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连接山海 桥景呼应——乳山口大桥设计与创新

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乳山口大桥主桥为主跨666m双塔钢箱梁悬索桥,是华北地区最大跨径的悬索桥,也是山东第一座大跨公路悬索桥。主桥加劲梁为整体扁平流线型钢箱梁;塔柱外部采用独特的带切角的三角形截面,内部空腔采用圆形。圆形钢筒一方面作为施工内模,另一方面又是永久结构参与受力。锚碇为深埋式重力锚,施工方便,景观效果好。引桥采用40mBulb-T克服了后张法预应力混凝土梁孔道灌浆不密实等缺点。


乳山口大桥位于环海公路威海段中海阳所至乳山口段,终点位于琵琶岛附近市界位置,接G228丹东线海阳段。是环海公路的控制工程。其中,主桥采用(193+666+51.4)m双塔钢箱梁悬索桥,索塔为承台+群桩基础,桥梁全宽35.5m(含人行道、检修道、导流板)。


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图1 项目地理位置图


项目设计重点关注的问题


1.项目所在地区为典型海洋气候环境,在桥型方案选择、结构设计等方面,应重点关注耐久性设计以及桥梁运营养护问题。


2.桥位处属正规半日潮,平均潮位变化约2~3m。潮位变化区域的水中桥墩,附着的大量水生物对结构耐久性会造成危害,结构设计中应予以重视。


3.需注意对海洋公园的影响

本项目位于的大乳山风景区西门(北门)外侧(250m以上),穿越海洋公园重点保护区。设计方案和路线应尽量减少对海洋公园的影响。


路线穿越重点保护区的里程均约为0.348km,占用重点保护区面积为;约占重点保护区总面积的0.15%;穿越大乳山海洋公园中的适度利用区总长度1.678km,占用适度利用区面积为4.53km2,占用适度利用区面积约占适度利用区总面积的0.20%,不穿越也不占用生态与资源恢复区。


4.注意对重点保护目标——岩礁岸线的影响

东塔位于浅水中,塔柱与岩礁的最短距离为120m。设计施工通道应采用栈桥绕行,避开直接登陆对岩礁的破坏;边跨钢箱梁施工需采用缆载吊机或轨索吊等不影响陆地岩礁的方案;不能采用炸岩作业,并远离近岸岩礁区作业。


5.从岸边的岩礁就可以看出,本项目地质条件好,基岩埋藏浅,可以考虑扩大基础或者嵌岩桩。


6.需注意与大乳山风景区的协调关系

从大乳山风景区望向乳山口大桥,可领略大桥的壮美;大桥上设有人行道,从桥上穿行的行人也应能很好地领略风景区的美;海中行驶的船只和附近道路上行驶的路人,也能拥有桥与环境和谐之美的视角。


桥位选择和桥跨布置


桥位处通航净宽565米,航道偏西岸(烟台侧),东侧岸边有礁石保护区。桥型方案主跨需覆盖通航净空,边跨尽量不要侵占礁石保护区。为了施工方便,西侧索塔设置在岸上;根据通航净宽的要求,再留一定富余,并避开礁石保护区,将东侧索塔设在4m左右的浅水区。由于路线终点需要顺接海阳段,为了满足路线的平面指标,路线在海阳侧往北稍有偏转。在目前路线推荐方案下,东侧索塔设在浅水区,西塔设置在岸边较有利于施工的平整地块。主跨跨径约666m。


能适应主跨666m左右的桥型方案有悬索桥、斜拉桥。但由于烟台侧路线位于曲线上,斜拉桥不便布置边跨,因此选择悬索桥。


主桥主跨666m,烟台侧侧索塔位于码头岸上,威海侧侧索塔位于浅水区。根据地质条件,锚碇均采用深埋重力式锚碇。烟台侧侧边跨由于路线急弯,加上位于岸上,故成桥时不设置吊索,采用51.4m的一段钢箱梁后接40m引桥。威海侧边跨,考虑到位于水中减少水中作业且可横跨礁石保护区,设置吊索;水上船运条件较好,采用经济成熟的钢箱梁。


主桥结构方案与创新


主桥采用193m+666m+51.4m三跨吊全漂浮体系悬索桥。主缆间距29.5m;吊索在钢箱梁上的横向锚固距离是29.5m;顺桥向标准吊索距离是12.8m。


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图2 主桥桥型布置(单位:m)


结构体系


加劲梁在两个桥塔处设置横向抗风支座、纵向限位阻尼装置;过渡墩处设置抗震竖向拉压支座和横向抗风支座。


为凸显索塔高度采用无下横梁的设计,钢箱梁过塔处不设竖向支撑。威海侧过渡墩旁设置足够无索区,烟台侧多出51.4m压重跨,通过这样的布置,实现悬索桥桥梁支座不出现拉力,消除拉压支座容易损坏的顽疾。