土木工程之我對蘇通大橋結(jié)構(gòu)的看法

1、蘇通大橋設(shè)計方案蘇通大橋設(shè)計施工方案的評價 土木工程論文之對蘇通大橋設(shè)計施工方案的看法摘要：蘇通大橋克服了四大艱難的自然條件，同時開創(chuàng)了中國斜拉橋的新天地，開創(chuàng)了四個世界第一。大橋采用了雙塔鋼箱梁斜拉橋方案，其跨徑布置為100+100+300+1088+300+100+100m，總長2088m。采用七跨連續(xù)半漂浮體系，空間密索型布置；索塔與主梁間縱向安裝沖擊荷載阻尼約束裝置液壓緩沖器或粘滯阻尼器，橫向設(shè)抗風(fēng)支座傳遞風(fēng)荷載。關(guān)鍵字：斜拉橋、鋼箱梁、結(jié)構(gòu)、施工方案、設(shè)計方案蘇通長江公路大橋（簡稱“蘇通大橋”）位于江蘇省東南部長江口南通河段，連接蘇州、南通兩市，北岸接線始于江蘇省公路主骨架“橫三”線

2、寧（南京）通（南通）啟（啟東）高速公路，與實施中的連（連云港）鹽（鹽城）通（南通）高速公路相接；南岸接線終于江蘇省公路主骨架“連三”線沿江高速公路太倉至江陰段，與實施中的蘇（蘇州）嘉（嘉興）杭（杭州）高速公路相接上游距江陰長江公路大橋約82km,下游離長江入?？诩s108km。蘇通大橋是交通部規(guī)劃的黑龍江嘉蔭至福建南平國家重點干線公路跨越長江的重要通道，也是江蘇省公路主骨架之一贛榆至吳江高速公路的重要組成部分，對于長江兩岸干線公路網(wǎng)的形成和連通發(fā)揮著重要的作用，在國家及江蘇省公路運輸網(wǎng)中均占有重要地位。蘇通大橋開創(chuàng)了四個世界第一：最大斜拉橋:蘇通大橋跨徑為1088米，是當(dāng)今世界跨徑最大斜拉橋。最

3、深基礎(chǔ)：蘇通大橋主墩基礎(chǔ)由131根長約120米、直徑2.5米至2.8米的群樁組成，承臺長114米、寬48米，面積有一個足球場大，是在40米水深以下厚達300米的軟土地基上建起來的，是世界上規(guī)模最大、入土最深的群樁基礎(chǔ)。最高橋塔：目前世界上已建成最高橋塔為多多羅大橋224米的鋼塔，蘇通大橋采用高300.4米的混凝土塔，為世界最高橋塔。最長拉索：蘇通大橋最長拉索長達577米，比日本多多羅大橋斜拉索長100米，為世界上最長的斜拉索。蘇通大橋工程起于通啟高速公路的小?；ネ⒔唬K于蘇嘉杭高速公路董浜互通立交。路線全長32.4公里，主要由北岸接線工程、跨江大橋工程和南岸接線工程三部分組成?？缃髽蚬こ蹋?/p>

4、總長8206米。大橋的建造條件相對艱難，氣象條件:橋位區(qū)一年有179天風(fēng)力達6級以上，年平均降雨天數(shù)超過120天，霧天31天，還面臨著臺風(fēng)、季風(fēng)、龍卷風(fēng)的威脅;水文條件：江面寬6KM，水深流急，一日兩潮，主橋墩位處水深為2030m,常年流速多在2.m/s以上，實測垂線平均流速為3.68m/s，點流速為4.47m/s，潮差24m；地質(zhì)條件：覆蓋層厚達270。，且表層以淤泥和粉砂為主，較好的持力層在-8m以下。通航條件：通航密度高，平均日通過船只2300多艘，高峰時，日通過船只接近5000艘。兩岸陸域河網(wǎng)密布，地勢平坦，高程一般在25m（85國家高程系統(tǒng)）之間；局部地段有山丘分布。蘇通大橋擬建區(qū)段

5、長江屬彎曲與分漢混合型河段。平面形態(tài)呈S形彎曲；水面寬窄相間，西段天生港附近寬約6km,往下展寬，在軍山附近寬約10km,到東方紅農(nóng)場拐角處寬達14km,再往下突然縮窄，至東段徐六涇附近寬約6km；江中沙洲發(fā)育，槽深灘寬，江心沙洲主要有如皋沙、通州沙和狼山沙、新通海沙、白茆沙等，屬心灘地貌；通州沙東水道與新通海沙南水道中有水深達近50m的深槽區(qū)，構(gòu)成長江主漢，屬深槽侵蝕及堆積地貌，其它水道則為支漢，屬河道沖蝕及沖積地貌。橋軸斷面主槽呈“V”字形，略偏南岸，-10m等深線以下水域?qū)捈s1800m,-20m等深線以下水域?qū)捈s1100m，最深點高超約-31.3m，南北主塔位置的床底高程分別為-14.5

6、m和-22.7m；夾槽在主槽南側(cè)，主槽與夾槽中心距約1700m；夾槽呈盆形，寬約400m,底面高程約-10m,南北主墩位置的床底高程分別為-9.3m和-10.1m。氣象條件復(fù)雜：橋位區(qū)屬于北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，天氣復(fù)雜多變，不良天氣頻繁，對工程影響較大的不良天氣有暴雨、連陰雨、雷暴、臺風(fēng)、大風(fēng)、大雪、霧等。對于臺風(fēng)，橋位地區(qū)從5月下旬至11月下旬都有可能遭受臺風(fēng)襲擊，年均出現(xiàn)臺風(fēng)2.32.7次。7月上旬到9月為臺風(fēng)多發(fā)期，8月份是臺風(fēng)影響最多的月份，約占40%。在設(shè)計中要優(yōu)先考慮抗風(fēng)能力強的結(jié)構(gòu)方案和施工方案；安排施工進度時，受臺風(fēng)影響較大的施工狀態(tài)如最大單懸臂、最大雙懸臂等盡量避開臺風(fēng)多發(fā)期

7、，以確保大橋安全。橋位地區(qū)年平均下雨日120天左右，最多150天；年平均下霧日和雷暴日均為30天左右，最多可達60天。上述不良天氣都會導(dǎo)致有效施工天數(shù)的減少，安排工期時要給予充分考慮。橋位地區(qū)年平均氣溫15.4C左右，年極端最高氣溫42.2C，年極端最低氣溫-12.7C；月最高氣溫30.1C、月最低氣溫-0.2C。由此確定大橋設(shè)計溫度參數(shù)為：結(jié)構(gòu)合攏溫度1020C，混凝土結(jié)構(gòu)升降溫土20C；鋼結(jié)構(gòu)升溫+32C，降溫-33C。通過查閱橋位兩岸地區(qū)的天氣災(zāi)害記錄和走訪調(diào)查當(dāng)?shù)鼐用?，綜合分析研究，表明橋位處沒有龍卷風(fēng)發(fā)生。通過在江面建立觀測平臺和在岸邊設(shè)立剃度觀測塔，揭示了寬闊水面上風(fēng)況不同于鄰近氣

8、象站、也有別于沿岸風(fēng)速測站的事實，真實反映了橋位處的風(fēng)況。觀測數(shù)據(jù)表明，橋位江面風(fēng)速明顯大于鄰近氣象站，平均風(fēng)速為鄰近氣象站的2倍左右，江面風(fēng)速也大于江岸。江面主導(dǎo)風(fēng)向為偏東風(fēng)，南通市累年風(fēng)向頻率玫瑰圖見圖3-2。橋位江面距平均水面10m高度處不同重現(xiàn)期基本風(fēng)速見表3-1。表3-1橋位江面不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)速（m/s）重現(xiàn)期10年30年50年100年120年150年200年極值-I型32.035.537.139139.740.441.3好在河勢及河床穩(wěn)定，水文及地質(zhì)條件相對有利：橋位主通航孔落急流向為95104；漲急流向為270280。在專用航道,落急流向為95105。之間；漲急流向為2822

9、89。100年一遇風(fēng)速時，北主墩附近100年一遇波高為3.29m；主槽南側(cè)100年一遇最大波高為3.63m,專用航道橋橋墩附近為3.05m。橋位斷面1999年9月實測最大測點含沙量為4.14kg/m3。根據(jù)初步設(shè)計方案，大橋?qū)嵤┖笳麄€過水面積將有8.8%左右的壓縮。依據(jù)橋區(qū)河床演變和水文動力特點以及泥沙運動特性，結(jié)合歷年來本區(qū)段動床試驗成果，采用二十年一遇落潮流量與大中小潮組合潮型連續(xù)作用五年的水文組合條件進行試驗，據(jù)隨機模型分析計算，該水文組合頻率大于300年一遇。試驗得到的橋下一般沖刷深度為2.44.7m。蘇通大橋地處長江三角洲沖積平原，第四紀地層厚度大，分布較穩(wěn)定，基巖埋深北岸在2702

10、80m之間，南岸在310m左右。橋位區(qū)全新統(tǒng)顆粒較細，沉積時間短，工程地質(zhì)性質(zhì)較差；上更新統(tǒng)以砂土為主，性質(zhì)較好，其中61、81層巖性以含礫中粗砂為主，厚度大，分布較穩(wěn)定，可選作樁尖持力層；中更新統(tǒng)分布穩(wěn)定、性質(zhì)好，亦可作樁尖持力層，但樁較長。勘察取得了豐富土工試驗成果，針對橋位區(qū)以砂土為主的特征，采取了大量的原狀砂樣，為工程地質(zhì)評價奠定了基礎(chǔ)；南京大學(xué)在工可優(yōu)化橋軸線補做大量的扁鏟試驗、K0固結(jié)試驗等，為巖土優(yōu)化研究提供了更多的依據(jù)。工程地質(zhì)報告推薦采用的設(shè)計參數(shù)符合公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，初步設(shè)計按其推薦值采用。基于這些條件，蘇通大橋設(shè)計方案為：經(jīng)工可和初步設(shè)計階段對橋型方案的研究

11、比較，綜合考慮河勢、通航、地質(zhì)條件和工程造價等因素，最終確定蘇通大橋主航道橋采用雙塔鋼箱梁斜拉橋方案，其跨徑布置為100+100+300+1088+300+100+100m，總長2088m，見下圖：100rr【1洪季上行航道采用七跨連續(xù)半漂浮體系，空間密索型布置；索塔與主梁間縱向安裝沖擊荷載阻尼約束裝置一一液壓緩沖器或粘滯阻尼器，橫向設(shè)抗風(fēng)支座傳遞風(fēng)荷載。主梁采用封閉式流線形扁平鋼箱梁，節(jié)段標(biāo)準長度16m、邊跨尾索區(qū)節(jié)段為12m，全寬40.6m（含風(fēng)嘴），中心線處高度4.0m，最大重量400t。梁內(nèi)橫向設(shè)置兩道桁架式縱隔板（有豎向支承和索塔區(qū)段采用實腹板式），縱向每隔4m設(shè)一道板式橫隔板（索塔

12、區(qū)段間距特殊設(shè)計），縱隔板、橫隔板厚度在設(shè)置豎向支座、橫向限位支座、伸縮裝置及橋塔處予以適當(dāng)增加。根據(jù)受力需要，鋼箱梁在不同區(qū)段采用了不同的鋼板厚度，索塔處板厚最大；頂板的厚度在橫橋向也予以變化，在兩端及靠近錨索區(qū)的位置加厚。斜拉索與主梁采用錨箱式錨固，錨箱安裝在主梁腹板外側(cè)，并與其焊成一體。為確保在正常運營狀態(tài)下，邊跨橋墩避免出現(xiàn)負反力，在輔助墩頂采用了壓重的方式解決。采用矩形斷面，在外側(cè)中部設(shè)置凹槽，構(gòu)造見圖。索塔為鋼筋混凝土材料，呈倒Y形。塔柱分上、中、下三段，上塔柱高89.396m,中塔柱高146.692m,下塔柱高61.612m,總高度297.700m,橋面以上高230.410m。塔

13、柱順橋向?qū)挾扔伤數(shù)?m直線變化至塔底的15m；橫橋向塔頂寬8m，自上向下逐漸變寬，中、下塔柱橫向?qū)挾扔煞植纥c處的5.5m直線變化至塔底的8m。斜拉索與索塔采用安裝在塔柱混凝土內(nèi)的鋼錨箱錨固。采用直徑較小的平行鋼絲斜拉索如此一來便減輕了風(fēng)荷載。全橋共272根斜拉索，最大斜拉索長度581m，單根最大重量約65t。斜拉索采用分類對待和綜合減振的方案，即阻尼器、氣動措施并用。主墩基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁和箱形空心承臺基礎(chǔ)。按照上部結(jié)構(gòu)荷載以及船撞力的要求，樁基礎(chǔ)需要41根直徑為2.5m的鉆孔灌注樁，樁底標(biāo)高-109.0m，樁長為100m。承臺頂面標(biāo)高6.3m，考慮到避免船舶直接撞擊樁身的構(gòu)造要求，根據(jù)船撞

14、力作用范圍（參見船撞力研究成果表）以及最低通航水位-1.46m，確定底面標(biāo)咼-9.0m，因此承臺設(shè)計為厚15.3m的箱形空心承臺；承臺頂、底板厚度均為4m，外壁厚度1.5m，隔艙壁厚度1m，隔艙大小為6.25X6.25m；承臺平面尺寸為62.75X29.5m的圓端形。具體構(gòu)造見圖。經(jīng)過比選，采用消能箱作為防撞設(shè)施。側(cè)面立面過渡墩基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。承臺采用30號混凝土；鉆孔灌注樁采用30號水下混凝土。施工方案：上部結(jié)構(gòu)施工以采用掛籃懸臂澆筑為主，最大塊件重量280t,掛籃重量取120t。墩身采用爬模法進行施工。承臺的圍水結(jié)構(gòu)可采用鋼套箱或鋼管樁圍堰。在保證工程質(zhì)量的前提下，施工單位可根據(jù)各自優(yōu)

15、勢選用。蘇通大橋引橋全長約5.57km，按其與主橋的相對關(guān)系，分為北引橋、中引橋和南引橋三部分，見圖。按所處地域，又可分為陸地、淺灘區(qū)和深水區(qū)三部分，按墩高又可分為高墩區(qū)、低墩區(qū)。因此，設(shè)計時針對不同的地質(zhì)、水文情況，分別考慮了不同的橋梁上、下部結(jié)構(gòu)方案。在北引橋中，在接近橋頭區(qū)段，墩高在10m以下區(qū)域，基于美觀的考慮，宜采用較低的梁高，因此采用30m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，由于橋頭軟土分布較廣、較深，路橋分界處填土高度定為4m。采用體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，單箱雙室。下部結(jié)構(gòu)采用矩形薄壁墩，分離式矩形承臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。50m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)：在北引橋墩高大于10m的陸地或淺水區(qū)段

16、以及南引橋（墩高均大于20m）中，采用50m跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。采用體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁上緣梁寬16.5m,下緣梁寬6.5m,梁高2.8m，高跨比為1/17.9；頂板厚0.28m，底板厚為0.250.7m,腹板厚0.50.7m；翼緣板端部厚0.18m，根部厚0.8m。下部結(jié)構(gòu)采用矩形空心墩，分離式矩形承臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，構(gòu)造見圖6-5，墩身采用40號混凝土，承臺采用30號混凝土，鉆孔樁采用30號混凝土。75m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)：采用體內(nèi)、體外預(yù)應(yīng)力結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，箱梁上緣梁寬16.5m，下緣梁寬6.5m，梁高4m，高跨比為1/18.75；頂板厚0.28m，底板厚為0.250.7m,腹板厚0.360.75m；翼緣板端部厚0.18m，根部厚0.8m。下部結(jié)構(gòu)采用矩形薄壁墩，分離式矩形承臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，構(gòu)造見圖6-7，墩身采用40號混凝土，承臺采用30號混凝土，鉆孔樁采用30號混凝土。30m梁上部結(jié)構(gòu)采用搭支架現(xiàn)澆方法施工。50m梁上部結(jié)構(gòu)采用滑?，F(xiàn)澆方法施工。75m梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制節(jié)段懸拼方法施工。墩身采用爬模法進行施工。樁基采用鉆孔樁，水中承臺采用鋼套箱施工，陸地承臺采用大開挖施工。如此一來便解決了蘇通大橋建造中極為困