苏通大桥的关键技术与创新.docx

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。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。群桩基础搭设施工平台[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1