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俄罗斯主跨1104m的海参崴斜拉桥

2012-03-29　来源：中国桥梁网

中国桥梁网 （作者 王伯惠）俄罗斯为了准备2012年在海参威举办亚太经合高峰会议，特修建从海参威的纳热莫夫（Nazimov）半岛跨越东博斯普鲁斯海峡到会议地点罗斯基（Rossky）岛的斜拉桥。那里原来只有一个渡口联通，该桥的修建是开发那片原始领土交通基础设施的重要一环，并对远东地区提供空间和经济发展的前景。

　　该桥于2008年三季度开工，预计2012年二季度完成，虽然它的主要参数举世无双，但将在破纪录的43个月内建成。主桥采用斜拉桥，中跨1104m，建成后将为世界第一大跨斜拉桥（主跨大于我国1088m的苏通桥16m）。

　　2011年春，中国几个单位曾组团去参观，因同时要参观东欧四国，故未去海参威现场，而是在莫斯科聆听了工地来人的介绍。深圳瑞林技术公司陈懋芳总工参加了该团，并带回了一些俄（英）文资料，兹根据这些英文资料翻译梳理成本文，供国内有关人员参考。

　　1、设计概述

　　1-1 桥位自然条件及技术标准

　　海峡最窄宽度：1460m

　　通航水深：50m

　　极端气候条件：气温：-31℃～+37℃

　　暴风速度：36m/s

　　暴风雨浪高：6m

　　冬季冰厚：70cm

　　地震烈度：8.1度

　　道路宽度：21m

　　车道数：2*2=4

　　通航净高：70m

　　通航船舶：排水60000吨海轮。

　　1-2 桥跨布置

　　采用单跨跨越水深50m的海峡，陆侧先填海堤150m左右，作为半岛的延伸，在其前端设置索塔（图2），岛侧在离岸240m左右先在钢围堰内做基础（图3），待桩基与护壁完工后，再填海堤与岛岸相连（图4）。这样将宽1460m的水面压缩到1104m，且可保护墩台不受冲刷和冰、船的撞击。

　　主跨采用钢箱梁，两岸填海后边跨就可在陆上建筑。边跨采用预应力混凝土梁5跨连续，每侧长384m，（中边跨比0.348），形成设计总长1872m（实体总长1885.53m）对称于中线的主桥：60+72+3*84+1104+3*84+72+60=1872m(1885.53m)。

　　主桥共11孔12墩，从陆侧起编号，斜拉桥边孔边墩M1，边孔辅助墩M2～M5，索塔M6，跨海至岛侧索塔M7，边孔辅助墩M8～M11，边墩M12。




　　主桥两端还有高架引桥，共长917.71m，包括引道在内工程总长3100m。

　　1-3 主体结构

　　·索塔

　　索塔为A型，高320.9m，为目前世界最高者。下面有120根直径2m的钻孔桩，在陆侧入土深77m，岛侧40m，那里岩层较浅。

　　索塔由底到顶倾斜，具有变截面，（底部13*7.9m，顶端7*7m），而壁厚则由2m减至0.7m，几何性质视所面对的荷载（主要为风载）而定。索塔截面在高度66.26m和191.48m处变化，在那里两塔柱之间设置了连系梁（图5）。由于最大荷载作用于塔底，设计加强了这里的钢筋。设计设置了927根直径32mm（围绕整个索塔6排）的垂直钢筋和23排横向钢筋，由于巨大的荷载和硕大的结构尺寸，采用了B60级混凝土。

　　基础承台面积3200㎡，高13m，用了2800吨钢筋。这个庞大基础的设计过程考虑了300多种荷载组合，包括承台、桥面、各种桥上设施的恒载和行驶在桥上的汽车的重量。由索塔传到承台上总的垂直荷载约220000吨，计算考虑了各种荷载组合，如地震和风载，和排水60000吨的船撞力。


　　（并示索塔腿爬模施工）

　　·边跨墩

　　主桥两端的边墩M1和M12是设计最复杂的项目。M1在陆侧，M12在岛上，高35m，倒U形（门形）。硕大桥梁的边墩，它们作为过渡墩承受斜拉桥主梁传来的横向荷载。（图6）

　　边墩两腿设有营运过程监控桥体结构仪器设备的联通设施和房间。

　　边跨中间的辅助墩为双柱式墩，下为桩基，参见图2、4。


　　·主梁

　　主梁具有空气动力截面以抵抗暴风荷载。其外形先经空气动力分析确定，再根据比例模型试验结果予以优化。整个截面是一个整体钢箱梁，具有加肋的底板和正交异性的顶板和横梁及隔板体系。（图7）

　　中跨钢梁长1244m，103个节段总重23000吨，所有结构由于拉索锚碇装配的不同而不是标准化的，设计很复杂，一个节段28*12m，重185～370吨。

　　边跨用预应力混凝土连续梁，与通常预应力之外，钢绞线穿过塑料管，浇注混凝土之后，施以300～350t拉力变成预应力，桥面板用Dywidag高强钢筋。（图8）

　　中跨钢梁和边跨混凝土梁在陆岸M5～M6墩及岛岸M7～M8墩之间连接，每侧钢箱梁进入边跨70m。



　　·拉索

　　拉索承担桥面所有的静载和动载，拉索采用了最大可能的保护，不仅抗御自然灾害，同时防御不良效应。

　　斜拉索实施了所谓“压密”PSS系统。这个先进系统不同于放置在套管里的密布钢绞线，它大大降低了拉索风压。

　　压密设计采用较小直径的套管能降低风载25～30%，索塔材料、加劲主梁、基础的材料的费用降低35～40%。

　　PSS拉索包含多根直径15.7mm的7φ7镀锌钢丝平行钢绞线，拉索由13～70根钢绞线组成，共168根。最短者135.771m，最长579.83m,为当前世界最长者。保护套管由高密度聚乙稀制成，有下述特性：

　　·抗紫外线辐射；

　　·海参威地区的气候环境抗力（温度-40℃～+60℃）；

　　拉索套管外的螺旋形柱环保证了拉索在风、雨联合作用下的稳定性。

　　拉索附件的设计可降低钢绞线沿锚碇弯曲时的应力。

　　风流（停滞的旋风，风共振等）和参数共振效应能使拉索摆动。液压阻尼器可延长拉索使用寿命和确保其可靠度。


　　·高架引桥

　　引桥总长917.71m，墩高9～30m，桥面高12.5～37m。单排式双柱墩下为钻孔桩，上用墩帽相连。钻孔桩长5～20m，由坚实的承压土层深度而定。桥面采用三梁式钢U梁上浇混凝土，最后形成钢～混凝土组合结构的连续桥面。现浇混凝土桥面与钢梁通过Nelson大头钉式扣件联结。（图10）

　　2、施工概述

　　2-1 场内运输和电力

　　新建了1450m新线铁路和更新了4500m现有铁路以确保建桥物资的及时运输。修建了5个岔道和3条侧线供卸货之用。惰性物资的进场和水泥卸货安排在半岛一侧。

　　2-2 施工设施和加工车间

　　在纳热莫夫半岛和罗斯基岛上皆设有生产设施，有4套现代化的混凝土工厂（Tecwill Oy and Compactors公司），钢筋和电焊厂，建筑技术试验室，管道配备和木工车间，以及办公室、宿舍、小卖部等。在半岛侧还有一设备维修厂。

　　生产设施皆采用最先进的装备，钢筋和焊接车间备有HS6001.202等离子切割机，Stema Pedax钢筋切断和弯曲车，KRB Shearline钢板剪切线，1V-2424 4辊薄板弯曲车，和一台自动焊接机用于直径2m的钻孔桩护筒。这些生产设置使能缩短建设工期和优化建设费用。

　　2-3 先进的施工机具

　　建造本桥总计从国内、外制造商引进了320套现代化施工设备。

　　先进的钻孔设备有20多套，包括一套Bauer BG40，为远东此类钻井机功率最大者，用于钻孔桩。一条具有特殊装备的600吨趸船用于罗斯基岛侧的M-7索塔的桩基。

　　混凝土由Hino and Isuzu(日野和铃木)制的4.6和8m3车载搅拌机运至工地，混凝土泵由Putzmeister, Schwing and Daewoo厂制造，有固定式和车载式两种。

　　起吊和操作使用了多台坦克吊和塔吊，一台起重能力280吨，吊臂长53m,由Hitachi Sumitomo（日立住友）厂生产的坦克吊用来吊起长度超30多米的钢筋笼垂直地进入基桩护筒。

　　土方作业用了多台装载能力16到35吨的翻斗车，挖土和装运用Hitachi and Kato（日立和鬼头）挖掘机和履带式推土机。

　　2-4 主体工程施工大要

　　·索塔

　　索塔桩基为200根直径2m、深77m的钻孔桩。在我国桥梁施工中第一次使用反循环钻机来施工。


　　混凝土由所有4座海参威USK MOST OJSC分厂同时供应，莫斯科运输建筑中心研究院的专家们开发了一种特殊配比的自密实混凝土及其为桩基承台的施工程序，这个承台将承受索塔传来的主要荷载。抗硫酸盐水泥制的B35混凝土，它具有F300级抗冻融性和W12级抗水性，用来建造承台。这种混凝土保护基础不受环境侵蚀影响，确保钢筋不受腐蚀。这种高工作性能的混凝土使用了特殊的外加剂和粉尘填料，以10～15cm的层厚连续循环浇注数日。用可防止混凝土离析的特制管道供应承台混凝土。每个索塔承台混凝土总量超过20000 m3。

　　浇注塔身混凝土时，索塔为变截面，标准模板不能使用，每塔设置了一个特制的4.5m高的自爬式模板，由吊机进行最初三次浇注之后，爬模即在标准件组成的液压机驱动下移动。截面在高度66.26m和191.48m的横系梁处变化。爬模可提高质量，并缩短现浇混凝土一半的施工周期。

　　拉索附件位置在高程197.5m处开始，成对拉索的锚碇和塔体混凝土施工同时进行，这大大减小了施工周期。


　　·边墩

　　在罗斯基岛上的边墩和索塔施工时设有设计荷载能力达2吨的Geda客货两用升降机，上升速度65m/min，达到320m索塔顶端只需3.5分钟。

　　施工边墩承台和索塔时，使用了USK MOST OJSC 海参威分厂生产的自密实混凝土，使用了特殊外加剂使在浇注过程不引起多余的空气因而无需振捣。

　　·主梁

　　高精度金属加工制作保证了主梁断面的精确性，安装时容许误差不超过3mm。

　　正交异性顶板和加肋底板（ribbed）的纵、横向皆在工地焊接，垂直板件，纵梁、横梁和隔板则在工地用高强螺栓连接。

　　在纳热莫夫半岛侧的52节段钢箱梁由该侧的USK MOST工厂具有特殊装备的组装车间进行预组装，罗斯基岛侧的51节段则在纳科达城的修船厂预组装，预组装的节段用船运到工地，吊起安装。（图13）


　　·拉索

　　当安装混凝土主梁时随即安装拉索锚碇，一个锚碇直径377mm，长3.2m，重1吨。（图14）



　　·引桥

　　引桥桥面架设在桥两端同时进行，先在永久性墩和辅助墩上架设钢箱梁，在其上行走铺设钢筋混凝土桥面的机械。

　　在中间的临时墩上先组装21m长，总重200吨的桥面块件，然后进行现场焊接，桥面即形成整个截面进行工作。（图10）

　　3、质量检查和监测

　　3-1 施工质量检查

　　所有这座斜拉桥的建筑材料皆要经过USK MOST OJSC海参威分站的极严格的质量检查。每批混凝土的强度、密实度、抗水性、冻融耐受性等皆须日检，采用特殊设备测试其抗拉强度。

　　先进仪器和技术的使用使建筑业主海参威FGU DSD（海参威道路建设管理联邦局）能快速控制施工工作和确保预算资金的有效使用。

　　3-2 质量监测系统

　　桥梁交通管理和监测中心，于2009年8月在海参威的纳热莫夫半岛开始工作，装备有桥梁结构状况监测，交通管理和紧急事件（从恐怖袭击到地震）报警等系统。

　　施工早期就设置了结构状况监测系统，如在承台的各层安设可以收集混凝土应力状况的荷载传感器。监测系统使能评估在施工初期以及营运后期结构的技术状况。

　　监控系统在斜拉桥施工时开始布置，许多传感器和仪器在桥体结构架立时安装，现代化装备用来监测和诊断建成后的桥梁。

　　HIL TI PS 200 Feroscan 系统用来确认现场浇注结构钢筋的直径和深度。

　　Pulserultra Sonic device (超声脉冲仪)可以直接在施工现场探测结构部件的缺憾，对其耐久性和连续性提供精确的数据。

　　Testo 880移动式热映象仪能转换红外辐射成电子信号，使能估测冬天混凝土保温套内的温度。

　　GLONASS卫星系统用来控制和校核在海峡内填垫的进程。

　　一等水准可检测出结构构件的最终变形。

　　一台视距测量仪和水深计同时操作可以验证填坝土量和绘出三维模型。

　　气象站使专家们能对正在施工和架设的结构构件当场的气候条件作出最精确的评估。

　　4、已完工部份桥面正视图

　　图15，由图可见索塔、桥面、拉索的一些构造细节。


　　后记：原文似为施工单位提供，于设计方面叙述欠详，本文“设计概述”一节系由原文结合图纸整理出来的。从结构上看，与一般大跨斜拉桥基本相同，无重大的创新，但桥宽只21m,施工单悬臂时主梁宽长比达22：552=1：26.3，对风稳性和风致面外弯矩是一个很大的挑战。采用新技术压密钢绞线拉索降低大量拉索风力，和自密实混凝土节省捣震时间从而缩短施工时间，以及使用大量现代化施工机具设备和检测仪器等是值得学习的。 （译述者 辽宁交通科学研究院 王伯惠）

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