1 概况
南京长江大桥位于江苏省南京市下关和浦口之间,是继武汉长江大桥和重庆白沙砣长江大桥之后的第三座跨越长江的大桥,是全部由中国自行设计和施工的特大铁路、公路两用的双层连续钢桁梁桥,上层为公路桥,下层为双线铁路桥。该桥铁路桥长6772m,公路桥长4589m,宽15m,其中江面正桥10孔,长1576m。南京长江大桥是新中国桥梁建设的又一座里程碑(图1 、图2)。
图1 南京长江大桥地理位置
图2南京长江大桥全景
桥位距入海口约400公里,位于感潮河段,径流浩大,水文情况主要由江流因素控制,也受潮汐影响,年最大潮差平均值为1.42m。设计流量95500m3/s,设计流速2.5m/s。桥梁基础受力层为白垩纪火山岩系和老第三纪浦口层,极限强度最大为200~400MPa,最小为11~15MPa,冲击层厚度在正桥河床下为33~47m。南京地区年平均降雨量为1021.3mm ,年平均温度 15.7℃ ,最高温度43℃,最低温度-14℃, 最大平均风速为27.8m/s,夏季受台风影响。
大桥采用公铁两用连续钢桁梁桥;上层为四车道公路,宽度19.5m;下层为双线铁路,宽度14m;铁路活载为中—24级;设计风速:27.8m/s;船舶撞击力:船舶最大长度取164m,据此进行船撞力计算,作用点取计算通航水位以上1m处;桥址处于6级地震区,故按7度设防;通航净高为24m,通航净宽大于120m。
2 正桥结构
全桥长度,铁路部分6772m,公路部分4588m,其中正桥为10孔公路、铁路上下分层的钢桁梁,长1576m(图3)。正桥浦口岸第一孔为跨度128m的简支钢桁梁,其余9孔为三联3孔等跨160m的连续钢桁梁。有9个水中墩,其基础深在施工水位以下66~70m,共有四种类型:1号墩为重型混凝土沉井基础;2、3号墩为钢沉井加管柱基础;4、5、6、7号墩为浮式钢筋混凝土沉井基础;8、9号墩为钢板桩围堰管柱基础。铁路桥面铺设长钢轨无缝线路,冲击与噪音均较小,并有利于养护维修。预制行车道板为C25级、工地接缝为C30级的粉煤灰陶粒轻质混凝土。因南京地区天气比较温暖,基本上无冰冻现象,桥面铺装不设防水层,直接在桥面板上铺C30级混凝土,厚约5cm整平。此中布置有网眼8cm、Φ1.9mm的钢丝网,以防开裂。整平层上涂沥青漆,再铺设2cm厚的沥青砂磨耗层。
图3 桥型布置图
(1)正桥基础
由于本桥基岩强弱不一,且有挤压破碎带和很厚的风化层;水深、流急并受潮汐的影响,因而正桥桥墩采用了四种不同类型的基础。
1)8、9号墩采用钢板桩围堰管柱基础,它较之武汉桥水深更深,达20m左右;覆盖层更厚,达40m。最终取得了在砂层中管柱下沉超过47m的有益经验。
2) 1号墩采用重型混凝土沉井基础。墩位处覆盖层厚90m,全年水深变化在1~6m。沉井下沉入土深度为54.87m,先穿过16m厚的呈软塑状态的淤泥质砂粘土,继进入粉砂、细砂、粗砂层,沉井底脚最后置于砾砂层上。
3)2、3号墩采用浮式沉井加管柱的复合基础。这是本桥最深的两个基础,墩位处水下深度达73m,其中覆盖层厚度约40m。按当时条件,采用单一的管柱基础或沉井基础,都有困难。复合基础用浮式沉井代替了钢板桩围堰,在沉井先穿过一部分土层后再下管柱,因而减少了管柱穿过土层的厚度,也减短了管柱的自由长度;用管柱代替部分沉井并嵌入岩层,降低了沉井高度,也解决了沉井深沉、纠偏和与岩面密贴等难题。
4) 4、5、6、7号墩采用自浮式钢筋混凝土沉井基础。由于7号墩墩位基底有多条横向挤压破碎带,倾角达75度。粘土页岩强度差,不宜用管柱基础方案。它汲取了1号墩下沉深沉井的成熟经验,采用了2、3号墩浮式沉井的合理布置,并通过试验解决了这种类型基础独特的、嵌入基岩的有关问题。沉井基础下沉施工步骤见图4。
图4 沉井下沉施工步骤
(2)正桥钢梁
本桥为连续钢桁梁桥。主桁基本杆件、铁路横梁与起重横梁、加劲支点处的横向联结系等,大部分是用鞍山钢铁公司生产的16锰低合金桥梁钢(16Mnq),小部分为进口的Hл2低合金钢。公路焊接纵梁用16桥钢(16q),其他均用3号桥梁钢(A3q)。
主桁中心距14m,节间长度8m,跨中桁高16m,支点处桁高30m,公路纵梁用焊接,铁路纵横梁用高强度螺栓连接,其他均为铆钉连接。主桁采用双腹杆系统,其斜杆比腹杆系统的斜杆内力约少一半,节点的连接铆钉少,节点板的高度可控制在2500mm。主桁杆件系统采用双腹杆的平弦菱形桁,它与支点处的“加劲桁”组成类似于“梁”、“桁”共同受力的“组合梁”体系。这种布置的特点在于不变更桁梁的标准节间,既有曲线桁的特点,又使杆件达到较大程度的标准化,简化制造。主桁钢梁架设见图5,主桥全景见图6。
图5钢梁架设
图6钢梁近景
3 主要技术特点和创新点
1)国产16锰低合金桥梁钢是在本桥首先采用的,以后逐渐在铁路钢桥中广泛使用。
2)首次在特大桥梁的行车道板中采用粉煤灰陶粒轻质混凝土。
3)4至7号墩采用的自浮式钢筋混凝土沉井基础,在基础施工中首创的“半支承、半漂浮”工艺,打破了传统的先落底,再整平和清基的陈旧做法,成功的用普通潜水装置下潜70m深水,解决了基底质量检验与水下焊接、氧割等难题。
4)灵活运用各种施工手段建造深水桥墩,提高我国桥梁基础设计、施工水平跨出了重要的一步。
南京长江大桥荣获1985年国家科技进步特等奖。
4 有关资料
桥 名:南京长江大桥
桥 型:钢桁架连续梁
跨 径:每孔160米
桥 址:江苏省南京市
设计单位:中铁大桥勘测设计院有限公司
施工单位:中铁大桥局集团
混凝土用量:384000m3
钢材用量:67000t
造 价:28757.7万元。
建成日期:1969年5月1日