苏通大桥的关键技术与创新

苏通大桥的关键技术和创新

张雄文

（江苏省苏通大桥建设指挥部，中国南京210006）

摘要：横跨长江的苏通大桥是一座主跨为1088m的斜拉桥。本文概述大桥在设计和施工方面的

技术挑战、关键技术及创新，比如桥墩冲刷防护、钢围堰下沉、施工平台搭建、斜拉索制作与减震、钢箱梁安装与控制等。

关键词：苏通大桥关键技术创新结构体系基础桥塔斜拉索钢梁

1.工程概况

在中国东部沿海地区，一条自沈阳出发，经上海、苏州和杭州，到海口城市的高速公路正在建设中。苏通大桥是这条路线上跨越长江的一个重要工程（图1）。大桥位于长江三角洲，连接苏州和南通这两座城市。它的建立将进一步加强长江三角洲之间的联系，促进中国经济的发展。

图1.苏通大桥的位置

苏通大桥总长8146m，由北引桥、主桥、专用航道桥和南引桥组成。南北引桥总长分别为1650m和3485m，均采用30、50和75米预应力混凝土连续梁。专用航道桥总长923m，由跨度布置为140m+248m+140m的连续刚构组成。苏通大桥主桥为七跨双塔双索面钢箱梁斜拉桥，跨径布置为100+100+300+1088+300+100+100=2088m（图2）。该桥是世界上首座跨径超过1000m的斜拉桥。本文主要考虑大桥的主桥部分。

图2.总体布局

2.总体结构[1]

2.1 索塔基础

索塔基础采用131根直径为2.8/2.5m变截面钻孔灌注桩基础（图3），按桩长为117m的摩擦桩进行设计。承台为哑铃型，每座索塔下承台的平面尺寸为51.35m×48.1m，厚度由边缘的5m变化到最厚处的13.324m。

图3.索塔基础构造图

2.2 索塔

索塔采用倒Y形混凝土结构，总高300.4m，其中上塔柱高91.4m，

中塔柱高155.8m，下塔柱高53.2m。塔柱采用变截面空心箱形截面，

底部设实体段，索塔在64.3m处设置横梁。斜拉索锚固在索塔钢锚箱

上（图4），钢锚箱共30节，用来锚固30对斜拉索，锚箱标准节段

高2.3～2.9m，总高73.6m。钢锚箱与混凝土塔壁用剪力钉连接，其中

每个剪力钉直径为22mm，长度为200mm。图4.钢箱梁图

图5.钢箱梁构造图

2.3桥面板

苏通大桥主梁采用具有良好空气动力学特性的流线型扁平钢箱梁。全梁总宽41m，中心线处高4m。拉索锚固在主梁的锚箱上，桥面板下面布置高度为300mm的U型纵肋。钢箱梁内设置了整体式横隔板，两道横隔板除竖向支承区，压重区和索塔附近粱段采用实腹板式外，其余均为桁架式（图5）。

2.4斜拉索

苏通大桥斜拉索采用7mm高强镀锌平行钢丝斜拉索。全桥共272根斜索，其中最长的斜索达577m。主梁和索塔分别每隔16m和2m将斜索锚固。

3结构体系

3.1 结构体系的概念

总体而言，斜拉桥有三种结构体系，即漂浮体系、约束体系和固结体系。对于苏通大桥而言，如果采用漂浮体系，粱端势必产生大位移，且索塔底部也将产生很大弯矩。如果采用固结体系，温度作用和地震作用将使结构产生很大的次内力。因此，约束体系成为了大桥合理的结构体系。这种体系能够约束动力响应，然而静力风荷载将要产生粱端大位移和塔底大弯矩。这样，考虑安装阻尼装置来减少这种位移与次内力。

3.2 阻尼装置的选择

常见的阻尼装置包括粘滞阻尼器和液压缓冲器。比较分析表明，粘滞阻尼器比同种条件下的液压缓冲器产生包括内力和位移在内的更小的地震响应，且粘滞阻尼器所需阻尼力是液压缓冲器的1/6，因此，选择粘滞阻尼器降低了阻尼装置的设计和制造要求。综合考虑到阻尼器的力和位移，其中塔顶位移和塔底弯矩的大小将随阻尼参数而变化，此参数由粘滞阻尼器阻尼系数C(C=15000KN/（m·s）-0.4)和速度指数决定[2]。

3.3限位大小的确定

为了确定位移限制数值，活载、温度作用、地震作用和风荷载均要考虑。计算表明结构最大位移值为±745mm，因此粘滞阻尼器额定行程量设置为±750mm。

3.4结构体系的选择

苏通大桥共设置了8个粘滞阻尼器，主桥部分每个塔梁

处设置4个（图6）。索塔和梁之间设置抗风支座限制塔处

主梁的横向位移。主梁与过渡墩及辅助墩之间设置纵向滑动

支座，并限制横向相对位移。图6.塔和桥面分离的半漂浮体系

3.5创新

基于动力和静力荷载下苏通大桥的反应特性，设计采用和发展了这种刚性限位与粘滞阻尼器相组合的结构体系。该体系解决了大跨度斜拉桥，在地震作用下粱端与塔顶位移太大、在温度作用下塔底内力太大的难题。采用阻尼器限位的理念丰富了其内涵。

4群桩基础

4.1搭设施工平台[3]

施工平台搭建的一般方法是用小直径的钢管桩作为支撑桩，采用这种方法将降低平台的刚度，安全储备和精确度。为了解决这个问题，苏通大桥采用大直径钢护筒以增加单根桩的承载能力和平台的刚度。

在苏通大桥北塔墩处，水较深且流速大，有必要自上游到下游搭设施工平台。平台平面尺寸为154m×57m，由起始平台、辅助平台和钻孔灌注桩平台组成。起始平台和辅助平台分别由12和10根直径为2.54m钢管桩支撑。钻孔灌注桩平台由131根直径为2.85m的钢护筒支撑（图7）。施工平台的搭设步骤如下:在承台上游利用直径2.5m的大直径钢管桩搭设起始平台，在起始平台上安装特制的悬臂式导向架，对钢护筒进行导向定位，保证钢护筒的打设精度。采用两台并联的APE400振动锤完成钢护筒的打设。将已打设的钢护筒平联成整体，并移动导向架，自上游向下游逐根打设剩余的钢护筒，形成新的施工平台。

南塔墩处水深相对较浅，因此，用直径2.85的钢护筒来搭

设钻孔灌注桩平台，用小直径的钢管桩搭设工作平台。

在顺着打桩船水流方向的间隔处，起始平台由9行钢护筒

中的5行作为支撑。由此，在起始平台上用特制的导向架和打

桩锤打设剩余的钢护筒，最后搭设成钻孔灌注桩施工平台。在

搭设好起始平台之后，分别用13根和25根直径为1.42m钢管

桩搭设上游施工平台和下游施工平台。图7.施工平台搭设方案

4.2大型承台钢套箱下沉

钢套箱是永久保护结构防止船只撞击的一个必要构件，同时，它也是一个阻水结构，以确保承台处于一个干燥的环境。因此钢套箱必须高精度下沉，然而因钢套箱规模大、复杂的施工因素和钢套箱下沉距离大等，造成钢套箱高精度下沉十分困难。整体施工的南塔墩钢套箱，长117.35m、宽51.7m、高16.9m，结构重量约5800t。实际施工时对12个吊点、40台千斤顶按位移同步、荷载均衡的原则用计算机集中控制，高差超过1cm时吊放就自动停止，进行调整。在钢套箱外侧和内侧设置限位和导向装置，防止钢套箱在水流作用下的摆动。钢套箱竖向定位是通过周边钢护筒上安装的32个竖向定位反压牛腿实现的。竖向定位完成后，选择在低潮位时调整钢套箱的平面位置，并加以固定。

钢套箱（北塔墩）长118m、宽52.3m、高18.5m，整体分三部分下沉就位。第一部分高6.6m，重2615t。16台千斤顶组成的液压控制系统控制钢套箱的下沉，两台诡杆起重机和浮式起重机同步对称地拼装和扩大钢套箱节段。拼装工作完成后，向室内注水使钢套箱下沉。下沉过程中，在钢围堰的内壁与转轴壁之间调节橡胶护舷控制钢套箱的平面位置，垂直度利用绞车或连锁块进行调整。进而向双壁内注水以缓缓地调整钢套箱的平面位置。

4.3冲刷防护

群桩基础必须确保嵌入土层足够的深度，周围的冲刷却使这个深度不断减小。局部冲刷实验表明苏通大桥北塔墩冲刷深度最大，20年一遇水流作用下冲刷深度达21.5m；300年一遇的水流作用下冲刷深度达27.2m，而且最大冲刷有可能在一次大水作用下就形成。为了满足船舶撞击和地震要