金塘大桥主通航孔桥的设计特点

金塘大桥主通航孔桥报告人:浙江省交通规划设计研究院史方华2023年9月12日设计特点一、概况二、建设条件三、设计原则四、设计特点五、几点体会报告内容一、概况(一)地理位置金塘大桥是浙江省舟山大陆连岛工程中的第五座大桥，连接舟山市金塘岛与宁波市镇海区，全长21.029km，其中海上桥梁长18.27km，也是舟山大陆连岛工程中规模最大的跨海特大桥。（二）技术标准一、概况

公路等级：双向四车道高速公路设计速度：100km/h荷载等级：公路—Ⅰ级桥面横坡:2%(双向)桥面纵坡:最大2.8%

一、概况通航标准：通航5万吨级海轮(压载),净宽544m,净高51m设计高潮位频率:1/300结构设计基准期:100年（二）技术标准（一）气象二、建设条件

设计基准风速：按一般平坦空旷地面离地10m高，频率1/100，10min平均最大风速40.16m/s计。桥址处极端最高温度38.5℃;极端最低温度-6.6℃。桥址处日平均最高温度33.3℃;日平均最低温度-3.5℃。

（二）水文二、建设条件

本工程区的潮汐属不规则的半日潮，潮流以往复流为特征，历年平均海平面为0.26m，历年平均高潮位1.14m，平均低潮位-0.75m，最高潮位3.28m，最低潮位-2.12m，最大潮差3.67m，平均潮差1.91m。潮流以往复流为特征，涨潮流向西或向北，落潮流向东或向南，涨潮流速略大于落潮流速。百年一遇的最大流速为2.54m/s，最大波高为6.26m。桥位处海床冲刷深度：自然冲刷深度：5m；建桥冲刷深度：索塔：15.6m，辅助墩16.0m，过渡墩14.3m。

（三）地质二、建设条件

该段水深10.8~26.7m，海床表部主要为海相灰色流~软塑状淤泥质亚粘土、亚粘土，和冲海相灰色，灰绿色松散~稍密状亚砂土、粉细砂，中间黄褐色软~硬塑状亚粘土，以上土层总厚度9.5~24.9m；其下为灰褐灰绿黄绿等色中密~密实状粉细砂、中粗砂或亚砂土相间厚度较大灰色软塑状粘土，和黄褐黄绿灰蓝等色硬塑状为主的（亚）粘土，总厚度61.5~76.5m；该区下伏基岩面起伏变化相对不大，基岩面埋深77.2~101.6m，其弱风化岩面顶板标高-102.88~-115.30m，基岩岩性主要为晶屑玻屑熔结凝灰岩，属硬质岩。

（四）地震二、建设条件

地震基本烈度为Ⅶ度。抗震设防标准如下:

设防地震概率水平结构性能要求结构校核目标P1：100年10％主要结构处于正常使用极限状态主要结构校核应力P2：100年5％主要结构处于承载能力极限状态，控制位移或变形主要结构校核极限承载能力或考虑延性校核极限承载能力；校核位移或变形二、建设条件（五）船舶撞击力航道名称代表船型（t）塔墩桥墩防撞力（MN）采用独立防撞墩后防撞力(MN)横桥向顺桥向横桥向顺桥向主通航孔50000压载索塔D3，D465.3432.67200005000辅助墩D2，D510.05.01000过渡墩D1，D66.03.0三、设计原则

充分考虑桥址区的海洋环境;体现“安全、经济、耐久、和谐”的设计原则;以科技为支撑,创新谋发展的理念,设计一流大桥;景观设计充分考虑舟山普陀山

“海天佛国”的文化素材。

四、设计特点77＋218＋620＋218＋77m五跨连续钢箱梁斜拉桥

结构采用半飘浮体系。由于桥梁处于强风强震区,塔梁间的纵向约束是结构体系的关键。若塔梁纵向直接约束,索塔根部在温度作用下会出现巨大的拉应力;若塔梁间不设纵向约束,索塔根部在风荷载作用下难以满足结构要求。另外,在巨大的地震荷载作用下,为了减小索塔根部地震荷载,必须在塔梁间设置纵向阻尼器。为了同时满足极限风荷载、汽车荷载和温度作用的要求,最终采用带纵向限位的粘滞阻尼器,限制位移根据计算优化定为35cm。（一）支承体系四、设计特点（二）桩基础四、设计特点

1、索塔基础

采用42根φ2.5m～φ2.85m钻孔灌注桩，承台为圆端形构造，平面尺寸为56.78×34.02m，厚6.5m，承台上设厚2.5m的塔座。钢护筒壁厚为25mm,局部防腐处理。（二）桩基础四、设计特点

2、过渡墩设10根φ2.5m～φ2.85m钻孔灌注桩，承台采用矩形构造，横桥向宽为25.4m，顺桥向宽为15.5m，承台厚4.0m。墩身采用分离式的矩形结构（D1墩身为实心、D6墩身为空心），横桥向宽6.3m，顺桥向宽3.5m。

（二）桩基础四、设计特点

3、辅助墩设10根φ2.5m～φ2.85m钻孔灌注桩，承台采用矩形构造，横桥向宽为25.4m，顺桥向宽为15.5m，承台厚4.0m。墩身采用分离式的矩形结构（D2墩身为实心、D5墩身为空心），横桥向宽5.8m，顺桥向宽3.5m。（三）索塔防撞四、设计特点索塔整体抗撞力已满足抗撞要求，防撞措施目标为利用承台钢套箱（为了减少地震力，只在局部填灌混凝土）保护索塔桩基础、塔柱免遭船舶撞击损伤，减少工程费用，同时利用橡胶件，对撞击船舶进行适当保护。波流力也比浮式消能箱的防撞方案要小。过渡墩和辅助墩的防撞方案通过主体结构桩+防撞群桩＋套箱消能防撞方案、增加主体结构桩基+附着式消能防撞方案、独立防撞墩方案等方案的比较，最后选择了独立防撞墩的方案。（四）独立防撞墩四、设计特点（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四、设计特点索塔高204m（承台以上），花瓶形。塔顶顺桥向宽7m，横桥向宽6.5m；塔底顺桥向宽12m，横桥向宽9m。横梁高8m，宽10.5m。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四、设计特点

塔上斜拉索锚固构造常用的方式有三种：钢锚箱锚固（如诺曼第大桥、杭州湾大桥、苏通长江大桥）、钢锚梁锚固（如安娜西斯大桥、南浦大桥、招宝山大桥）和环向预应力锚固（如南京二桥、杨浦大桥、桃夭门大桥）。金塘大桥拉索为空间索面，常规的钢锚梁已不适用，虽然钢锚箱和环向预应力方案均可行，但钢锚箱方案对起重设备及安装精度都要求较高，在拉索平衡水平力工况下塔柱砼也会产生拉应力，对结构的耐久性不利；环向预应力方案同样耐久性较差,所以找到一种合适的拉索锚固方案非常必要。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四、设计特点金塘大桥提出了能够锚固空间索面斜拉索的钢锚梁和钢牛腿组合结构。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四、设计特点

钢锚梁由受拉锚梁和锚固构造组成。每对斜拉索面内的平衡水平分力由钢锚梁承受，部分不平衡水平分力通过梁端顶座传递到预埋钢板，由索塔承受；竖向分力通过牛腿传到塔身后，全部由索塔承受；空间索在面外的水平分力由钢锚梁自身平衡。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四、设计特点

为达到以上受力模式，构造上采取下列措施：1)与钢牛腿的接触面之间采用不锈钢和四氟板构成滑动摩擦副，用以消除钢锚梁与钢牛腿接触面之间的摩阻力对塔的影响，确保平衡水平分力全部由钢锚梁承受的受力模式。工地整体组装前，四氟板面涂硅脂，增加摩擦副的润滑性。2)设置临时固接螺栓，安装斜拉索时，钢锚梁的一端与牛腿固结，以避免施工中发生两侧挂索不同步时，造成钢锚梁位置的失控而冲击塔壁。斜拉索安装张拉结束后，释放固结装置。3)利用钢锚梁与钢牛腿的连接螺栓抗剪传递横桥向的不平衡水平分力。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四、设计特点

钢牛腿是钢锚梁的支撑结构，由座板、托架、塔壁预埋钢板、剪力钉和与劲性骨架相连的连接钢板组成。

（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四、设计特点钢锚梁和钢牛腿组合结构由钢锚梁、钢牛腿和预埋钢板等组成，安装时采用钢锚梁和钢牛腿临时固结，和预埋钢板一起整体吊装。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四、设计特点经足尺模型试验,钢牛腿、钢锚梁组合结构安全可靠。（五）索塔及塔上斜拉索锚固构造四、设计特点1）由于只有不平衡索力由塔壁承受，塔壁混凝土不会开裂，耐久性好；2）由于没有象钢锚箱一样在上塔柱分叉处有一强大的钢板底座，从而使得其传力简单明确，上塔柱分叉处的混凝土受力得到很大改善；3）其重量不到类似钢锚箱的