潤揚長江公路大橋總體設計

1.前言
潤揚長江公路大橋是江蘇省高速公路主骨架和五處跨長江公路通道規劃中的項目，北聯同江至三亞、北京至上海國道主干線，南接上海至成都、上海至瑞麗國道主干線，同時聯接鎮江、揚州兩座歷史文化名城。這座大橋的建設對完善我國交通網絡總體布局、促進江蘇乃至長江三角洲區域的經濟繁榮、更好地發揮長江黃金水道的作用，都具十分重要的意義。
2.建設條件
2.1地形地貌
潤揚長江公路大橋位于長江鎮揚河段世業洲汊道下段。長江南側為寧鎮山脈隆起區，屬剝蝕低山丘陵地貌；長江北側為長江沖積平原。橋址區地勢平坦，地表高程3~4m，屬長江沖積平原河漫灘地。世業洲分長江為北汊和南汊，長江河道在該段為江心洲河型。
2.2河道基本特征
世業洲汊道上接儀征水道，下連六圩彎道，主流長約51.5km。南汊為主汊，長約15.5km，形態彎曲，汊道平均河寬1435m，平均水深13.79m。北汊為支汊，長約13km，為順直河型，平均河寬785m，平均水深7.35m。目前，世業洲汊道北、南汊分流比為1:3.13，分沙比為1:3.48。歷史上鎮揚河段河勢不穩定，1983年開始鎮揚河段一期整治工程，1993年結束，經10年整治，對制止崩塌、穩定江岸、抑制主泓擺動、初步控制分流比，已取得明顯效果。
2.3水文
鎮揚河段屬于感潮河段，其潮水位為非正規半日潮型，水位變化明顯，每日水位兩漲兩落，漲潮歷時3小時多，落潮歷時近9小時。受上游徑流控制，年內水位變幅較大，歷年最大變幅達6.25m，最小變幅也有4.54m。設計百年一遇流量為95000m3/s。
2.4通航
根據1996年1月1日起正式實施的《長江下游分道航行規則》，世業洲汊道南汊為主航道，北汊（儀征捷水道）全年限588kW、200總噸以下船舶航行。目前年平均過往船只2500艘/日，其中南汊約300~400艘/日。根據《通航凈空技術標準論證報告》，南汊通航海輪的船型擬定為第三代集裝箱船和五萬噸級巴拿馬型干散貨船；另一種船型為4413kw推輪頂推16艘3000噸級分節駁船組成的江輪船隊。
南汊通航凈空要求如下：
海輪雙向通航凈寬：390m、凈高：50m；
船隊雙向通航凈寬：700m、凈高：24m。
北汊通航凈空為，凈寬210m，凈高18m。
2.5地質
橋位區域在基巖以上廣泛沉積著第四系松散層，南岸厚度約28m，分別為軟粘土和淤泥質亞粘土夾粉細砂互層；世業洲岸除上述兩層外，以下為粉細砂、中粗砂等，厚約50m；北岸厚度約為67m。基巖巖性南岸與世業洲為花崗巖；北汊及北岸為沉火山凝灰角礫巖。沿橋軸線，基巖受到斷裂帶的影響，其風化層厚度及強度差異較大。
2.6地震
根據《橋址區基本烈度復核及斷裂活動性評定研究》，對應50年超越概率10%的地震烈度，即本工程場址的基本烈度為VII度。主要斷裂活動時代在晚更新世以前，是相對穩定地區，從地震安全性方面考慮，建設特大型橋梁是可行的。
3.主要技術標準
（1）橋梁等級：六車道高速公路特大橋
（2）車輛荷載等級：汽車-超20級、掛車-120
（3）設計車速：100km/h
（4）橋面凈寬：32.5m（不含錨索區和檢修道）
（5）通航凈空：
南汊凈高：海輪50m、江輪24m
凈寬：海輪390m、江輪700m
北汊凈高：18m
凈寬：210m
（6）設計洪水頻率：1/300
（7）設計基本風速：29.1m/s
（8）船舶撞擊荷載：
南汊北塔橫橋向32.7MN，順橋向16.3MN
北汊南塔橫橋向19.1MN，順橋向9.55MN
（9）設計基準期：100年
（10）地震設計烈度：VII度
（11）設計通航水位：最高：7.34m
最低：-0.43m
4.橋位
潤揚長江公路大橋橋位位于長江鎮揚河段世業洲汊道尾端，鎮揚汽渡上游約2.2km處。橋位北端位于揚州市邗江區境內的運西園林場西側，經世業洲下新灘，南端位于鎮江市潤洲區龍門口附近。橋址江段被世業洲分隔成南北兩汊，其中南汊為長江的主流，主要通行海輪和江輪船隊，北汊為支流。世業洲長約13km，呈東西走向，平面呈菱形。由于橋位處南北兩汊斜角40度，世業洲上兩汊之間設R=1500m的平曲線。
5.總體設計原則
設計指導思想：努力吸取國內外特大型橋梁經驗，將大橋設計成有品質、有創新、高質量的現代化大橋。主要原則如下：
（1）認真貫徹執行國家的各項政策、規定以及有關標準、規范和規定；
（2）認真落實工可與初步設計批復意見；
（3）認真分析本項目特點和在路網中的作用、地位，結合鄰近道路的特點，采用合理的技術標準和實施規模；
（4）充分吸取國內外同類橋梁的建設經驗；
（5）各專業有機結合，相互協調，為橋梁、道路使用者提供安全、快速、經濟、舒適的服務；
（6）在滿足橋梁、道路使用的同時，確保航運、防洪的安全，最大限度地減少對周圍環境的影響；
（7）注重橋梁美學與景觀設計，為項目區域增加新的景觀；
（8）精心組織、精心設計，加強總體協調，設計文件編制深度達到規定要求以上。
6.總體布局
潤揚大橋全長7371m，其中：南汊主橋采用主跨1490m懸索橋，北汊主橋采用主跨406m斜拉橋，引橋和高架橋均采用預應力混凝土連續箱梁橋。
6.1南汊懸索橋橋跨布設控制因素
（1）根據河勢研究報告，為穩定河勢，南岸水中不能設墩，經與水利部門多次協調，為確保江邊大堤的安全，南塔墩宜設置在大堤的背水側；
（2）通航要求，海輪雙向通航寬度不小于390m，江輪雙向通航不小于700m。根據“通航凈空設址論證會”審定意見，海輪通航凈空位置應在距南岸枯水位水沫線100m以北和北岸航行基準面-14m等深線內；
（3）為確保長江行洪安全以及方便施工，北錨碇宜置于岸上；
（4）北塔墩為減小對河勢影響和船舶撞擊影響，應設在世業洲南側淺水區。
根據上述原則，經多方案比選，南汊主橋選用1490m單跨雙鉸鋼箱梁懸索橋。
6.2北汊斜拉橋橋跨布設控制因素
（1）根據勘察報告，北汊江中有一東西走向的地質斷裂帶，北汊主橋墩應避開斷裂帶布設；
（2）北汊日通航船舶約2200艘，江中宜少設橋墩，盡量減小船舶撞擊橋墩的機率；
（3）滿足210m*18m的通航凈空，同時主橋基本跨越750m（常水位）寬北汊水域；
（4）斜拉橋不進入平曲線范圍。
根據以上原則，北汊主橋選用（176+406+176）m三跨斜拉橋橋型。
7.主橋結構及技術特點
7.1南汊懸索橋
（1）主纜系統
綜合考慮橋位地形、河勢、通航、橋位線型及構造統一等因素，南汊橋采用（470+1490+470）m三跨雙絞懸索橋。矢跨比經1/9~1/10.5四種不同方案比較，在成橋狀態下，根據全橋整體剛度及經濟性的分析比較，確定矢跨比為1/10。主纜鋼絲采用強度為1670Mpa的鍍鋅高強鋼絲，鋼絲直徑5.30mm。主纜共兩根，平面間距34.3m，由平行鋼絲索股組成，每股含127根鍍鋅高強鋼絲，每根主纜為184股，空隙率在索夾處和索夾外分別為18%、20%，相應主纜外徑分別為895mm、906mm。
吊索材料選用耐久性好的平行鋼絲束股，為1670Mpa的鍍鋅高強鋼絲，鋼絲直徑5.0mm，其外采用PE防護套防護。索夾采用鑄鋼，吊索上、下端均為順橋向銷接的連接方式。由于剛性中央扣能使纜、梁在跨中處相對固定，對梁的縱橫向位移進行約束，從而有效的改善吊索受力狀態，尤其是跨中短吊索的受力性能，本橋設計在跨中加設剛性中央扣連接。
（2）加勁梁
加勁梁采用全焊扁平流線形封閉鋼箱梁斷面，整體性好，滿足抗風穩定性的要求。箱梁標準梁段長16.1m，中心線處梁高3.0m，頂板寬32.9m，檢修道寬1.2m，設置在尖嘴外。箱梁總寬38.7m，高跨比1/497，寬跨比1/38.5。吊索與耳板為銷接。兩個標準段焊接連成一個標準吊裝段，吊裝重量約471t。
箱梁主體結構采用Q345-D鋼。頂板和斜腹板厚14mm，底板厚10mm，采用8mm的U型肋和球頭鋼加勁。橫隔板縱向間距3m。
（3）索塔
懸索橋主塔設計應符合其受力特點，同時注重美觀方面的要求。索塔由兩個塔柱、三道橫梁組成的門式框架結構，塔高約210m。塔柱為鋼筋混凝土箱型結構，橫橋向兩個塔柱斜置，底部外形尺寸6m*12.5m，頂部6m*9.5m。塔柱壁厚采用雙向變壁厚，橫梁為預應力混凝土空心箱型結構。基礎為直徑2.8m鉆孔灌注樁。
（4）錨碇
設計采用重力式錨體、預應力錨固系統。初步設計、技術設計階段對錨碇基礎分別采用凍結法、地下連續墻、沉井等方案進行技術經濟比較，為穩妥起見，最后采用帶案投標方案。南錨基礎采用鉆孔樁圍護加凍結止水圍幕、鋼筋混凝土內支撐方案，平面為矩形，基礎底標高-26m，開挖、封底完成后，在開挖完成的內部空間用混凝土進行填充。北錨基礎采用地下連續墻方案，平面為矩形，基礎底標高-45m，邊開挖、邊支撐，封底完成后，現澆鋼筋混凝土隔倉，再分別回填混凝土或砂（水）。
7.2北汊斜拉橋
（1）索塔
索塔采用空間索面花瓶型混凝土塔柱，設置三道橫梁，橫梁中張拉預應力，以滿足塔柱受力要求，索塔總高約145m。基礎為直徑2.5m鉆孔灌注樁。
（2）加勁梁
采用扁平閉口流線型鋼箱梁，滿足抗風穩定性要求。箱梁標準段長15m，沿中心線梁高3.0m，箱梁總寬37.4m，高跨比1/135，寬跨比1/10.9。箱梁主體結構采用Q345-D鋼，采用懸臂拼裝方法施工，吊裝重量約246t。箱梁頂板和斜腹板厚14mm，底板厚12mm，頂底板分別采用8mm和6mm的U型肋加勁。橫隔板間距3.75m，箱梁內設有兩道縱隔板。加勁梁在索塔處設有豎向彈性支座，橫向固定支座約束，縱向為漂浮體系。
（3）斜拉索
采用鍍鋅鋼絞線拉索，為空間扇形雙索面體系。拉索由多股無粘結高強度平行鋼絞線組成，采用雙層HDPE套管進行防護。斜拉索與塔的錨固方式為在塔壁內設置齒板，與主梁的連接采用鋼錨箱焊接于上斜腹板上的錨固方式。斜拉索的減振采用HCA斜拉索減振器與減振橡膠塊共同作用方式。
8.科研與創新
潤揚大橋是我國公路建橋史上工程規模最大、建設標準最高、技術最復雜的懸索、斜拉、預應力混凝土連續梁組合的特大型橋梁工程。從勘察設計開始就高度重視科研與創新工作，結合勘察設計共進行了30余項專題研究和科研試驗，為橋位選擇和橋梁方案比選提供了科學的依據。目前在專題研究的基礎上，進一步開展的科研試驗工作如下：
（1）懸索橋中央索扣對整體結構受力影響分析；
（2）懸索橋鋼箱梁局部應力分析研究（含中央索扣研究）；
（3）復雜地質條件下大直徑樁承載試驗和基礎變形數值模擬研究；
（4）北錨碇特大深基礎關鍵技術研究；
（5）懸索橋鞍座結構分析及實測研究；
（6）主纜防護系統、索股制造及架設、吊索防水研究；
（7）斜拉橋索塔節段（錨索區）足尺模型試驗；
（8）特大跨徑鋼橋面鋪裝材料和施工工藝研究；
（9）橋梁美學及景觀設計研究。
在勘察設計過程中進行了以下的科研創新工作：
（1）查清橋位區域地質情況，在物探、鉆探同時開展了遙感、電導率法、波速測試、斷層泥同位素測試等綜合手段和方法，為橋梁基礎設計提供了詳細的資料。
（2）主纜與加勁梁在跨中連接處加設中央索扣，以改善全橋的整體剛度和抗風穩定性、提高吊索特別是跨中附近的短吊索的使用性能、減小L/4處撓度等，這在國內懸索橋上第一次采用。
（3）主纜防護采用泵送干空氣除濕防護，以徹底改善主纜鋼絲的防腐性能，提高主纜鋼絲的使用壽命，進而提高全橋的使用壽命，是橋梁主纜防護的發展方向，這也是國內懸索橋上第一次采用。
（4）懸索橋索塔是代表懸索橋形象的景觀之一，經多方案比選采用塔柱為矩形斷面、雙向變壁厚，更好的符合受力特點，并取消塔頂牛腿，施工期間采用臨時鋼托架，使塔柱線條更加簡潔、美觀、雄壯。
9.結束語
潤揚長江公路大橋勘察設計過程中，設計單位開展廣泛深入的技術研究和科研創新工作，為特大跨徑橋梁建設進行有益的探索。潤揚長江公路大橋己于2000年10月20日開工建設，計劃于2005年10月1日前建成通車。目前設計單位正進行施工配合及科研試驗工作，努力爭創國優精品工程。