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1、金塘大桥主通航孔桥 报告人:浙江省交通规划设计研究院 史方华 2019年11月12日,设计特点,一、概况 二、建设条件 三、设计原则 四、设计特点 五、几点体会,报告内容,一、概况,(一)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,一、概况,公路等级：双向四车道高速公路 设计速度：100km/h 荷载等级：公路级 桥面横坡: 2%(双向) 桥面纵坡: 最大2.8%,一、概况,通航标准：通航5万吨级海轮(压载),净宽544m,净高51m
2、设计高潮位频率:1/300 结构设计基准期:100年,（二）技术标准,（一）气象,二、建设条件,设计基准风速：按一般平坦空旷地面离地10m高，频率1/100，10min平均最大风速40.16m/s计。 桥址处极端最高温度 38.5; 极端最低温度-6.6 。 桥址处日平均最高温度 33.3; 日平均最低温度 -3.5 。,（二）水文,二、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，历年平均海平面为0.26m，历年平均高潮位1.14m，平均低潮位-0.75m，最高潮位3.28m，最低潮位-2.12m，最大潮差3.67m，平均潮差1.91m。潮流以往复流为特征，涨潮流向西或向北，
3、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2.54 m/s，最大波高为6.26m。 桥位处海床冲刷深度：自然冲刷深度：5m；建桥冲刷深度：索塔：15.6m，辅助墩16.0m，过渡墩14.3m。,（三）地质,二、建设条件,该段水深10.826.7m，海床表部主要为海相灰色流软塑状淤泥质亚粘土、亚粘土，和冲海相灰色，灰绿色松散稍密状亚砂土、粉细砂，中间黄褐色软硬塑状亚粘土，以上土层总厚度9.524.9m；其下为灰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61.576.5m；该区下伏基岩面起伏变化相
4、对不大，基岩面埋深77.2101.6m，其弱风化岩面顶板标高-102.88-115.30m，基岩岩性主要为晶屑玻屑熔结凝灰岩，属硬质岩。,（四）地震,二、建设条件,地震基本烈度为度。抗震设防标准如下:,二、建设条件,（五）船舶撞击力,三、设计原则,充分考虑桥址区的海洋环境; 体现“安全、经济、耐久、和谐”的设计原则; 以科技为支撑,创新谋发展的理念,设计一流大桥; 景观设计充分考虑舟山普陀山 “海天佛国”的文化素材。,四、设计特点,7721862021877m五跨连续钢箱梁斜拉桥,结构采用半飘浮体系。 由于桥梁处于强风强震区,塔梁间的纵向约束是结构体系的关键。若塔梁纵向直接约束,索塔根部在温度
5、作用下会出现巨大的拉应力;若塔梁间不设纵向约束,索塔根部在风荷载作用下难以满足结构要求。另外,在巨大的地震荷载作用下,为了减小索塔根部地震荷载,必须在塔梁间设置纵向阻尼器。为了同时满足极限风荷载、汽车荷载和温度作用的要求,最终采用带纵向限位的粘滞阻尼器,限制位移根据计算优化定为35cm。,（一）支承体系,四、设计特点,（二）桩基础,四、设计特点,1、索塔基础 采用42根2.5m 2.85m钻孔灌注桩 ，承台为圆端形构造，平面尺寸为56.7834.02m，厚6.5m，承台上设厚2.5m的塔座 。钢护筒壁厚为25mm,局部防腐处理。,（二）桩基础,四、设计特点,2、过渡墩 设10根2.5m2.85
6、m钻孔灌注桩 ，承台采用矩形构造，横桥向宽为25.4m，顺桥向宽为15.5m，承台厚4.0m。墩身采用分离式的矩形结构（D1墩身为实心、D6墩身为空心），横桥向宽6.3m，顺桥向宽3.5m。,（二）桩基础,四、设计特点,3、辅助墩 设10根2.5m 2.85m钻孔灌注桩 ，承台采用矩形构造，横桥向宽为25.4m，顺桥向宽为15.5m，承台厚4.0m。墩身采用分离式的矩形结构（D2墩身为实心、D5墩身为空心），横桥向宽5.8m，顺桥向宽3.5m。,（三）索塔防撞,四、设计特点,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、塔柱免遭
7、船舶撞击损伤，减少工程费用，同时利用橡胶件，对撞击船舶进行适当保护。波流力也比浮式消能箱的防撞方案要小。,过渡墩和辅助墩的防撞方案通过主体结构桩+防撞群桩套箱消能防撞方案 、增加主体结构桩基+附着式消能防撞方案 、独立防撞墩方案 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、设计特点,（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造,四、设计特点,索塔高204m（承台以上），花瓶形。塔顶顺桥向宽7m，横桥向宽6.5m；塔底顺桥向宽12m，横桥向宽9m。横梁高8m，宽10.5m。,（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造,四、设计特点,塔上斜拉索锚固构造常用的方式有三种：钢锚箱锚固（如诺曼第大桥、杭州湾
8、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，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,所以找到一种合适的拉索锚固方案非常必要。,（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造,四、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钢牛腿组合结构。,（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造,四、设计特点,钢锚梁由受拉锚梁和锚固构造组成。每对斜拉索面内的平衡水平
9、分力由钢锚梁承受，部分不平衡水平分力通过梁端顶座传递到预埋钢板，由索塔承受；竖向分力通过牛腿传到塔身后，全部由索塔承受；空间索在面外的水平分力由钢锚梁自身平衡。,（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造,四、设计特点,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
10、拉结束后，释放固结装置。 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水平分力。,（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造,四、设计特点,钢牛腿是钢锚梁的支撑结构，由座板、托架、塔壁预埋钢板、剪力钉和与劲性骨架相连的连接钢板组成。,（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造,四、设计特点,钢锚梁和钢牛腿组合结构由钢锚梁、钢牛腿和预埋钢板等组成，安装时采用钢锚梁和钢牛腿临时固结，和预埋钢板一起整体吊装。,（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造,四、设计特点,经足尺模型试验, 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,四、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，耐久性
11、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，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； 3）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。,组合结构具有以下优点:,（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造,四、设计特点,总之,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。,（六）钢箱梁及梁上斜拉索锚固构造,四、设计特点
12、,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。首次采用国产高强度厚板材料。,钢箱梁外表面采用电弧喷铝长效防腐,其组成为电弧喷铝、环氧云铁封闭漆和聚氨酯面漆,钢箱梁内表面采用防腐涂装+除湿。 索塔内部空间也采用防腐+除湿,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,使用寿命50年。 钢筋混凝土的防腐,主要通过采用海工混凝土、增加钢筋保护层,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施。,（七）耐久性设计,四、设计特点,为了保证地面25m/s的风速下,在主通航孔桥桥面上不中断交通,需要通过设置风障来达到桥面风速也在25m/s范
13、围之内。,（八）风障设计,四、设计特点,（九）景观,四、设计特点,主题:海天佛国 以海天作为创作元素,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。,（九）景观,四、设计特点,（九）景观,四、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跨海特大桥。建跨海大桥,不可避免的会遇到波流力的问题。特别对于深水基础,往往控制设计的是极限波流力和极限风的组合,但是否会同时以最大值的形式出现呢?在裂缝计算时,其频遇值系数又如何选取?这些问题不是以一个桥就能研究出来的。建议由相关单位进行系统的专门研究,在下次规范修订时加以补充。,（一）应开展波流力和风荷载的组合研究,五、几点体会
14、,（二）加强设计人员的专业配置,五、几点体会,不能只依靠专题研究单位,设计单位也需要一定的专才。 象桥梁基础的抗震和船舶撞击问题,它与桩基础的直径、承台大小(质量),它需要一个不停的试算过程,如果专题研究单位只提供内力,由设计单位结构计算,来回多次折腾,必然会影响工作效率。,（三）辩证看待资源共享,以科学发展观搞好桥梁设计,五、几点体会,共享资源是人类进步的象征, 我们今天开桥梁学术会议,也是一个共享的过程。国内虽然已经按新规范建了一定数量的跨海大桥,也取得了一定的海洋环境耐久性设计的经验和成果,但每个桥的实际环境总是有一定的差异,不能照搬照抄,要多进行耐久性的专题研究(如跟踪研究)。,谢谢领导和专家!,
