杭州灣跨海大橋設(shè)計(jì)創(chuàng)新

1、楊俊楊俊峰峰20122012級道橋?qū)W碩班級道橋?qū)W碩班2012.12.042012.12.04概述概述世界跨海長橋建設(shè)概況世界跨海長橋建設(shè)概況杭州灣跨海大橋設(shè)計(jì)原則和總體方案杭州灣跨海大橋設(shè)計(jì)原則和總體方案杭州灣跨海大橋防風(fēng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新杭州灣跨海大橋防風(fēng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新杭州灣跨海大橋防腐蝕設(shè)計(jì)創(chuàng)新杭州灣跨海大橋防腐蝕設(shè)計(jì)創(chuàng)新總結(jié)總結(jié) 杭州杭州灣跨海大橋是國道主干線灣跨海大橋是國道主干線同三同三線線(黑龍江省同江市至海南省三業(yè)市黑龍江省同江市至海南省三業(yè)市)跨越杭跨越杭州灣的通道，大橋位于錢塘江入海的河口州灣的通道，大橋位于錢塘江入海的河口海灣，海灣北面為浙江省杭嘉湖平原和我海灣，海灣北面為浙江省杭嘉湖平原和

2、我國的經(jīng)濟(jì)中心上海市，南面為姚北平原和國的經(jīng)濟(jì)中心上海市，南面為姚北平原和我國東南沿海重要港口城市寧波。大橋北我國東南沿海重要港口城市寧波。大橋北起嘉興海鹽鄭家埭，跨越寬闊的杭州灣海起嘉興海鹽鄭家埭，跨越寬闊的杭州灣海域后止于寧波市慈溪水路灣，全長域后止于寧波市慈溪水路灣，全長36km。1)水中區(qū)引橋均采用鋼管樁基礎(chǔ)，鋼管樁總計(jì)水中區(qū)引橋均采用鋼管樁基礎(chǔ)，鋼管樁總計(jì)5474根，總用鋼量約根，總用鋼量約37萬噸，采用大型船機(jī)施工和萬噸，采用大型船機(jī)施工和GPS(RTK)測量定位；測量定位；2)除少量高墩外，水中區(qū)引橋均采用預(yù)制橋墩，預(yù)制墩共計(jì)除少量高墩外，水中區(qū)引橋均采用預(yù)制橋墩，預(yù)制墩共計(jì)47

3、4個(gè)，個(gè)，混凝土總量約混凝土總量約6萬立方米，最大吊重萬立方米，最大吊重440t；3)水中區(qū)引橋采用跨度為水中區(qū)引橋采用跨度為70m的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，整孔預(yù)制，單的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，整孔預(yù)制，單片梁重片梁重2200t，共，共540片，共計(jì)混凝土片，共計(jì)混凝土448萬立方米，采用運(yùn)架萬立方米，采用運(yùn)架一體船運(yùn)輸和吊裝；一體船運(yùn)輸和吊裝；4)南岸灘涂區(qū)引橋采用鉆孔樁基礎(chǔ)，長棧橋法施工。上部結(jié)構(gòu)采用跨南岸灘涂區(qū)引橋采用鉆孔樁基礎(chǔ)，長棧橋法施工。上部結(jié)構(gòu)采用跨度度50m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，共預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，共26聯(lián)，聯(lián)，404片，共計(jì)混凝土片，共計(jì)混凝土238萬立方米，單片梁重萬立方米，單片梁重14

4、30t，采用整孔預(yù)制、梁上運(yùn)輸和架橋機(jī)架，采用整孔預(yù)制、梁上運(yùn)輸和架橋機(jī)架梁的方案；梁的方案；5)北岸灘涂區(qū)較短，采用鉆孔樁基礎(chǔ)，棧橋法施工。上部結(jié)構(gòu)采用移北岸灘涂區(qū)較短，采用鉆孔樁基礎(chǔ)，棧橋法施工。上部結(jié)構(gòu)采用移動(dòng)模架原位制梁和懸臂現(xiàn)澆兩種工法施工：動(dòng)模架原位制梁和懸臂現(xiàn)澆兩種工法施工：6)南、北航道橋均為鋼箱梁斜拉橋，采用大直徑鉆孔樁基礎(chǔ)，海上搭南、北航道橋均為鋼箱梁斜拉橋，采用大直徑鉆孔樁基礎(chǔ)，海上搭建平臺施工。航道橋的主塔和墩身均為現(xiàn)澆施工；建平臺施工。航道橋的主塔和墩身均為現(xiàn)澆施工；7)對海上各類混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，特別是處于浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)對海上各類混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，特別是處于

5、浪濺區(qū)和水位變動(dòng)區(qū)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了專門的防腐蝕設(shè)計(jì)，以確保結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用壽命。的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了專門的防腐蝕設(shè)計(jì)，以確保結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用壽命。杭州灣氣候環(huán)境杭州灣氣候環(huán)境特點(diǎn)特點(diǎn) 杭州杭州灣跨海大橋交通量大，行駛車型復(fù)雜，有灣跨海大橋交通量大，行駛車型復(fù)雜，有32km 完全暴露在海洋環(huán)境之中，影響營運(yùn)安全完全暴露在海洋環(huán)境之中，影響營運(yùn)安全的氣象因素主要有風(fēng)、雨、霧、冰和雪等。杭州灣的氣象因素主要有風(fēng)、雨、霧、冰和雪等。杭州灣地處北亞熱帶南緣，屬東亞季風(fēng)區(qū)，冬夏季風(fēng)交替地處北亞熱帶南緣，屬東亞季風(fēng)區(qū)，冬夏季風(fēng)交替顯著。冬季風(fēng)向集中于西北方位，春夏季風(fēng)向集中顯著。冬季風(fēng)向集中于西北方位，春夏季風(fēng)向集中于

6、東南方位。平均最大風(fēng)速為于東南方位。平均最大風(fēng)速為17. 7 22. 6m / s，極大風(fēng)速為，極大風(fēng)速為31. 9 32. 2m / s，臺風(fēng)平均，臺風(fēng)平均每年每年2 3 次。根據(jù)次。根據(jù)分析，災(zāi)害分析，災(zāi)害天氣對海上橋梁天氣對海上橋梁交通的影響遠(yuǎn)比陸地嚴(yán)重，其中大風(fēng)的影響最為嚴(yán)交通的影響遠(yuǎn)比陸地嚴(yán)重，其中大風(fēng)的影響最為嚴(yán)重。因此，風(fēng)影響成為大橋運(yùn)行安全管理中首要應(yīng)重。因此，風(fēng)影響成為大橋運(yùn)行安全管理中首要應(yīng)對的難題。對的難題。風(fēng)對橋面行車安全風(fēng)對橋面行車安全影響影響 當(dāng)當(dāng)汽車在橋面上行駛時(shí)，考慮到風(fēng)力、慣汽車在橋面上行駛時(shí)，考慮到風(fēng)力、慣性力、重力等共同作用，汽車可能出現(xiàn)以性力、重力等共同

7、作用，汽車可能出現(xiàn)以下狀態(tài)下狀態(tài):彎道中側(cè)風(fēng)作用下汽車行駛極彎道中側(cè)風(fēng)作用下汽車行駛極限限;彎道中側(cè)風(fēng)作用下汽車側(cè)向傾翻彎道中側(cè)風(fēng)作用下汽車側(cè)向傾翻;上上坡道迎風(fēng)作用下汽車行駛極限坡道迎風(fēng)作用下汽車行駛極限;下坡道背下坡道背風(fēng)作用下汽車駐坡制動(dòng)極限風(fēng)作用下汽車駐坡制動(dòng)極限;側(cè)風(fēng)作用下側(cè)風(fēng)作用下汽車轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。其中，車輛側(cè)風(fēng)效應(yīng)是汽車轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。其中，車輛側(cè)風(fēng)效應(yīng)是需要重點(diǎn)關(guān)注解決的問題。需要重點(diǎn)關(guān)注解決的問題。防風(fēng)防風(fēng)( 減風(fēng)減風(fēng)) 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)創(chuàng)新創(chuàng)新 增設(shè)增設(shè)風(fēng)障是當(dāng)前國外橋梁工程中最為有效的技術(shù)措施。風(fēng)障是當(dāng)前國外橋梁工程中最為有效的技術(shù)措施。借助風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值風(fēng)洞分析技術(shù)，研究了不同斷面形

8、借助風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值風(fēng)洞分析技術(shù)，研究了不同斷面形式和透風(fēng)率的風(fēng)障對橋面減風(fēng)效果的影響式和透風(fēng)率的風(fēng)障對橋面減風(fēng)效果的影響。推薦的減風(fēng)推薦的減風(fēng)方案為方案為:在大橋全線將護(hù)欄由原設(shè)計(jì)高在大橋全線將護(hù)欄由原設(shè)計(jì)高1. 25m 加至加至1. 5m;主橋與高墩區(qū)在護(hù)欄上另加設(shè)主橋與高墩區(qū)在護(hù)欄上另加設(shè)1. 5m 高的弧形風(fēng)高的弧形風(fēng)障障( 總高總高3m) ，同時(shí)在里程樁號，同時(shí)在里程樁號K50 + 249. 000 K51 + 579. 000( 北航道橋北引橋高墩區(qū)起點(diǎn)北航道橋北引橋高墩區(qū)起點(diǎn)) 的區(qū)域再的區(qū)域再加設(shè)加設(shè)1. 5m 高風(fēng)障高風(fēng)障;南、北航道橋橋塔兩側(cè)區(qū)域考慮局南、北航道橋橋塔兩側(cè)區(qū)域

9、考慮局部增加風(fēng)障的高度部增加風(fēng)障的高度( 總高總高4. 2m) ;無風(fēng)障區(qū)與有風(fēng)障區(qū)、無風(fēng)障區(qū)與有風(fēng)障區(qū)、高風(fēng)障區(qū)與低風(fēng)障區(qū)采用逐漸過渡的方式。高風(fēng)障區(qū)與低風(fēng)障區(qū)采用逐漸過渡的方式。 面對面對嚴(yán)峻的海洋環(huán)境條件及高達(dá)嚴(yán)峻的海洋環(huán)境條件及高達(dá)250 萬萬m2 的混凝土用量，如何的混凝土用量，如何實(shí)現(xiàn)大橋混凝土工程的耐久性，確保實(shí)現(xiàn)大橋混凝土工程的耐久性，確保100 年設(shè)計(jì)使用壽命，是迫切年設(shè)計(jì)使用壽命，是迫切需要解決的技術(shù)難題之一需要解決的技術(shù)難題之一。為解決混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的兩個(gè)基本問題，為解決混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的兩個(gè)基本問題，從整體結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，系統(tǒng)地提出了以下從整體結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，系統(tǒng)地提

10、出了以下措施措施1)基本措施限制氯離子擴(kuò)散系數(shù)和設(shè)置合理的鋼筋保護(hù)層，采用以氯基本措施限制氯離子擴(kuò)散系數(shù)和設(shè)置合理的鋼筋保護(hù)層，采用以氯離子擴(kuò)散系數(shù)為控制參數(shù)的海工耐久離子擴(kuò)散系數(shù)為控制參數(shù)的海工耐久混凝土混凝土2)附加措施根據(jù)不同的情況和環(huán)境研究采用不同的防腐措施，針對性附加措施根據(jù)不同的情況和環(huán)境研究采用不同的防腐措施，針對性地引進(jìn)國際先進(jìn)的防腐技術(shù)和工藝，以降低氯離子擴(kuò)散速度地引進(jìn)國際先進(jìn)的防腐技術(shù)和工藝，以降低氯離子擴(kuò)散速度，3) 監(jiān)測措施根據(jù)環(huán)境特征和大橋的耐久性要求，引進(jìn)國外監(jiān)測措施根據(jù)環(huán)境特征和大橋的耐久性要求，引進(jìn)國外預(yù)埋式耐預(yù)埋式耐久性監(jiān)測系統(tǒng)久性監(jiān)測系統(tǒng)，用于長期動(dòng)態(tài)獲取耐

11、久性參數(shù)，掌握大橋混凝土結(jié)構(gòu)，用于長期動(dòng)態(tài)獲取耐久性參數(shù)，掌握大橋混凝土結(jié)構(gòu)脫鈍前鋒面的發(fā)展進(jìn)程，驗(yàn)證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護(hù)措施的有效性脫鈍前鋒面的發(fā)展進(jìn)程，驗(yàn)證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護(hù)措施的有效性。4) 驗(yàn)證措施通過引入與研究對象具有相似環(huán)境條件且具有一定服役驗(yàn)證措施通過引入與研究對象具有相似環(huán)境條件且具有一定服役年限的第三方參照物，以解決室內(nèi)試驗(yàn)環(huán)境與現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境之間的相年限的第三方參照物，以解決室內(nèi)試驗(yàn)環(huán)境與現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境之間的相似性問題。似性問題。根據(jù)上文的論述，結(jié)合杭州灣建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和過程，大橋根據(jù)上文的論述，結(jié)合杭州灣建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和過程，大橋的總體設(shè)計(jì)原則可以總結(jié)如下：的總體設(shè)計(jì)原則可以總結(jié)如下：1）全面貫徹）全面貫徹“實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀”的技術(shù)方針，的技術(shù)方針，充分吸取世界范圍內(nèi)建橋的新理論、新材料、新工藝和充分吸取世界范圍內(nèi)建橋的新理論、新材料、新工藝和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，做到因地制宜。先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，做到因地制宜。2）將大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制裝配方案作為研）將大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制裝配方案作為研究、確定杭州灣跨海大橋橋型方案的指導(dǎo)思想，有針對究、確定杭州灣跨海大橋橋型方案的指導(dǎo)思想，有針對性地開發(fā)或引進(jìn)海上作業(yè)的大型起吊及安裝設(shè)備。性地開發(fā)或引