02.舟山连岛工程桥梁技术创新[许宏亮]

浙江省舟山连岛工程
桥梁技术创新
许宏亮 总工程师 浙江省舟山连岛工程建设指挥部 2007年12月8日


汇报内容
1.工程概况 2.技术创新
浙江省舟山连岛工程建设指挥部


一. 工程概况
浙江省舟山连岛工程建设指挥部


项目位置
浙江省舟山连岛工程建设指挥部


桃夭门大桥 金塘大桥 响礁门大桥 西堠门大桥
舟山连岛工程是连通舟山群岛与大陆的重要交通基础设施，总长49.96km。

整 岑港大桥 个工程以五座跨海大桥跨越五个水道，分别为岑港大桥、响礁门大桥、桃夭门大 桥、西堠门大桥和金塘大桥。

该工程的建设对改善陆岛交通条件，加快舟山海洋 资源开发，促进地区经济发展具有重要意义。

浙江省舟山连岛工程建设指挥部


‹ 自然环境 ¾ 北亚热带 ¾ 东亚季风区 ¾ 台风
表1 不同重现期最大风速
Level 10m 20years 32.37 20years 35.06 30years 36.59
单位：m/s
50years 38.52 100years 41.42
浙江省舟山连岛工程建设指挥部


‹水文地质
1. 西堠门水道最大水深 — 95m,平均宽2.5km,最窄处 1.9km； 2. 不规则半日潮, —实测最 大流速 : 3.65m/s； 3. 西堠门海床几乎无覆盖层, 基岩裸露,有水下暗礁,伴有 强烈漩涡； 4. 有”船老大好当,西堠门难 行” 之民谚。

标高(m)
50 40 30 20 10
6.75 22.80
CZK5 29.55
28.05 1.50 26.45 3.10
比例尺 水平 1:5000 垂直 1:500 老虎山
CZK11 40.00
39.60 0.40
CZK13 36.49 CZK12 30.14
35.59 0.90 34.99 1.50 29.99 6.50 24.64 5.50 23.84 6.30
CZK20 34.62
30.12 4.50 24.12 10.50 18.62 16.00
29.60 10.40
23.50 16.50
17.20 22.80 14.64 15.50
0 -10
43.00
CZK8 0.85
33.00 30.10
-12.25 13.10
47.48
-20 -30 -40
20° 75° F6
27.50
7° 76°
71.50
-50
F8(原F3)
95m
-60 -70 -80 -90 -100 -110 -120 -130 (m) 孔距 21680 60.03 浙江省舟山连岛工程建设指挥部 150.00 239.98 153.07


金塘大桥桥位工程地质纵断面图
灰
金塘陆域
22.6～-1.6m
鳖
金塘水道
洋
西航道
-5.9～-6.1m
镇海陆域
0.5～3.2m 0.33m
沥港水道
-7.0～-8.3m
-22.5～-12.5m -33.58m
基岩顶板高程：-77.6～-8.9m 基岩顶板标高： -114.76～-8.95m
主通航孔以西: 主通航孔以东: 覆盖层厚度变化不大，基岩埋深大部在100m以上。

覆盖层厚度变化较大，基岩埋深0～87m。

浅兰色：海中区 绿色： 紫色： 岸上陆域 基岩层
浙江省舟山连岛工程建设指挥部


‹ 技术指标与桥型方案
1、四车道高速公路 2、计算行车速度为80km/h 3、设计荷载等级公路Ⅰ级 4、设计基准风速U10=41.12m/s 5、通航标准3(5)万吨级 6、地震基本烈度7度 7、主桥设计使用年限100年
浙江省舟山连岛工程建设指挥部


（一）桃夭门大桥
富翅岛
88800 240 800 4800+4800+5000 58000 5000+4800+4800 800
册子岛
200 157.980
160 120 80
原地面线
33.71 33.01 25.01 1.14 -7.06 -14.06 20.5314.93 4.53 6.83 -3.27 12.21
40
21.3920.59 14.37 11.97 2.22 -14.18 -21.88 -8.63 -11.03
0
3.79 -3.91
1670 7.000
0.60 -7.90 -16.10
设计最高通航水位
3.09
钢-砼分界线 1670
-0.98 -15.28 -25.18
开挖后地面线
-40
-28.57 -34.07
0
#
1
#
2
#
3
#
4
#
5
#
6
#
7
#
-80
85国家高程（m)
桃夭门大桥桥型布置图
为主跨580m双塔双索面半漂浮体系七跨连续混合式斜拉桥
桥跨布置为 48+48+50+580+50+48+48 m。

边跨为预应力混凝土箱梁，中跨为钢箱梁。

浙江省舟山连岛工程建设指挥部


1/2钢箱梁标准横断面
2800
8800
10X80012
400
2X3500
1180010000
27600/2
18X 600
2500
402.4
14
750600
150********/2混凝土梁标准横断面
2×3500
100002500
300
2%
370
500/2
73460014001050
20001802
2250
5000
2750
5700
8800
31002450
2450600
734
1802300
1884.33115.7
70002%
1000
100027600/2
500
41.500(IP)
金塘岛（南）
册子岛（北）
45.500(IP)
236.486(IP)
50+28×18+24
22.000
165
236.486(IP)
22.000
24+89×18+24
27135781650485
通航净空630×49.5米
最高设计通航水位
3.280 桥跨布置
西堠门大桥采用主跨为1650m的两跨连续钢箱梁全飘浮体系悬索桥，桥跨布置为578m+1650m+485m，北边跨及中跨采用钢箱梁悬吊结构，南边跨采用两联6×60m预应力混凝土连续箱梁。

西堠门大桥桥型布置图
（二）西堠门大桥
路缘带
行车道
紧急停车带
6000/26000/22×37502500
1000
70020001300
10003260
581511185
3510
3000
3000
900
66006500
36000/22600
900
500
500紧急停车带
行车道
1000
13002000
100070025002×3750
2160
1100
6500
58156600
路缘带
50011185
900
50036000/2
加劲梁
加劲梁采用双箱分体式钢箱梁。

梁全宽36m，高3.5m，中央开槽6m，两箱间通过箱形断面和工形断面联结。

全桥共计126个梁段，钢箱梁连续长度2228m，最大梁段重约310吨，箱梁总用钢量3.3万吨。

锚碇及锚固系统
北锚碇采用重力式扩大基础
锚，混凝土总方量约8万m3；
南锚碇采用重力式嵌岩锚，混
凝土总方量约7.8万m3。

锚固
系统设计为“镀锌钢绞线+防
腐油脂”的无粘结式可更换预
应力体系。

该系统夹片后设置
有防松装置，钢管及
前后锚头内均充满专用防腐油脂，前后锚室内设有除湿机以防止后锚头及防护帽腐蚀。

该设计改善了传统预应力锚固系统存在的不可更换和耐久性问题，有效保证了锚固系统的使用寿命。

锚碇和锚固系统
北锚:80,000 m3
南锚:78,000 m3
索塔
索塔高211.286m，采用钢筋混凝土门架式框架结构，塔柱间设置三道横向连接。

南塔设置下横梁以布置加劲梁的各种约束装置，北
塔未设下横梁，在承台间设置横系梁。

索塔横梁设置预应力。

为改善索塔的抗风性能，塔柱断面的角点部位设置了0.7×0.7m的凹槽。

索塔一般构造见图5。

南塔
北塔
索塔
¾RC 框架结构¾高度:211.286m ¾三道预应力横梁¾0.7 ×0.7 m 倒角
三道横梁
850
70
70
650
70
70
悬吊系统
中跨主缆断面（169股）主缆矢跨比1/10，由
1770MPa高强镀锌平行钢丝索
股组成，通长索股共169股，
每根索股含127根Φ5.25mm的
高强度镀锌钢丝。

D=845（索夹内）
D=855（索夹外）
一般吊索构造
） 跨 边 跨） 北 （ 中 00 （ R5 87.5 R4
主缆
1800
索夹 吊索夹具
600
吊索钢丝绳 减振架
300
缓冲器 吊索锚头
主缆安全系数为2.5，其 中一根主缆材料为国产。

主 鞍和散索鞍均采用铸焊结合 结构。

吊索标准间距18m， 吊索上端与索夹呈骑跨式连 接，下端和钢箱梁锚梁通过 销轴相连。

短吊索的连接件 采用关节轴承以适应各向转 动，最大限度改善疲劳性能。

浙江省舟山连岛工程建设指挥部


（三）金塘大桥
浙江省舟山连岛工程建设指挥部


浙江省舟山连岛工程建设指挥部


主通航孔桥为主跨620m的双塔双索面 斜拉桥，通航净高51m，净宽544m。

西通航孔桥：主跨156m的连续梁桥
东通航孔桥：主跨216m的连续刚构桥 金塘大桥起于金塘岛上雄鹅嘴，跨越灰 非通航孔主要：64.5+4×118＋64.5m; 鳖洋海域，止于宁波镇海老海塘，接宁 64.5+5×118+64.5m连续梁桥，其余布跨均 金塘大桥全线采用四车道高速公路标准建设,计算行车速度分别采用 波绕城高速公路，全长26.54km。

其中： 为60米预制混凝土箱梁，共计237跨。

80km/h和100km/h。

总投资约77亿元；建设工期5年。

跨海大桥长18.27km。

浙江省舟山连岛工程建设指挥部


二. 技术创新
浙江省舟山连岛工程建设指挥部


（一）桃夭门大桥技术创新
浙江省舟山连岛工程建设指挥部


1）因地制宜，边中跨比取用低限值0.25，以适应两岸地形。

2）在我国首次将钢—混凝土接合面设于中跨（伸入中跨 16.7m），以降低施工难度及工程造价。

3）中跨钢箱梁采用无纵肋断面，减少用钢量125t，并且提高 了梁内的通风性能。

4）斜拉索梁端锚固在国内首次采用销铰型式，受力明确、 构造简单、便于检修维护。

目前已在国内多座斜拉桥中应 用，如深圳西通道、杭州湾跨海大桥等。

5）首次在钢箱梁段风嘴部分采用可开启的硬聚氯乙烯塑料 板，以减轻重量、便于检修维护。

6）首次采用无压重、无约束中跨合龙技术，实践证明精度 可靠、经济高效。

浙江省舟山连岛工程建设指挥部


斜拉索销铰锚固构造实物
浙江省舟山连岛工程建设指挥部


桥面吊机吊装钢箱梁
浙江省舟山连岛工程建设指挥部


（二）西堠门大桥技术创新
浙江省舟山连岛工程建设指挥部


西堠门大桥在世界悬索桥中的地位
就悬索桥的跨度而言，本桥跨度位列世界第二
就主梁类型而言，本桥为钢箱梁悬索桥跨度世界第一
西堠门大桥技术难度和创新体现如下主要方面：
z世界最大跨径钢箱梁悬索桥（跨径达1650m）
z世界第一座分体式钢箱梁悬索桥
z世界最长钢丝绳吊索（长度为338m）
z世界首创主缆索股水平成圈放索工艺
z世界最高强度级别主缆(1770MPa)并实现国产化
z中国抗风稳定性要求最高的悬索桥（颤振检验风速达78.74m/s）
z中国最长主缆（长度为2880m）
z中国首创直升机牵引先导索过海技术
z中国直径最粗、强度最高的钢丝绳吊索(直径88mm、强度1960MPa) z中国首次在复杂水文条件海域实施悬索桥钢箱梁运输船舶动力定位
⑴适应桥址处自然条件，采用主跨1650m两跨连续钢箱梁悬索桥跨越西堠门水道，为世界最大跨径的钢箱梁悬索桥。

该布置使塔锚均不入水，避免了深水基础施工、船撞风险及海水腐蚀。

南边跨平弯提高了行车观景效果。

本桥是目前世界上跨度最大的钢箱梁悬索桥。

⑵采用分体钢箱梁技术成功地解决了抗风颤振稳定性问题，为世界第一座分体式钢箱梁悬索桥。

抗风稳定性是高风速区超大跨径悬索桥建设的最关键技术。

本桥成桥状态桥面设计基准风速U d=55.14 m/s，成桥状态颤振检验风速[Ucr]＝78.74m/s。

在此恶劣条件下建设特大跨径悬索桥，我国尚无类似实践经验。

而本桥加劲梁高跨比达到1/471.4。

为保证大桥在施工过程中和建成运营后的抗风稳定性，经比选，选择中间开槽分体式双箱截面钢箱梁作为本桥主梁型式。

为此，展开迄今为止中国最为系统、历时最长的悬索桥抗风研究。

开槽断面颤振临界风速计算结果
77.8
0.2667
0.0815
反对称
73.50.26160.1040正对称有
下移
6m
70.80.26670.0815反对称61.00.26160.1040正对称有原位6m 101.50.26670.0815反对称75.20.26160.1040正对称无下移6m 60.50.26670.0815反对称57.80.26160.1040正对称无外移6m 53.80.26270.0816反对称52.60.25880.1040正对称无原位6.5m 69.90.26670.0815反对称67.50.26160.1040正对称无原位6m 52.10.26550.0817反对称49.10.25860.1042正对称无原位5m 颤振临界风
速(m/s)扭转频率(Hz)竖弯频率(Hz)振型风嘴检修轨道槽宽 断面气动选型
中间开槽6m 相对最优。

67.1
>76.1
>76.1
>82.3
>76.1
无
无
施工
78.7>87.188.7>87.1>87.1有28 cm
78.778.4>87.1>87.178.4无56cm 78.7>85.5>87.1>87.1>85.5无35cm 78.783.983.9>87.1>87.1无28cm 78.787.187.1>87.1>87.1无2.6cm
78.774.2>87.1>83.974.2无无成桥
检验值最小值攻角3°攻角0°攻角-3°导流板检修道工况
1：40节段模型颤振试验
试验结果表明：各种工况下桥梁结构的颤振临界风速风洞试验结果如下表所示。

除无导流板和设置56cm高的检修道颤振临界风速略低于颤振检验风速外，其余都大于颤振检验风速78.74m/s。

设置28cm高的检修道工况下，导流板的设置对颤振临界风速略有提高作用。

节段模型风洞试验
1：20节段模型涡振试验
根据《公路桥梁抗风设计规范》中的规定，成桥状态扭转涡激共振振幅允许值为0.55°，施工阶段扭转涡激共振振幅允许值为0.53°。

成桥状态各种工况下桥梁结构的涡振风洞试验结果如表5所示，施工状态三个工况均未出现明显的涡激振动现象。

在总共九个吹风工况中有四个都观测到比较明显的涡激共振现象，且振幅较大，不过在不设置导流板的情况下扭转涡激共振的振幅均小于规范允许值。

在阻尼比实际值低于5‰时，应采取措施减小涡振振幅。

0.1041
0.658°
5.2~7.4
+3°
0.10410.460°5.2~7.00°－－－-3°
有导流板
0.10830.324°5.0~6.6+3°0.10830.177°5.0~6.60°－－－-3°
无导流板
St 数最大振幅（单峰值）
锁定风速（m/s ）攻角工况
三维静风稳定性和全桥气弹模型试验
三维静风稳定性分析和1：208全桥气弹模型进行的静风稳定性风洞试验得到的成桥状态静风失稳临界风速见下表。

结果表明，全桥成桥状态结构静风失稳临界风速远高于静风失稳检验风速，具有较高的静风稳定性安全储备。

66.2
95.0
105.0
115.0
全桥气弹模型风洞试验
66.2116.0128.0>220.0三维静风稳定性分析检验值+3°0°−3°确定方法1：208全桥气弹模型试验结果表明：成桥状态颤振临界风速满足颤振检验风速要求，但在部分施工阶段颤振临界风速低于颤振检验风速。

施工架设阶段结构的抗风研究表明：在台风期间，中跨跨中的梁段数不应大于39段，总长不超过主跨跨径的40%，结构是稳定安全的。

目前，在桥梁结构上实测风参数及结构风致响应，以效验风洞试验的成果。

分体式钢箱梁设计、制造、安装技术研究
双箱横向间隔6m，由箱形及工形断面的横梁相联结。

箱形横梁间距18m，其腹板和钢箱梁的横隔板相连接。

在两箱型横梁中间增设工型横梁，以减小桥面附属结构的纵向跨度，利于施工中加劲梁段的吊装稳定。

由于分离式双箱断面
为国内首次采用，其结构
复杂，焊缝密集，所发生
的焊接变形和残余应力较
大。

经对分体式钢箱梁结
构制造精度、焊接工艺技
术进行全面研究，已掌握
箱体结构焊接变形控制技
术，结构尺寸完全达到制
造规则的要求。

西堠门大桥钢箱梁在海洋环境中容易遭受海洋盐雾大气的腐蚀，因此长效防腐措施的研究尤为重要。

采用纳米技术，研制出了封孔能力强、附着力高、耐腐蚀性好的复合涂层封闭剂，妥善解决上述难题。

通过1：2节段模型试验得出了恒载、二期恒载、检修道荷载以及各工况活载作用下的位移、应力分布状况，横向连接箱梁、工型梁的横向弯矩分配比例和箱梁的传力途径，与有限元理论计算结果符合较好。

横向连接箱梁与横向连接工字梁横向弯矩分配比值在3.2～3.5之间；在2.0倍设计活载作用下结构位移与应力仍成线性变化，处于弹性工作状态。

加劲梁的设计是合理可靠的。

（3）缆索系统材料创新
a. 1770Mpa级主缆
宝钢集团成功研制出符合日本JISG3502—80《琴钢丝用盘
条》技术要求的盘条BMn82QL。

研制的大跨径悬索桥1770Mpa级主缆钢丝的直线性、抗松弛等性能指标超过了国内外同类产品，并实现了国内的规模化生产；
研究成果填补了大跨径悬索桥1770Mpa级主缆钢丝及索股制造的国内空白，达到了国际先进水平。

化学成分（熔炼）和盘条分析的允许偏差
+0.00
+0.00
+0.00
+0.00
±0.03
±0.030.02
盘条偏差
≤0.20≤0.06≤0.025≤0.0250.60～0.90
0.15～
0.320.80～0.85熔炼成分
Cr Cu
S
P
Mn Si
C
主要元素
首次采用大直径（Φ88mm ）、高强度等级（1960MPa ）、高
破断拉力（5884kN ）的钢丝绳制作吊索，并成功地采用注塑技术解决了疲劳问题。

b. 大直径高强吊索
西堠门大桥使用的镀锌钢丝绳及吊索主要性能要求
≥2×106
＜0.15
≥1.15×105
≥2196
≥5884
镀锌
88.0
8×55SWS ＋
IWR
≥2×106＜0.15≥1.15×105≥2077≥4600镀锌80.08×41WS ＋
IWR 疲劳性能（次）
残余结构伸长（‰）弹性模量（MPa ）
实际强度
（MPa ）破断拉力（kN ）表面
规格（m m ）
吊索钢丝绳结构通过优化捻向、捻距、内部充填特种材料(注塑)，改善吊索镀锌钢丝绳各股之间、各丝之间、内外层绳之间的接触状态和接触应力。

使减少或减慢吊索镀锌钢丝绳的钢丝在交变载荷下疲劳源的生成，提高吊索疲劳性能。

（4）施工工艺创新
a.主缆索股水平
成圈放索工艺
首次实桥采用
水平成圈与放
索工艺架设超
长主缆索股，
解决了“呼啦
圈”问题，提
高了索股架设
质量与速度。

b.运梁船动力定位架设钢箱梁
由于西堠门水道覆盖层极浅，多数地方无覆盖层，运梁
船采用传统抛锚定位难度大，
结合舟山桃夭门大桥钢箱梁吊
装经验，本桥运梁船采用动力
定位、主要利用平潮期吊装。

在非平潮时，均匀流区域完
全依靠船舶动力定位；在紊流区，则通过生根于主缆的斜向
钢丝绳“天锚”辅助定位。

最多时一天可架设3片钢箱梁。