润扬大桥工程案例分析.

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1、润扬大桥工程案例分析 一、项目背景及工程概况 润扬长江公路大桥(以下简称润扬大桥)是江苏省“四纵四横四联”公路 主骨架和跨长江公路通道规划的重要组成部分，北联同江至三亚、北 京至上海国道主干线（沂淮江高速公路），南接上海至成都国道主干 线（沪宁高速公路）。建设润扬大桥对于京沪、沪蓉两条国道主干线 的联接畅通，完善我国和我省公路网总体布局，缓解过江交通难的矛 盾，更好地发挥长江黄金水道的作用，加强镇江与扬州两市联系，扩 大内需，拉动经济增长，实现江苏省乃至长江三角洲区域的经济共同 繁荣都具有十分重要的意义。 润扬大桥北自扬州南绕城公路起，跨经长江世业洲，南迄于312国道 ，北联同江至三亚国道主干

2、线，南接上海至成都国道主干线。工程全 长35.66公里，由北接线、北汊斜拉桥、世业洲高架桥、南汊悬索桥 、南接线和南接线延伸段6个部分组成 。其中南汊主桥为主跨长 1490m的单孔双铰钢箱梁悬索桥，目前位居 “中国第一、世界第三” 。北汊主桥采用（176+406+176）m的三跨双塔双索面钢箱梁斜 拉桥。从扬州南绕城公路至镇江312国道采用双向六车道高速公路标 准，设计车速100公里/小时；南接线延伸段采用双向四车道高速公路 标准，设计车速120公里/小时。工程概算总投资约57. 8亿元，建设 工期5年，于2000年10月开工，2005年5月1日提前建成通车。 二、设计简介 1. 主要技术标准

3、 （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/sec （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

4、：7.34m 最低：-0.43m 2. 桥位和桥型 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。 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砼连续箱梁 桥。 三.

5、 主桥结构及技术特点 3.1 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+470m三跨双绞悬索桥。矢跨比经1/91/10.5 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。主缆共两根，平面间距34.3m。采用强 度1670MPa的镀锌高强钢丝，钢丝直径为 5.30mm。主缆由平行 钢丝索股组成，每根主缆为184股，每股含127根镀锌高强钢丝，竖 向排列成正六边形，施工采用预制平行钢丝索股法（PPWS法）。主 缆外径分别为895mm（索夹处）、906mm（索夹外）。主缆安全 系数为

6、2.5。索股锚头采用套筒式热铸锚，在铸钢制成的锚杯内，浇 铸锌铜合金。吊索材料选用耐久性好的平行钢丝束股（PWS），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。吊索上下锚头均采用叉形热铸锚。锚杯内浇铸锌铜合金。叉形 耳板与锚杯用螺纹联接。索夹分为上下两半，用螺杆夹紧相连。索夹 采用铸钢，每个吊点由2根吊索组成，上下端均为销接式。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。主索鞍由鞍槽、鞍座和底座组成。 鞍槽用铸钢铸造，鞍座由钢板焊成。鞍槽和

7、鞍座焊成鞍体。为减轻吊 装运输重量，将鞍体分成两半，吊至塔顶后用高强度螺栓拼接。塔顶 设有底座格栅，以安装底座。鞍体与底座间设不锈钢板聚四氟乙烯 滑板，以适应施工中的相对移动。施工中鞍体相对于底座的移动，系 借助设在塔顶的临时千斤顶分几次有控制地推动。到达规定移动量后 ，用夹件锁紧。散索鞍由鞍头、鞍座和底座组成。鞍头用铸钢铸造， 鞍座由钢板焊成。散索鞍呈扇形，可绕底座销轴转动，安装架缆时， 需要临时固定。 （2）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

8、38.7m，高跨比1/497，宽跨 比1/38.5。吊索与耳板为销接。标准梁段吊点位置设在节段的 9.2m/6.9m分点处。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6mm的U型肋和球头钢加劲。横隔板纵向间距3.22m。 板件组装成梁段的步骤是：底板下斜腹板横隔板上斜腹板顶板 。 梁段吊装是从跨中开始，继而向两侧对称进行，然后反向安装端梁段及 靠近塔的几个梁段，最后吊装合拢段，吊装完成后采用全焊方式将所有 接头现场连接。 梁端设有竖向支座和横向抗风支座。 箱梁两端均设置伸缩缝，伸缩总量为2160mm（

9、包括了引桥的伸缩量） 。 行车道桥面铺装为55毫米厚的环氧沥青混凝土，检修道铺设20毫米厚的 橡胶板。 （3）索塔 南汊悬索桥南塔位于镇江侧岸上，周围为鱼塘、菜地和民居，地 面高程2.04.1m。北索塔位于世业洲南侧浅水区，地面高 程-3.0m左右。 索塔塔身由两个塔柱、三道横梁组成的门式框架结构，塔高约 210m，上、中、下三道横梁的高度分别为8m、8m、10m。 塔柱为钢筋砼箱型结构，横桥向两个塔柱斜置，底部外形尺寸 6x12.5m，顶部6x9.5m。塔柱壁厚采用双向变壁厚，横梁为 预应力砼空心箱型结构。 基础为32根直径2.8m钻孔灌注桩，按嵌岩桩设计，南索塔桩长 平均57m左右，北索塔

10、桩长平均53m左右。承台厚6m，呈哑铃 形，北索塔承台采用带底钢套箱施工。 （4）锚碇 采用重力式锚体、预应力锚固系统。锚体长64.272m、宽53.7m、高 42.59m，主要由锚块、散索鞍墩、鞍部后浇段、后锚块侧墙及预应力 锚固部分组成。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。 南锚碇位于镇江市润州区大伍西村，距江边大堤540m，距达标大堤 270m。南锚碇基础围护结构采用冻结排桩方案，基础平面尺寸为 70.552.5m矩形结构。共布置140根1.5m的钻孔灌注桩，桩中心 距1.70m，桩底平均标高-32

11、m。在排桩外侧利用冻结工法形成冻结止 水帷幕，冻结深度-37m，冻结壁厚1.3m，冻结帷幕底脚注浆保护。围 护结构形成后，共分7次开挖土体，分层设置支撑，支撑采用对撑加角撑 结构形式，直至开挖至基岩-26m。开挖完成后，分层分块浇注底板、 填芯砼、顶板。 北锚碇位于镇江市丹徒县世业洲尾部南侧，是润扬大桥控制性工程，采 用钢筋砼结构，砼方量达16万方，建成后将承受6.8万吨的主缆拉力。 北锚碇基础外包主体尺寸为69m（长）50m（宽）48m（深），基 坑围护结构采用1.2m厚的地下连续墙，墙体平均深度约53.0m。 3.2北汊斜拉桥 （1）索塔 索塔采用空间索面花瓶型砼塔柱，桥面以上呈倒 Y形，

12、下塔柱呈V形。塔柱采用箱形断面。设置 三道横梁，索塔横梁均为预应力混凝土结构，上 塔柱斜拉索锚固区塔壁内配置了U型预应力钢绞 线。索塔总高约145m。 索塔基础采用群桩基础。承台采用双壁带底钢套 箱施工，顶标高0.0m，承台厚6m，平面尺寸 39.825.8m，下设高为2m的封底混凝土。每 个索塔下布置24根直径2.8m钻孔灌注桩，桩中 心距7m；镇江侧按摩擦桩设计，桩长93.5m， 扬州侧按嵌岩桩设计，桩长86 m （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

13、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。 锚固斜拉索的锚箱与钢箱梁的腹板焊为一体。 板件组装成梁段的步骤是：底板腹板横隔板、纵隔板顶板。 索塔处设有竖向支座和横向抗风支座。 箱梁两端均设置伸缩缝，其不受约束的伸缩总量为800mm。 行车道桥面铺装为55毫米厚的沥青混凝土，检修道铺设20毫米厚的橡胶 板。 主梁施工采用悬臂拼装方法。 （3）斜拉索 采用镀锌钢绞线拉索，为空间扇

14、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。斜拉索在主梁上标准索距为 15m，在索塔上间距为2m3m，4根背索集中锚固 在边跨梁端，间距6.0m。最大索长225 m，最大钢 绞线根数为55 根，共52对斜拉索。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。 四. 索鞍鞍头装焊工艺 1焊接性 润扬长江公路大桥G21标段主索鞍鞍头、散索 鞍鞍头为铸焊结构，槽道部分采用ZG275- 485H焊接结构用碳素铸钢，底座部分采用20g 锅炉用碳素钢板组焊件

15、。鞍头重量大(主鞍边跨净 重55吨，中跨净重57吨；散鞍净重91吨)、焊缝 厚度大(主鞍80mm，散鞍100mm)、结构刚性 大。这些给焊接和保证尺寸精度都带来了极大难 度。 为了保证产品质量对鞍头焊接性进行了全面分析 ，并作大量工艺评定试验。 11焊接性分析 碳钢焊接性主要取决予以下因素：淬硬 性、组织状况、冷裂纹敏感性、冷却速 度，而热裂纹在中低碳钢焊接中基本上 不存在。 鞍头槽道铸件和底座钢板化学和力学性 能见表14。 112组织状况 ZG275-485H为正火+回火状态，组织 状态良好，但由于铸件尺寸较大，结构 复杂，局部存在缺欠、杂质较多及成分 偏析，对焊接可能造成影响。 20g为热

16、扎钢板，组织较为致密，组织 状态良好，逐张进行超声波探伤，但由 于钢板厚度较大，晶粒沿扎制方向(板长 度方向)分布，厚度方向强度较弱，对于 T接接头，容易造成层状撕裂。 113冷裂纹敏感性 氢含量和大拘束会增加冷裂纹敏感性。 114冷却速度 要改善焊接性，亦即改善组织，从而避免裂纹，控制冷却速度至关重要。冷却速 度与下面几方面有关系： (1)钢材厚度及几何形状； (2)焊接时母材原始温度； (3)焊接热输入量大小。 综上分析，鞍头碳当量较高，焊接性较差(w(C)eq，IIWO5时，及易淬硬，焊 前必须加热)。特别是铸造组织特点、鞍头刚性较大及残余氢影响，裂纹敏感指数较 高，焊后容易产生冷裂纹。另外，鞍头制造周期长，存在冬季施工，鞍头生产公司又处于 北方地区，冬季气温较低，更是容易造成淬硬组织形成。对于鞍头，成分、厚度和几何 形状已固定，要改善焊接性，就必须从改善焊后组织和减