
　　船队双向通航净宽：700m、净高：24m.北汊通航净空为，净宽210m，净高18m. 2.5 地质桥位区域在基岩以上广泛沉积着第四系松散层，南岸厚度约28m，分别为软粘土和淤泥质亚粘土夹粉细砂互层；世业洲岸除上述两层外，以下为粉细砂、中粗砂等，厚约50m；北岸厚度约为67m.基岩岩性南岸与世业洲为花岗岩；北汊及北岸为沉火山凝灰角砾岩。沿桥轴线，基岩受到断裂带的影响，其风化层厚度及强度差异较大。
　　2.6 地震根据《桥址区基本烈度复核及断裂活动性评定研究》，对应50年超越概率10%的地震烈度，即本工程场址的基本烈度为VII度。主要断裂活动时代在晚更新世以前，是相对稳定地区，从地震安全性方面考虑，建设特大型桥梁是可行的。
　　3. 主要技术标准（1）桥梁等级：六车道高速公路特大桥（2）车辆荷载等级：汽车-超20级、挂车-120（3）设计车速：100km/h（4）桥面净宽：32.5m（不含锚索区和检修道）
　　（5）通航净空：
　　南汊净高：海轮50m、江轮24m净宽：海轮390m、江轮700m北汊净高：18m净宽：210m（6）设计洪水频率：1/300（7）设计基本风速：29.1m/s（8）船舶撞击荷载：南汊北塔横桥向32.7MN，顺桥向16.3MN北汊南塔横桥向19.1MN，顺桥向9.55MN（9）设计基准期：100年（10）地震设计烈度：VII度（11）设计通航水位：最高：7.34m最低：-0.43m 4. 桥位润扬长江公路大桥桥位位于长江镇扬河段世业洲汊道尾端，镇扬汽渡上游约2.2km处。桥位北端位于扬州市邗江区境内的运西园林场西侧，经世业洲下新滩，南端位于镇江市润洲区龙门口附近。桥址江段被世业洲分隔成南北两汊，其中南汊为长江的主流，主要通行海轮和江轮船队，北汊为支流。世业洲长约13km，呈东西走向，平面呈菱形。由于桥位处南北两汊斜角40度，世业洲上两汊之间设R=1500m的平曲线。
　　5. 总体设计原则设计指导思想：努力吸取国内外特大型桥梁经验，将大桥设计成有品质、有创新、高质量的现代化大桥。主要原则如下：
　　（1）认真贯彻执行国家的各项政策、规定以及有关标准、规范和规定；
　　（2）认真落实工可与初步设计批复意见；
　　（3）认真分析本项目特点和在路网中的作用、地位，结合邻近道路的特点，采用合理的技术标准和实施规模；
　　（4）充分吸取国内外同类桥梁的建设经验；
　　（5）各专业有机结合，相互协调，为桥梁、道路使用者提供安全、快速、经济、舒适的服务；
　　（6）在满足桥梁、道路使用的同时，确保航运、防洪的安全，最大限度地减少对周围环境的影响；
　　（7）注重桥梁美学与景观设计，为项目区域增加新的景观；
　　（8）精心组织、精心设计，加强总体协调，设计文件编制深度达到规定要求以上。
　　6. 总体布局润扬大桥全长7371m，其中：南汊主桥采用主跨1490m悬索桥，北汊主桥采用主跨406m斜拉桥，引桥和高架桥均采用预应力混凝土连续箱梁桥。
　　6.1 南汊悬索桥桥跨布设控制因素
　　（1）根据河势研究报告，为稳定河势，南岸水中不能设墩，经与水利部门多次协调，为确保江边大堤的安全，南塔墩宜设置在大堤的背水侧；
　　（2）通航要求，海轮双向通航宽度不小于390m，江轮双向通航不小于700m.根据“通航净空设址论证会”审定意见，海轮通航净空位置应在距南岸枯水位水沫线100m以北和北岸航行基准面-14m等深线内；
　　（3）为确保长江行洪安全以及方便施工，北锚碇宜置于岸上；
　　（4）北塔墩为减小对河势影响和船舶撞击影响，应设在世业洲南侧浅水区。
　　根据上述原则，经多方案比选，南汊主桥选用1490m单跨双铰钢箱梁悬索桥。
　　6.2 北汊斜拉桥桥跨布设控制因素
　　（1）根据勘察报告，北汊江中有一东西走向的地质断裂带，北汊主桥墩应避开断裂带布设；
　　（2）北汊日通航船舶约2200艘，江中宜少设桥墩，尽量减小船舶撞击桥墩的机率；
　　（3）满足210m*18m的通航净空，同时主桥基本跨越750m（常水位）宽北汊水域；
　　（4）斜拉桥不进入平曲线范围。
　　根据以上原则，北汊主桥选用（176+406+176）m三跨斜拉桥桥型。
　　7. 主桥结构及技术特点
　　7.1 南汊悬索桥
　　（1）主缆系统综合考虑桥位地形、河势、通航、桥位线型及构造统一等因素，南汊桥采用（470+1490+470）m三跨双绞悬索桥。矢跨比经1/9~1/10.5四种不同方案比较，在成桥状态下，根据全桥整体刚度及经济性的分析比较，确定矢跨比为1/10.主缆钢丝采用强度为1670Mpa的镀锌高强钢丝，钢丝直径5.30mm.主缆共两根，平面间距34.3m，由平行钢丝索股组成，每股含127根镀锌高强钢丝，每根主缆为184股，空隙率在索夹处和索夹外分别为18%、20%，相应主缆外径分别为895mm、906mm.吊索材料选用耐久性好的平行钢丝束股，为1670Mpa的镀锌高强钢丝，钢丝直径5.0mm，其外采用PE防护套防护。索夹采用铸钢，吊索上、下端均为顺桥向销接的连接方式。由于刚性中央扣能使缆、梁在跨中处相对固定，对梁的纵横向位移进行约束，从而有效的改善吊索受力状态，尤其是跨中短吊索的受力性能，本桥设计在跨中加设刚性中央扣连接。
　　（2）加劲梁加劲梁采用全焊扁平流线形封闭钢箱梁断面，整体性好，满足抗风稳定性的要求。箱梁标准梁段长16.1m，中心线处梁高3.0m，顶板宽32.9m，检修道宽1.2m，设置在尖嘴外。箱梁总宽38.7m，高跨比1/497，宽跨比1/38.5.吊索与耳板为销接。两个标准段焊接连成一个标准吊装段，吊装重量约471t.箱梁主体结构采用Q345-D钢。顶板和斜腹板厚14mm，底板厚10mm，采用8mm的U型肋和球头钢加劲。横隔板纵向间距3m.（3）索塔悬索桥主塔设计应符合其受力特点，同时注重美观方面的要求。索塔由两个塔柱、三道横梁组成的门式框架结构，塔高约210m.塔柱为钢筋混凝土箱型结构，横桥向两个塔柱斜置，底部外形尺寸6m*12.5m，顶部6m*9.5m.塔柱壁厚采用双向变壁厚，横梁为预应力混凝土空心箱型结构。基础为直径2.8m钻孔灌注桩。
　　（4）锚碇设计采用重力式锚体、预应力锚固系统。初步设计、技术设计阶段对锚碇基础分别采用冻结法、地下连续墙、沉井等方案进行技术经济比较，为稳妥起见，最后采用带案投标方案。南锚基础采用钻孔桩围护加冻结止水围幕、钢筋混凝土内支撑方案，平面为矩形，基础底标高-26m，开挖、封底完成后，在开挖完成的内部空间用混凝土进行填充。北锚基础采用地下连续墙方案，平面为矩形，基础底标高-45m，边开挖、边支撑，封底完成后，现浇钢筋混凝土隔仓，再分别回填混凝土或砂（水）。
　　7.2 北汊斜拉桥
　　（1）索塔索塔采用空间索面花瓶型混凝土塔柱，设置三道横梁，横梁中张拉预应力，以满足塔柱受力要求，索塔总高约145m.基础为直径2.5m钻孔灌注桩。
　　（2）加劲梁采用扁平闭口流线型钢箱梁，满足抗风稳定性要求。箱梁标准段长15m，沿中心线梁高3.0m，箱梁总宽37.4m，高跨比1/135，宽跨比1/10.9.箱梁主体结构采用Q345-D钢，采用悬臂拼装方法施工，吊装重量约246t.箱梁顶板和斜腹板厚14mm，底板厚12mm，顶底板分别采用8mm和6mm的U型肋加劲。横隔板间距3.75m，箱梁内设有两道纵隔板。加劲梁在索塔处设有竖向弹性支座，横向固定支座约束，纵向为漂浮体系。
　　（3）斜拉索采用镀锌钢绞线拉索，为空间扇形双索面体系。拉索由多股无粘结高强度平行钢绞线组成，采用双层HDPE套管进行防护。斜拉索与塔的锚固方式为在塔壁内设置齿板，与主梁的连接采用钢锚箱焊接于上斜腹板上的锚固方式。斜拉索的减振采用HCA斜拉索减振器与减振橡胶块共同作用方式。
　　8.科研与创新润扬大桥是我国公路建桥史上工程规模最大、建设标准最高、技术最复杂的悬索、斜拉、预应力混凝土连续梁组合的特大型桥梁工程。从勘察设计开始就高度重视科研与创新工作，结合勘察设计共进行了30余项专题研究和科研试验，为桥位选择和桥梁方案比选提供了科学的依据。目前在专题研究的基础上，进一步开展的科研试验工作如下：
　　（1）悬索桥中央索扣对整体结构受力影响分析；
　　（2）悬索桥钢箱梁局部应力分析研究（含中央索扣研究）；
　　（3）复杂地质条件下大直径桩承载试验和基础变形数值模拟研究；
　　（4）北锚碇特大深基础关键技术研究；
　　（5）悬索桥鞍座结构分析及实测研究；
　　（6）主缆防护系统、索股制造及架设、吊索防水研究；
　　（7）斜拉桥索塔节段（锚索区）足尺模型试验；
　　（8）特大跨径钢桥面铺装材料和施工工艺研究；
　　（9）桥梁美学及景观设计研究。
　　在勘察设计过程中进行了以下的科研创新工作：
　　（1）查清桥位区域地质情况，在物探、钻探同时开展了遥感、电导率法、波速测试、断层泥同位素测试等综合手段和方法，为桥梁基础设计提供了详细的资料。
　　（2）主缆与加劲梁在跨中连接处加设中央索扣，以改善全桥的整体刚度和抗风稳定性、提高吊索特别是跨中附近的短吊索的使用性能、减小L/4处挠度等，这在国内悬索桥上第一次采用。
　　（3）主缆防护采用泵送干空气除湿防护，以彻底改善主缆钢丝的防腐性能，提高主缆钢丝的使用寿命，进而提高全桥的使用寿命，是桥梁主缆防护的发展方向，这也是国内悬索桥上第一次采用。
　　（4）悬索桥索塔是代表悬索桥形象的景观之一，经多方案比选采用塔柱为矩形断面、双向变壁厚，更好的符合受力特点，并取消塔顶牛腿，施工期间采用临时钢托架，使塔柱线条更加简洁、美观、雄壮。
　　9. 结束语
　　润扬长江公路大桥勘察设计过程中，设计单位开展广泛深入的技术研究和科研创新工作，为特大跨径桥梁建设进行有益的探索。润扬长江公路大桥己于2000年10月20日开工建设，计划于2005年10月1日前建成通车。目前设计单位正进行施工配合及科研试验工作，努力争创国优精品工程。