上海长江大桥技术特点

上海长江大桥技术特点邵长宇卢永成(上海市政工程设计研究总院上海 200092)内容提要：建设中的上海长江大桥位于长江入海口，水下地形复杂，地质条件差，受台风影响频繁。

为适应复杂的自然与建设条件，采用了多种结构形式，越江桥梁包括主跨730m斜拉桥、主跨105m连续组合箱梁、70m跨度整孔预制吊装PC箱梁、60m跨度节段预制拼装PC箱梁、50m跨度移动模架现浇PC箱梁、主跨140m挂蓝现浇PC箱梁等结构形式。

同时，大桥需要预留轨道交通过桥功能，特别是主航道主跨730m斜拉桥是世界最大跨度的公路与轨道交通合建斜拉桥。

因此，设计不仅要面对复杂的自然与施工条件，还要处理好公路与轨道交通合建带来的技术问题。

本文简要介绍上海长江大桥的技术特点。

关键词：上海长江大桥斜拉桥连续组合箱梁整孔预制吊装节段预制拼装公轨合建1.概况崇明越江通道工程由南向北以隧道形式下穿长江南港，过长兴岛后以桥梁形式跨越长江北港，到达崇明岛，全长25.5km。

跨越长江北港的上海长江大桥（成桥建筑效果如图1），全长16.55km，越江桥梁约10km。

大桥按照双向六车道高速公路标准，设计行车速度100km/h，宽度33m，考虑崇明三岛建设与发展的需要，为有效利用资源、为未来交通留有更大的空间，设计需要考虑预留轨道交通过桥的功能。

因此，在双向六车道高速公路标准的基础上，将两侧3m宽连续紧急停车带加宽至4.15m，桥面宽度成为35.3m。

使之在保持六个车道的情况下另设两条轨道交通线路。

汽车荷载标准为公路Ⅰ级；列车荷载按每辆车满载48t、长度16.5m、10辆编组考虑；轨道系荷载双线66kN/m，维修、逃生通道10kN/m。

本工程地处长江入海口，受台风影响频繁，抗风性能要求高；江面开阔，呈南北两个水道，水下砂体较多、地形复杂；桥区为典型软土地区，地质环境条件相对较为脆弱；主通航孔需考虑5万吨级船舶通航要求，桥墩基础的抗船撞要求高；施工条件复杂、施工时受水文、气象的影响较多；工程处于淡水与盐水交替环境，需研究针对性的防腐措施。

因此，本桥设计不仅要面对复杂的自然与施工条件，还要处理好公路与轨道交通合建带来的技术问题，同时作为长江口标志性工程需要重视桥梁建筑景观。

2.总体布置2.1桥式布置大桥工程越江桥梁部分主要由主通航孔、辅通航孔、非通航孔桥梁等组成，越江桥梁总体布置见图2。

其中，非通航孔桥梁包括两岸引桥与近岸浅滩区桥梁、江中深水区桥梁以及浅水浅滩区桥梁。

越江部分桥梁总体布置及基本情况如表1。

表1桥梁位置桥型与跨度(m)桥长(m)下部结构形式与施工方法上部结构形式与施工方法北岸陆上 30m跨PC连续梁 480混凝土管桩、现浇桥墩预应力箱梁，支架现浇近岸 50m跨PC连续梁 750钻孔灌注桩、现浇桥墩预应力箱梁，移动模架现浇辅航道主跨140mPC连续梁 440钻孔灌注桩、现浇桥墩预应力箱梁，挂蓝逐段现浇江中浅滩 60m跨PC连续梁1920钻孔灌注桩、现浇桥墩预应力箱梁，节段预制拼装江中深水 70m跨PC连续梁 630钢管打入桩、预制桥墩预应力箱梁，整孔预制吊装江中深水 105m跨连续组合箱梁 700钢管打入桩、预制桥墩组合箱梁，整孔制作吊装主航道主跨730m双塔斜拉桥 1430基础全部为钻孔灌注桩辅助墩与边墩桥墩现浇混凝土桥塔逐段现浇，钢箱梁由梁上吊机对称吊装江中深水 105m跨连续组合箱梁 700钢管打入桩、预制桥墩组合箱梁，整孔制作吊装江中深水 70m跨PC连续梁1610钢管打入桩、预制桥墩预应力箱梁，整孔预制吊装近岸 50m跨PC连续梁 750钻孔灌注桩、现浇桥墩预应力箱梁，移动模架现浇南岸陆上 30m跨PC连续梁 450混凝土管桩、现浇桥墩预应力箱梁，支架现浇南岸陆上21m跨PC连续梁 108混凝土管桩、现浇桥墩预应力空心板梁2.2线形布置在有关水文、通航等专题研究成果的基础上，按照水中桥轴线尽量与水流流向正交，满足两岸用地规划，使两岸接线占地拆迁少的原则，对桥轴线进行了布设。

越江桥梁的平面路线呈“S”型，不仅使主通航孔桥轴线与水流夹角更加合理，同时桥梁景观也更加流畅多变。

纵断面设计分别考虑了通航净高要求、设计水位、桥梁景观、工程造价、线路技术指标等因素，并把比重最大的非通航孔桥作为重点，结合平面线形设计对全桥纵断面线形进行了高中低三个方案的比较后，选用了具有明显优势的低方案。

本桥结构形式多样、高低起伏，跨度布置也随所处位置变化，但是跨度与桥梁高度基本协调。

另外，主通航孔桥，绝大部分为梁式桥，为此，对墩形与梁式桥的外形进行了协调；桥墩基本保持一致，梁的悬臂板长度及腹板倾斜度等外形尺寸也基本保持一致。

3.结构设计3.1主航道斜拉桥主航道桥为双塔双索面钢箱梁斜拉桥，跨度布置为107+243+730+243+107=1430m，见图3。

桥塔为“人”字型混凝土结构，桥面以上为独柱形式，桥面以下分叉为倒V型与承台衔接；上部斜拉索锚固区采用钢锚箱结构，施工时分段吊装，桥塔结构如图4。

钢箱梁为分离式结构，两个分离钢箱之间间距10m，由纵向间距15m的箱型钢横梁连接成整体；钢箱梁梁高4m，桥面全宽51.5m（含中间联系横梁和风嘴）；采用强度高Q345qD钢材，顶面钢板厚度分16mm、14mm两种，底面钢板与内腹板厚度分为12mm、16mm、20mm、30mm四种，外侧锚固腹板厚度分为30mm、40mm、50mm、60mm四种加劲梁。

钢梁截面如图5。

标准节段长以及梁上标准索距均为15m，斜拉索采用空间扇形双索面布置形式，全桥共192根斜拉索，塔上索距为2.3m。

拉索采用PE材料防护的预制平行高强度镀锌钢丝，钢丝直径为7mm，抗拉强度为1670Mpa，锚具采用冷铸锚。

主墩、辅助墩及边墩基础，均采用大直径钻孔灌注桩。

主墩基础选择第⑾层为桩基持力层，辅助墩、边墩基础选择⑨2层为桩基持力层。

主墩、辅助墩及边墩基础分别采用60根、18根、12根直径2500～3200mm变截面钻孔灌注桩，采用桩底后注浆工艺，以提高桩的承载能力，承台采用钢筋混凝土结构。

主塔墩基础如图6所示。

本桥决定采用阻尼限位约束体系，约束参数综合考虑地震作用下的梁端位移、塔梁之间的相对位移、结构内力限制等，最终确定的阻尼系数C=10000，阻尼器的速度指数α＝0.3。

刚性限位的额定行程主要考虑正常运营作用下、以及发生地震的情况下阻尼器有足够的行程，确保不发生限制位移的情况，为有效限制纵风作用下的结构反应，同时为轨道交通创造尽可能有利的条件，应尽可能取较小的行程，本桥的额定行程最终取值为62cm。

3.2非通航孔连续组合箱梁桥全桥共2联，分别布置在主通航孔桥两侧，跨度布置为90m+5×105m+85m，全长1400m。

上下行车道分成两幅桥，均采用单箱单室截面，上翼缘混凝土板宽17.15m，两端悬臂长各 4.0m，槽型钢梁下翼缘底板宽7.0m，主梁横断面由斜腹板槽形钢梁与混凝土桥面板通过连接件结合而成，等高度梁梁高5m，其中钢梁高 4.5m，断面布置如图7。

钢梁钢板厚度沿顺桥向变化，其中钢梁上翼缘板采用24mm～44mm，腹板采用18mm～28mm，底板采用24mm～46mm。

混凝土桥面板厚度沿横桥向变化，悬臂端为200mm，钢翼缘上方为500mm，跨中为300mm。

每片箱梁钢结构拼装成整体，接着完成桥面板施工与钢梁结合形成组合截面，再整孔吊装。

但是相应于中支点位置的20m长桥面板留待吊装后再施工形成组合截面。

预制混凝土桥面板横桥向划分成4块，纵向每块长4.5m（块件之间留有50cm现浇接缝），桥面板配有横向预应力束。

负弯距区采用允许混凝土桥面板开裂，限制裂缝宽度的设计方法，因此桥梁纵向无预应力束。

为了改善负弯矩区钢梁底板的受力性能，在各中支点处20m范围，下翼缘浇注厚度40cm混凝土板形成双层组合作用。

同时采用支座顶升和高配筋率两种方法相结合，使负弯矩区混凝土桥面板在恒载作用下有一定的压应力储备，但在活载等后续荷载作用下使混凝土裂缝宽度限制在一定范围内。

基础采用钢管打入桩，桩径1200mm，单幅桥每墩14～16根钢管桩。

3.3非通航孔70m跨PC连续梁桥全桥总长2240m，基本跨度布置6×70m一联。

采用等高、等宽度的单室箱梁，分成两幅桥，每幅箱梁桥面宽17.15m、高4.0m，断面布置如图8。

采用整孔预制、整孔吊装的施工方法。

安装施工时先简支，在浇注墩顶接缝段形成连续梁。

预应力采用体内预应力体系，在以往跨海桥梁经验的基础上，为了便于预制、提高制梁设备通用性，箱梁底板与腹板内的正弯距束，在预制时锚于梁端，箱梁底板无锚固块。

由于箱梁预制在东海大桥梁场进行，考虑到利用既有设备的需要，箱梁采用斜腹板以保持底板宽度适应既有制梁台座；对于预制梁重量进行了严格控制，中孔约2300t、边孔约2350t，以避免更大增加引起架梁对吊装船舶更高等级的要求。

曲线段梁体的设计与直线段相同，顶板悬臂长度根据曲率调整，梁体预制长度保持不变，曲线段引起的长度差异通过墩顶接缝现浇段调节。

基础采用钢管打入桩，桩径φ1200mm，单幅桥每墩11～13根钢管桩。

3.4非通航孔60m跨PC连续梁桥全桥总长1920m，跨度布置7×60m，每联长度420m。

采用等高、等宽度的单室箱梁，分成两幅桥，每幅箱梁桥面宽17.15m、高3.6m，断面布置如图9。

采用节段预制、架桥机对称拼装的施工方法。

拼装施工时逐孔推进，预制节段梁从已完成梁上运送；由于采用等跨连续梁，边跨施工时需要考虑架桥机承受半跨的节段重量。

为了便于预制与拼装施工，箱梁底板与腹板变厚在三个节段内以台阶状进行，每个节段保持等厚；预制时按照无横坡进行，拼装时形成桥面横坡，在支座处设有调节垫块。

节段划分以吊重120t为控制条件，标准节段长4m，墩顶段长度除重量控制外，需考虑利用架桥机施工的工作要求，跨中合拢段20cm；曲线段引起的梁体长度差异分散在各预制节段调节。

预应力采用体内与体外束混合体系，顶板悬臂束以体内束为主，每跨合拢后底板束和弯起连续束两者兼用。

基础采用φ1600mm钻孔灌注桩，单幅桥每墩6根、靠近辅通航孔段每墩7根。

3.5辅航道主跨140mPC连续梁桥辅航道桥跨度布置为80＋2×140＋80m，全长440m。

分成两幅，采用变高单室箱梁，桥面宽17.15m、高4.0m～8.5m，断面布置如图10。

采用挂蓝分节段现浇施工，节段长度以4m为标准长度，中支点附近节段长度采用3m。

采用三向预应力体系，全部采用体内预应力束。

基础采用钻孔灌注桩，单幅桥主墩采用19根φ2500mm钻孔桩。

由于桩身强度受地震力控制，采用变截面桩，上部桩身直径加大到3000mm。

4．斜拉桥主要计算结果4.1结构变形根据计算结果，主梁跨中挠度，汽车荷载作用下为66.5cm、挠跨比1/1100；汽车荷载与轨道交通荷载共同作用下为137.7cm、挠跨比1/530，梁端转角为3.0‰。