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西堠門大橋
2015-08-26 
   

   該橋是舟山大陸連島工程中的第四座跨海特大橋,連接冊子島和金塘島,主橋長2.588 km。橋位處水面寬度約為2000m,被老虎山島分為南、北兩汊,南汊寬約1600m,最大水深達95m;北汊寬約370m,最大水深約為70m。水下地形以潮流沖刷槽為主,覆蓋層較薄,存在裸露的孤丘和水下暗礁。工程海域潮位為不正規(guī)半日潮,實測最大潮速3.02m/s,最大潮差3.54m。由于受地形壓縮影響,西堠門水道流速較大,水流復雜并伴有強烈旋渦。

   該橋為雙向四車道高速公路標準,設計行車速度80km/h,全寬36m,橋面凈寬23m,

   最大縱坡2.5%,結構設計基準期主橋100年,運營期設計基本風速41.12m/s,設計最高通航水位3.28m ,通航標準3萬噸級,主通航孔通航凈寬630m,通航凈高49.5m ,地震基本烈度7度。

  ?。?)橋跨布置

   大橋主跨為1650m的兩跨連續(xù)鋼箱梁全飄浮體系懸索橋,孔跨組合為578m+1650m+485m。南引橋采用兩聯(lián)6×60m預應力砼連續(xù)箱梁。大橋效果與橋型布置見圖16、17。塔錨均不入水,避免了深水基礎施工、船撞風險及海水腐蝕。 

   圖16 西堠門大橋效果 

   圖17 西堠門大橋橋型布置

  ?。?)纜索系統(tǒng)

   主纜矢跨比為1/10,全橋兩根主纜共重21450t,采用工廠預制平行鋼絲索股法(PPWS)施工,鍍鋅鋼絲抗拉強度不小于1770MPa,每根索股含127根鋼絲,鋼絲φ5.25 mm,每根主纜中跨索股169根、南北邊跨分別為171根和175根。

   吊索采用鋼絲繩,索夾為左右對合的鑄鋼件,吊索上端騎跨于索夾,下端與加勁梁銷接。順橋向吊點標準間距18m。吊索鋼絲繩直徑為φ60mm、φ80mm、φ88mm,對應公稱抗拉強度為1770MPa、1860MPa和1960MPa。懸吊長度大于20m的各吊點,在吊索中部兩索之間設置一道抑振裝置。鞍座采用鑄焊混合結構,錨室及鞍罩內(nèi)均設除濕裝置。

  ?。?)主梁

   主梁采用分離式雙箱斷面鋼箱梁(圖18),全寬36m,梁高3.5m,兩箱間通過箱型橫梁和工字梁連接,經(jīng)數(shù)值風洞分析優(yōu)選,兩箱間距為6m時顫振臨界風速最大。鋼箱梁連續(xù)長度2228 m,為目前世界上鋼箱梁連續(xù)長度之最。

   全橋共劃分梁段126個,標準節(jié)段長18m,重約250t,最大梁段重約310t。箱梁總用鋼量約3.3萬噸。

   圖18 箱梁標準橫斷面

   (4)錨碇及錨固系統(tǒng)

   錨碇采用重力式錨,持力層為弱~微風化基巖,每個錨碇混凝土方量約8萬立方米(圖19)。錨固系統(tǒng)為“鍍鋅鋼絞線+防腐油脂”的無粘結式可更換預應力體系(圖20)。該系統(tǒng)夾片后設置有防松裝置,鋼管及前后錨頭防護帽內(nèi)均充滿專用防腐油脂,前后錨室內(nèi)設有除濕機以防止后錨頭及防護帽腐蝕

   圖19 錨錠

   圖20 預應力錨固系統(tǒng)組裝圖

  ?。?)索塔

   索塔采用鋼筋混凝土門架式框架結構,高211.286m,塔柱間設置 三道橫向連接?;A均采用24根φ2.8m的鉆孔嵌巖樁。南塔(圖21)設置下橫梁以布置加勁梁的各種約束裝置,北塔(圖22)未設下橫梁,在承臺間設置橫系梁。為改善索塔的抗渦振性能,塔柱斷面的角點部位設置0.7×0.7m的凹槽。

   圖21 南塔

   圖22 北塔
 
   (6)主要技術特點和創(chuàng)新點

   1)研發(fā)并在一根主纜應用國產(chǎn)1770Mpa主纜索股,促進民族工業(yè)進步,節(jié)約主纜材料費5500萬元。

   2)采用分離式鋼箱梁斷面,提高結構抗風性能,成橋狀態(tài)顫振檢驗風速達[Ucr]=78.74 m/s。施工狀態(tài)顫振檢驗風速為67.1m/s。

   設計采用中央拉開的分體鋼箱梁斷面,為世界懸索橋加勁梁中首次采用。因而進行了數(shù)值風洞分析、節(jié)段模型風洞(圖23)、全橋氣彈模型試驗(圖24)等一系列風洞試驗研究對中央槽寬、斷面形狀、渦振、顫振、抖振、靜風穩(wěn)定性、結構阻尼比的影響等進行了多項系統(tǒng)化研究,并采取多家試驗單位平行研究、相互校核的方法予以確認。

   圖23 節(jié)段模型風洞試驗

   圖24均勻流場中的全橋氣彈模型試驗

   3)分體鋼箱梁試驗與制造

   為了解傳力機理,完善構造設計,進行了總長20m的1:2大比例尺節(jié)段模型試驗(圖25)。 

   圖25 1:2大比例尺節(jié)段模型試驗  

   由于分離式雙箱斷面箱梁結構復雜,焊縫密集,所發(fā)生的焊接變形和殘余應力較大,對結構制造精度、焊接工藝技術進行全面研究。鋼箱梁制造采用“板→板塊(或部件)→板單元→單元塊→鋼箱梁→預拼裝→橋位焊接”方式生產(chǎn)(圖26、27)。

   圖26 鋼箱梁段效果 

   圖27 分體鋼箱梁制造

   4)先導索直升機牽引過海

   本橋成功實施了直升機牽引先導索過海(圖28),作業(yè)時間短,不影響通航。直升機選用直-9(Z-9),牽引索選用高強、輕質(zhì)、直徑Φ13的尼龍繩,用時約30分鐘。

   圖28先導索直升機牽引過海

   5)鋼箱梁架設

   由于西堠門水道覆蓋層極淺,多數(shù)地方無覆蓋層,運梁船采用傳統(tǒng)拋錨定位難度大,結合桃夭門大橋鋼箱梁吊裝經(jīng)驗,本橋運梁船采用動力定位、主要利用平潮期吊裝(圖29)。

   圖29 采用船舶動力定位技術架設鋼箱梁


   可到達區(qū)域的梁段,采用單臺纜載吊機垂直起吊法架設。北邊跨無索區(qū)梁段采用蕩移至支架再滑移就位,對于短吊索下方運梁駁船無法到達的局部區(qū)域進行爆破拓寬航道,使得梁段可垂直起吊。由于兩塔位于岸上,其附近梁段采用纜載吊機垂直起吊后蕩擺至支架。

  ?。?)有關資料

   橋  名: 西堠門大橋

   橋  型: 兩跨連續(xù)鋼箱梁全飄浮體系懸索橋

   跨  徑: 主跨 1650m

   橋  址: 浙江舟山群島

  西堠門大橋主要設計與施工單位一覽表

      合同段  承包人(中標單位)  備注
  設計  主橋  中交公路規(guī)劃設計院  
      接線  浙江省交通規(guī)劃設計研究院  
  施工  A、E  四川公路橋梁建設集團有限公司  北岸錨碇和索塔;上部結構安裝
      B  中交第二公路工程局有限公司  南岸錨碇和索塔
      C1  北京北重汽輪電機有限責任公司  索鞍和索夾
      C2-L  新日本制鐵株式會社  左側主纜索股制造
      C2-R  上海寶鋼集團公司  右側主纜索股、吊索制造
      D  中鐵寶橋股份有限公司  加勁梁制造及工地焊接

  混凝土用量:246956 m3

  鋼材用量:78152t

  造價:23.6億元

  預計建成日期:2008年12月

 

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