《精编》港珠澳大桥主体工程桥梁设计方案及创新

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1、欢迎莅临 港珠澳大桥主体工程桥梁设计方案及创新 刘明虎2013年09月24日 珠海 港珠澳大桥的责任和使命 一国两制 条件下跨越粤港澳三地 国内外具有空前影响力的跨海通道工程 以之为平台 建立推动工程技术创新的激励机制 把跨海通道技术创新贯穿工程建设的全过程 形成具有领先地位的创新性技术 促进我国工程建设全面发展 为后续特大型跨海通道工程建设提供范本 实现交通行业上的突破 成为交通建设工程的典范 促进我国交通建设科技发展水平 是中国交通建设史上规模最大 技术最复杂 标准最高的工程 其创新建设理念将引领中国桥梁及交通建设领域的工业化革命 是中国迈向桥梁强国的里程碑项目 它无疑是中国交通人的骄傲与

2、梦想 桥梁强国之路的内涵 改革开放以来特别是近十年来 我国桥梁建设取得了举世瞩目的发展成就 当前 新一轮跨江 跨海桥梁建设高潮正在展开 不少地方对大型桥梁建设情有独钟 如何把握稳中求进总基调 促进我国桥梁建设科学发展 安全发展 已成为桥梁工程界和广大桥梁工作者关注和思考的重要课题 现阶段 我国只能说是一个桥梁大国 还不是真正的桥梁强国 之最 和 第一 是成绩 但不代表是强国坚决走出盲目追求 之最 和 第一 的误区 让桥梁建设回归到 安全性 经济性 耐久性和建筑艺术美 的追求上来抛弃空洞口号 把质量 安全和耐久性作为基本目标加强基础性研究和工程技术人才培养 工程品质主导建设任务 加强在新技术 新

3、结构 新材料 新工艺的研究和成果应用推广 项目管理创新不断提高桥梁养护科学化水平2012年2月 中国网中国交通专栏 冯正霖 桥梁强国之路的内涵 二十年来 我国已成为世界上大跨径桥梁发展最快的国家之一 取得了巨大进步必需清醒认识到 与国际领先水平相比 在结构体系 构造型式 分析方法 计算手段等方面仍在追赶在工程材料 施工装备 施工工艺 施工经验等方面尚存差距在质量控制 安全管理 监测检测 养护维修等方面还有不足这些都是我们必须面对的挑战 也是桥梁大国迈向桥梁强国必须攻克的难关 鄂东长江公路大桥工程序言 周海涛 桥梁强国之路的内涵 项目本身的技术含量 理论 材料 结构体系 构造 性价比 工业化水平

4、 品质及耐久性的保障 行成桥梁产业 施工由建造变制造 工业化生产形成专业化 实力强的桥梁产业 材料 装备 工艺 软件 设备 中国桥梁强国之梦的实现在很大程度上将取决于桥梁产业 包括设计公司和施工产业 研发技术中心的水平和自主创造能力 港珠澳大桥建设的工业化水平相对来说达到了空前的高度 按四化理念建成以后就标志着我们国家迈进了桥梁建设强国的门槛 中国桥梁产业的现状及其发展之路 项海帆 主要技术标准 应同时满足三地标准 就高不就低 原则公路等级 高速公路设计速度 100km h行车道数 双向六车道设计使用寿命 120年建筑限界 桥面标准宽度33 1m 净高5 1m设计汽车荷载 按汽车 提高25 用

5、于设计计算 按香港 UnitedKingdomHighwaysAgency sDepartmentalStandardBD37 01 汽车荷载进行计算复核抗风设计标准 运营阶段设计重现期120年 施工期重现期30年地震设防标准 地震基本烈度为VII度 采用如下的抗震设防标准 重现期 工作状态 120年极限状态 通航孔桥1200年 非通航孔桥600年结构完整性状态 2400年 自然建设条件特点和要求 近海离岸跨海通道工程气象条件恶劣 台风多 风力大 高温高湿水文条件复杂 水动力条件差 行洪 纳潮 防淤要求严海上航线密集 船多而杂 船行密度大 船撞作用 机场航空限高影响环保要求高且穿越白海豚保护区

6、 地震设防水准高地质条件变化大重要管线穿越桥区 大桥设计思想和理念是依据大桥建设条件和大桥建设目标和需求提出来的 也服务于大桥建设条件和建设需求 提出了设计思想 也是大桥的建设理念 即 大型化 工厂化 标准化 装配化 建设理念和总体方针 非通航孔桥梁采用埋床法全预制墩台 对钢管复合桩的定位精度 墩台预制和安装的要求很高大型全预制墩身的起吊 安装 连接技术超大尺度箱梁的制作 运输和安装 钢桥面板耐疲劳 长寿命技术基于120年设计使用寿命目标的结构耐久性设计保障技术钢桥面铺装 这是一个困扰我国钢桥发展很久的难题 一定要解决 桥梁工程面临的技术难题 桥梁工程设计方案 海中桥梁勘察设计标段划分情况 江

7、海直达船航道桥 青州航道桥 深水区非通航孔桥 主体工程 桥梁工程 九洲航道桥 浅水区非通航孔桥 港珠澳大桥主体工程桥梁工程 二 青州航道桥 青州航道桥设计 桥跨布置桥跨布置 110 236 458 236 110 1150m主梁采用扁平流线形的整体式正交异性桥面板钢箱梁索塔采用横向H形框架 索塔高度与主跨之比 0 246标准索距15m 斜拉索采用扇形式布置 空间双索面 在两侧锚固 青州航道桥设计 钢箱梁横断面及构造 钢箱梁为扁平流线形整体单箱三室箱室断面 梁高4 5m 不计检修道风嘴顶面33 8m 全宽41 8m除边跨跨中70m范围内顶板 底板 斜底板及其加劲采用Q420qD材质外 其余均为Q

8、345qD 青州航道桥设计 钢箱梁横断面及构造 横隔板间距7 5m 中间包含2道横肋板 横肋板间距2 5m斜拉索锚固采用钢锚箱结构箱外设置检查车 箱内设置2台顺桥向全自动小车 各部设置有人孔通道 能实现钢箱梁所有部位的 可达 可检 可维修 青州航道桥设计 横隔板 横肋板 青州航道桥设计 索塔 采用H桥塔 塔身高163m 其中上塔柱高56 35m 中塔柱高66 65m 下塔柱高40m塔柱为钢筋混凝土构件 下横梁为全预应力混凝土构件 上横梁采用钢结构 中国结 造型塔上锚固为钢锚箱方案 采用耐候钢塔柱及下横梁采用现浇施工 结形撑采用中国结造型 高50 15m 由上至下分为T1 J1 J2 J3 T2

9、五种节段 其中 T1 T2分别为塔柱与结形撑之间的上 下连接段 采用钢结构箱型横断面 宽度 顺 为4m 高度渐变为2 60m 4 20m 横断面带有矩形内凹倒角 尺寸为0 5m 0 5m 结形撑采用带切角的矩形断面 钢结构 采用Q345qD 分节段制造安装 节段间栓接 最大吊重约249t 总用钢量约1570t 青州航道桥设计 结形撑 索塔承台及基础 索塔承台平面呈哑铃形 由2个分离的D36 5m的圆形承台通过系梁连接而成 整个承台平面轮廓尺寸横桥向为83 75m 纵桥向为36 5m 系梁宽15m 承台厚度方向可分为两级 一级承台厚度为5m 二级承台厚度为4m 承台采用有底钢套箱施工 封底混凝土

10、厚度为2m 青州航道桥设计 钢管复合桩基础 每个承台下采用38根D2 5m D2 15m钢管复合桩 梅花形布置 按支承桩设计左 右承台设计成不等桩长 桩底嵌入中风化岩深度不小于1 5D 桩长约为103 137m钢管内径2450mm 钢管壁厚分2类 上部壁厚25mm 下部约2m范围壁厚36mm桩身配置普通钢筋 青州航道桥设计 辅助墩 过渡墩墩身及基础 墩身采用预制节段拼装矩形空心墩身 与非通航孔桥墩形一致辅助墩 过渡墩墩身高度分别为37 6m 35 4m 其中0 5m伸入承台墩身截面外侧尺寸为15m 横 5 5m 顺墩身单节最大吊重约2533t承台平面呈八边形 横桥向为39 5m 纵桥向为27

11、4m 厚度方向分为两级 一级厚度为3 5m 二级厚度为2 m桩基采用20根2 5 2 15m变截面钢管复合桩 青州航道桥设计 斜拉索两端锚固 青州航道桥设计 索塔钢锚箱最大吊重12 4t 索塔施工流程 塔柱采用爬模节段现浇施工 下横梁采用搭设支架现浇施工 塔柱间设置临时支撑 钢结形撑采用分节段工厂制造 现场吊装施工 青州航道桥设计 上部结构施工流程 无索区边跨采用大节段整体吊装 其余部分采用小节段桥面吊机悬臂拼装法施工 类似规模及结构的桥梁施工在国内具有丰富经验 施工方法均为成熟工艺 本桥取消塔旁支架和施工期间的临时墩 代之以临时抗风索 最大双悬臂长度195m最大单悬臂长度225 2m 青州航

12、道桥设计 江海直达船航道桥设计 桥跨布置 江海直达船航道桥设计 桥型 三塔斜拉桥 中央单索面 钢箱梁 钢塔 桥跨布置 六跨 110 129 258 258 129 110 994m 索塔 江海直达船航道桥设计 索塔造型 海豚 风帆形 塔身形式 全钢结构 Q345qD 高约109m 塔底尺寸9m 9m 江海直达船航道桥设计 主塔柱 副塔柱 联系杆 江海直达船航道桥设计 主塔柱断面 副塔柱断面 联系杆断面 三角撑断面 热轧H型钢 各部件断面 江海直达船航道桥设计 塔底锚固构造 确定方案 螺栓锚固 无粘结 方式 形式简洁 受力明确 技术成熟 74根 130mm螺杆 每个塔 螺杆 九洲航道桥设计 桥跨

13、布置为 85 127 5 268 127 5 85 m 693m通航净空 210m 40m 九洲航道桥总体布置图 通航净空210 40m 九洲航道桥设计 主梁 标准断面 隔板断面 主梁采用双开口钢箱结合混凝土桥面板的整幅断面形式 两片主梁间通过箱形断面的大横梁连接 钢箱梁 顶宽12 80m底宽11 52m梁高4 485m标准节段长12 5m材质Q345qD横隔系统 箱型横梁间距12 5m横隔板间距4 25m框架式横肋板4 25m加劲肋 板式加劲肋剪力钉 圆头焊钉 集束式布置桥面板 厚0 26m 支点处0 5m悬臂长度3 50m 箱形横梁 高3 94 3 96m宽4 0m 九洲航道桥设计 主塔

14、为避免浪溅区水位变动对钢塔柱的腐蚀 底节采用混凝土结构 九洲航道桥设计 造型 风帆塔顶高程 120m塔高 114 7m塔底高程 5 3m材料 钢 砼混合结构立柱 塔顶局部Q345其余区段Q370混凝土C60曲臂 Q345混凝土塔柱高 13 7m钢 混结合段 2 0m钢塔柱 99 0m 九洲航道桥设计 塔梁固结区 主塔顺桥向壁板同时作为主梁腹板 与两侧腹板对齐 主塔横桥向壁板同时作为主梁隔板 与主梁箱内隔板对齐 塔梁固结构造示意 主塔施工时 主梁0 段和固结区塔柱作为一个吊装节段 先行安装 待主塔施工完成后 再在0 段主梁两端拼装其余主梁节段 塔梁固结区 九洲航道桥设计 主塔钢 混结合段 钢 混

15、结合段构造示意图 端板承压高强螺杆抗弯剪力钉 九洲航道桥设计 深水区非通航孔桥 1 桥跨布置 接岛桥结合部非通航孔桥采用5 110m 660m五跨连续梁桥 接江海直达船航道桥采用5 110m 550m五跨变宽连续梁桥 接浅水区非通航孔桥采用4 110m四跨连续梁桥 其余采用6 110m 660m六跨连续梁桥 2 结构体系 采用减隔震支座作为约束体系的钢箱连续梁桥 深水区非通航孔桥 等宽段标准横断面 等宽段钢箱梁梁宽33 1m 底板宽15m 钢箱梁梁高4 5m 梁高与跨径比值为1 24 4 采用大悬臂单箱双室结构 悬臂长度5 675m 根部高度1 45m 端部高度0 5m 钢箱梁内部横隔板标准间

16、距10m 横隔板之间设三道横肋 横肋间距2 5m 3 上部结构 构造设计 深水区非通航孔桥 变宽段整箱变宽横断面 变宽段分离箱变宽横断面 变宽段钢箱梁通过四跨 440m 梁宽由33 1m变化为38 8m 三次抛物线 采用整箱变宽 分离线变宽的结构形式 钢箱梁梁高4 5m 梁高与跨径比值为1 24 4 3 上部结构 构造设计 深水区非通航孔桥 为减少现场焊接工作量 加快施工进度 主梁架设采用大节段整孔逐跨吊装方案 最大控制吊装重量为 2750吨 3 上部结构 施工方案 深水区非通航孔桥 立面 平面 低墩区基础每个承台设6根钢管复合桩 横向三排 桩径2m 承台为六边形 边缘顺桥向宽为10 3m 中心顺桥向宽11 1m 横桥向长14 8m 高4 5m 高墩区及变宽段基础设6根钢管复合桩 横向三排 桩径2 2m 承台为六边形 边缘顺桥向宽为11 2m 中心顺桥向宽12m 横桥向长16m 高5m 下节段墩身及承台整体最大吊装重量2850吨 承台复合桩连接件 4 下部结构 构造设计 深水区非通航孔桥 支座支座具有常规使用和减隔震功能 同时还具备在罕遇地震作用下防落梁功能 支座设计寿命为60年 等宽