千米跨径斜拉桥建设关键技术研究

交通部西部交通建设科技项目

合同编号：200631800001

密级：

千米跨径斜拉桥建设关键技术研究

总报告（简本）

（材料六）

江苏省苏通大桥建设指挥部

2009年11月

目录

1 项目概况 (1)

1.1 项目概况 (1)

1.2 关键技术问题 (1)

1.3 主要研究成果与创新 (2)

2 千米跨径斜拉桥设计关键技术研究 (4)

3 300m超高索塔工程技术 (5)

4 超大规模群桩基础工程技术 (6)

5 577m超长斜拉索工程技术 (7)

6 超大跨径斜拉桥钢箱梁工程技术 (8)

7 大型复杂工程管理技术 (9)

8 苏通大桥安全与减灾技术 (10)

9 268m大跨径连续刚构桥关键技术 (10)

10多跨连续梁桥工程综合技术 (11)

1项目概况

1.1项目概况

本项目依托苏通大桥工程（图1）。苏通大桥位于长江河口地区，建设条件复杂，结构技术含量高，建设过程中有多项世界级技术难题需要攻克。交通运输部于2006年批准设立本项目，要求对千米跨径斜拉桥、大跨径预应力混凝土连续刚构桥和节段预制拼装连续梁桥建设关键技术进行攻关研究，支撑苏通大桥建设，同时推动国家经济快速可持续发展、桥梁建设技术重点跨越、产业结构调整和技术提升。

图 1.1 苏通大桥图

本项目包括九个课题，分别为课题一“千米跨径斜拉桥设计关键技术研究”、课题二“300m超高索塔工程技术”、课题三“超大规模群桩基础工程技术”、课题四“577m超长斜拉索工程技术”、课题五“超大跨径斜拉桥钢箱梁工程技术”、课题六“大型复杂工程管理技术”、课题七“苏通大桥安全与减灾技术”、课题八“268m大跨径连续刚构桥关键技术”、课题九“多跨连续梁桥工程综合技术”。

1.2关键技术问题

本项目研究需要攻克的关键技术问题主要有：

（1）复杂气象、水文、地质、航运等条件下超大跨径斜拉桥结构体系与关键参数影响、结构性能、设计理论和方法；

（2）超高索塔施工测量与控制技术；

（3）深水、软基、强潮汐流条件下超大型钻孔桩群桩基础承载性能、超大型钻孔桩群桩施工、超大型高桩承台施工、超大型群桩基础冲刷防护等技术；

（4）高强耐久型拉索制作技术、超长斜拉索减振与架设技术；

（5）长悬臂宽幅钢箱梁架设与几何控制技术；

（6）基于综合集成的大型复杂交通工程建设管理理论；

（7）基于综合集成的大型复杂交通工程安全减灾技术；

（8）大跨径预应力混凝土连续刚构桥跨中下挠、箱梁腹板开裂及施工控制技术；

（9）节段预制拼装预应力混凝土连续梁成套技术。

1.3主要研究成果与创新

1）千米跨径斜拉桥设计关键技术研究

发展了包括寿命周期、性能设计、极端作用、非线性、弹塑稳定性、抗风、抗震、车辆作用、索塔锚固、大型群桩基础、斜拉索减振在内的桥梁设计理论和方法，创新了静力限位和动力阻尼组合的桥梁结构体系，研发了具有自主知识产权的空间线性及非线性桥梁结构静动力分析软件和基于大涡模拟方法的数值风洞软件，编制了千米级斜拉桥设计指南，形成了千米级斜拉桥设计核心技术。

2）300m超高索塔工程技术

建立了钢锚箱精度控制体系，建立了钢锚箱安装控制技术和方法，解决了环境干扰下300m高空钢锚箱安装控制难题，系统的提出了基于“追踪棱镜”的300m 索塔施工控制技术与方法，通过实时修正环境因素影响保证控制精度，实现了全天候放样，显著提高了施工质量和效率。

3）超大规模群桩基础工程技术

发明了全钢护筒支撑钻孔平台、悬臂导向架、多功能钻孔平台顶板、泥浆集中控制分散净化等创新技术，研发了计算机同步控制整体下放巨型钢吊箱技术，首次提出了易冲刷河段冲刷机理、钢护筒与封底混凝土间握裹力系数等，提出了

施工期河床临时防护与河床永久防护相结合的技术理念，在研究多尺度、广角度监测系统的基础上，利用卫星遥感技术对基础施工过程进行全面监测。

4）577m超长斜拉索工程技术

开发了具有自主知识产权的国产斜拉桥用φ7mm 1770MPa高强度、低松弛、带扭转镀锌钢丝和设计寿命达到50年的耐久型斜拉索体系，并成功制造出长度为577 m，精度达到1/20000的超长斜拉索，形成了一套系统的长、重索施工技术工艺体系，以及与之配套的适应于长、重索安装施工的关键设备系统。

5）超大跨径斜拉桥钢箱梁工程技术

创新了千米级斜拉桥全过程自适应几何控制体系与方法，编制了苏通大桥施工控制手册、工法及施工规程，研发了具有自主知识产权的千米级斜拉桥建设的软件、专利、关键设备，形成了具有行业推广作用的集施工控制、制作和架设于一体的集成技术。

6）大型复杂工程管理技术”、课题七“苏通大桥安全与减灾技术”

建立了包括基本概念、一般原理、基本职能和关键技术的大型工程综合集成管理的理论体系；构建了基于综合集成管理理论的大型工程的组织模式、重大决策的决策机制与技术创新管理平台。

7）苏通大桥安全与减灾技术

研发了工程施工期气象、水文、防船撞等一体化水上安全减灾预报、预警与应急系统。

8）268m大跨径连续刚构桥关键技术

提出了大跨度连续刚构桥梁质量病害预防对策、有效预测及控制大跨度连续刚构桥徐变效应影响的设计方法、大跨度连续刚构桥箱梁抗剪设计方法和适用于苏通大桥高强高性能混凝土收缩徐变的预测模型，形成了大跨度连续刚构桥关键施工技术与工艺及施工控制标准。

9）多跨连续梁桥工程综合技术

形成了连续箱梁短线法节段预制悬拼成套技术，研发了大跨度上行式架桥机和双曲面球型减震支座。

2 千米跨径斜拉桥设计关键技术研究

针对长江河口地区复杂的建设条件方面的特点和千米级斜拉桥结构方面的技术难点，对超大跨径桥梁总体设计、桥区河势及河床稳定性分析、桥位设计潮流研究、场地地震动参数及其对大桥安全性的影响、桥位气象条件与风参数研究、船舶通航条件及技术要求、超大跨径斜拉桥风荷载及空气动力问题、千米级斜拉桥结构体系及抗震性能、大跨度斜拉桥扁平钢箱梁受力性能与设计理论、长江口复杂河段高桩承台基础防船撞设计与应用、深厚软弱场地上高桩基础抗震设计等方面进行研究。

图 2 苏通大桥主桥桥跨布置（单位：m）

通过研究，取得了如下主要成果：

1）千米级斜拉桥结构特性研究

首次发现了千米级斜拉桥气动失稳的竖弯、侧弯和扭转的耦合形态，揭示了考虑非线性静风影响下的千米级斜拉桥静动力失稳过程及其机理；

深入开展了千米级斜拉桥的弹塑性稳定性研究，揭示了全桥弹塑性屈服失稳的发展历程，给出了提高弹塑性稳定性的有效途径；

首次开展了大跨径斜拉桥实桥从施工至成桥多阶段、多状态的静动力性能综合测试，获取了苏通大桥实桥的结构静动力特性和参数，对设计计算进行了全面和详细的验证。

2）千米级斜拉桥结构体系与关键参数影响研究

深入研究了千米级斜拉桥结构的静动力特性和有效提高桥梁刚度与阻尼的方法，在国内外首次提出了具有额定行程的静力限位和动力阻尼组合装置系统这一创新性的结构体系和参数，解决了千米级斜拉桥设计的技术瓶颈；

明确了结构体系、静力稳定性、抗风稳定性和斜拉索减振能力是制约斜拉桥跨径提升的关键因素，基于苏通大桥技术的斜拉桥跨越能力可提升到1500m左