1 概况
鄂黄长江大桥地处长江中游,位于湖北省武汉和黄石之间,全长2670m,主桥主跨采用480m预应力混凝土斜拉桥(图1)。
桥位处河段顺直,河床断面稳定,两岸大堤间距1270m。北塔处覆盖层23~30m,水深10m~20m;南塔处覆盖层达到12m,水深26~34m。流速2.5m/s,设计流量83000m3/s。桥址处属亚热带气候,年平均气温16.90C,年平均降雨量1305mm。离地面10m高、1/100频率10分钟平均最大风速24m/s。
图1 鄂黄长江公路大桥全景
大桥采用设计速度80Km/h;桥面宽度24.5m;通航净高24m,净宽433m;地震烈度:6度,按7度设防;船撞力:顺水流方向27000kN,横水流方向13500kN。
2 主桥结构
主桥采用55m+200m+480m+200m+55m=990m五跨连续双塔双索面预应力混凝土斜拉桥(图2)。
图2 桥型布置
(1)主塔基础
图3 索塔基础
主塔基础采用19根直径3.0m的大直径嵌岩桩,选用平行式布排群桩(图3)。北侧塔墩持力层是强度较高的中粒式玄武岩,基桩嵌入微风化岩10m,桩长35m。南侧塔墩基桩穿过20m厚细砂岩弱风化层,嵌入极限强度较高的含砾细砂岩或堆积角砾岩中3m,桩长44m。北塔覆盖层较厚,选用钢管桩工作平台加无底钢套箱方案施工;南塔覆盖层较薄,且施工水深有25m以上,选用钢管桩工作平台加有底钢吊箱方案施工(图4)。承台直径30m、厚6m。
(2)索塔
索塔选用H型和倒Y型塔之间的“瓶颈”型(图5、图6)。塔高172.3m,桥面以上123.5m,高跨比0.257。塔采用箱形截面,横桥向上塔柱宽4.8m,顺桥向上、中塔柱宽7.0m,下塔柱由7.0m渐变至12.0m索塔共设三道横梁,中、下横梁高6.0m,上横梁高4.0m。上塔柱是斜拉索锚固区,采用大吨位小半径环向预应力钢束,横桥向布置,与常规的顺桥向布束相比,节省钢束用量25%,方便了施工。辅以塑料波纹管及真空辅助压浆技术,改善了斜拉索锚固区受力性能,确保了索塔的耐久性,并通过1:1足尺模型试验,验证了索塔设计的先进性和安全性。预应力束采用凹槽式锚固,用封锚混凝土补平。
(3)主梁
主梁采用预应力混凝土双肋板式截面,标准梁段梁高2.4m,在主4、主7号墩两侧一定范围内因悬臂浇筑的需要,采用变高度带开口底板的双肋板式截面,55m边跨主梁高度由4.9m按二次抛物线变化到2.6 m(与副主桥梁高一致),200m次边跨靠近主4、主7号墩一侧一定范围内主梁高度由4.9m按二次抛物线变化到2.4m。主梁梁顶宽27.7m,桥面板厚32cm(图7)。横梁标准间距8m,与斜拉索索距相对应。横梁宽35cm,底宽30cm,横梁底不与主梁底平齐,标准梁段横梁底比主梁底高20cm;变高度梁段横梁高度随主梁高度变化而变化,横梁底与开口底板顶平齐。
图7 主梁横截面
图8 主梁前支点挂篮施工
(4)斜拉索
斜拉索采用φ7低松驰镀锌平行钢丝束外包热挤PE防护套,两端采用冷铸镦头锚锚固。梁端为固定端,塔上为张拉端。每个塔每索面布设29对斜拉索(不含0号索),共有PES7—109∽PES7—283六种规格,斜拉索在梁上索距8m,在塔上的索距为1.5m∽5.565m,顾及施工立模、索的张拉等因素,将锚固点布在塔内壁中心处。
(5)主梁施工
主塔处0号节段采用支架现浇且与塔临时固结,其余各节段采用前支点挂兰悬臂浇筑(图8),标准节段长8m,重383T,塔两侧最大双悬臂长158.5m(图9)。在次边墩上悬浇的梁段采用后支点挂兰悬浇施工,标准节段长4m,最大节段重340T,双悬臂最大长38.5m。主桥的合拢顺序,由边向中逐跨合拢的方式,即先合拢55m边跨,其次合拢200m次边跨,最后合拢480m中跨。
图9 主梁悬浇施工
3 主桥技术特点和创新点
(1) 主桥采用55+200+480+200+55m=990m、五跨连续双塔双索面预应力混凝土斜拉桥,在预应力混凝土斜拉桥中主跨跨径居亚洲第二、世界第三。该桥的建成使我国大跨径预应力混凝土斜拉桥设计施工水平跃居世界先进水平行列。
(2)在国内率先采用带开口底板的双肋板式主梁截面,避免了以往多跨预应力混凝土斜拉桥边跨采用箱梁时的力线过渡不顺的难题,改善了主梁受力,方便了施工。
(3)主梁上部构造采用悬浇施工、节段长8m,混凝土梁最大悬臂长度达236m。采用多元目标控制,引入斜拉索无应力索长及神经网络控制理论,对大跨径混凝土斜拉桥施工实时控制,实现了线型平顺,跨中合龙段高差2mm、轴线偏差1mm,内力与设计吻合,避免多次调索、缩短施工周期的目标。
(4)采用前支点、全液压工具式挂篮,内模支架首次采用桁架拱式支架工艺,安全简便。
(5)索塔采用上塔柱平行分离的钢筋混凝土倒Y型塔,雄伟壮观,在主塔斜拉索锚固区采用大吨位小半径环向预应力钢束,采用横桥向布置,与常规的顺桥向布束相比,节省钢束用量25%,方便了施工。辅以塑料波纹管及真空辅助压浆技术,改善了斜拉索锚固区受力性能,确保了索塔的耐久性,并通过模型试验,验证了索塔设计的先进性和安全性。
(6)在长江水深34m、流速2.5m/s的条件下,主塔深水基础设计首次采用直径33.5m、高28.5m的有底双壁钢吊箱,采用散拼和钻孔桩同步施工的设计方案,开创了钢吊箱下沉与钻孔桩同步施工的先河,缩短了施工工期,为主墩摆脱洪水威胁、一个枯水期内确保下构出水渡汛连续施工起到了决定性的作用。
(7) 采用先进的大体积混凝土温度场及仿真应力场分析程序进行温控设计,采取设置冷却管降温、防裂钢筋网等综合技术,有效防止了塔座及承台等5000m3大体积混凝土开裂的质量通病。
鄂黄长江大桥获全国优秀工程设计银质奖;国家优质工程银质奖。
4 相关资料
桥名:鄂黄长江大桥
桥型:五跨连续双塔双索面预应力混凝土斜拉桥
跨径:480m
地址:湖北省黄冈市
设计单位:中交第二公路勘察设计研究院有限公司
施工单位:中交第二航务工程局有限公司
四川公路桥梁建设集团有限公司
上海浦江缆索有限公司
江苏法尔胜新日制铁缆索有限公司
混凝土用量:131726m3
钢材用量:21284 t
造 价:6.5786亿元
建成日期:2002年9月