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虎門大橋
2015-04-14 
 
   1概況

   虎門大橋位于廣州東南約42km的珠江出??诟浇菑V深珠高速公路網(wǎng)的重要組成部分,為連接深圳、珠海兩個經(jīng)濟(jì)特區(qū),溝通港澳及珠江三角洲地區(qū)的重要交通樞紐。虎門大橋坐落于百年前的鴉片戰(zhàn)爭古戰(zhàn)場遺址,其建成具有經(jīng)濟(jì)、政治的深遠(yuǎn)意義。

   虎門大橋工程包括主航道橋、輔航道橋及東、中、西引橋,全長3636m。其中主航道橋?yàn)榭鐝?88m鋼箱梁懸索橋(圖1),輔航道橋主橋?yàn)榭鐝?70m的預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋。

   圖1 廣東虎門大橋全景

   大橋東起東莞虎門鎮(zhèn)的威遠(yuǎn)山,西至番禺南沙鎮(zhèn)的南北臺,橋位處河道順直。江面寬約3.3km,上橫檔島、下橫檔島將江面分成兩個自然水道,東側(cè)“虎門水道”為主航道,西側(cè)“蒲州水道”為輔航道。主航道水深約30m,輔航道水深一般為6~10m,深槽15m。主航道江底除巖石暗礁外,沉積有砂巖、卵石,主航道橋東塔以東基巖為粉砂巖和石英砂巖,以西為中細(xì)粒黑云母花崗巖。橋位區(qū)域?qū)贌釒ШQ笮詺夂?,年平均氣溫?2.2℃,年平均降雨量為1669mm,夏季受臺風(fēng)影響。

   該橋?yàn)殡p向6車道高速公路特大橋,設(shè)計(jì)行車速度120km/h。橋位處20m高百年一遇10分鐘平均最大風(fēng)速值50.2m/s,橋面設(shè)計(jì)風(fēng)速61m/s。地震烈度6度按七度設(shè)防。主航道橋橋下凈高300m×60m, 通航50000t級海輪;輔航道通航凈空160m×40m,船舶撞擊荷載:順?biāo)鞣较?0000KN,橫水流方向15000KN。

   2 主航道橋

   為保證虎門黃金水道的良好通航條件,在施工及運(yùn)營期間不影響通航, 采取了一跨過江的懸索橋方案,索塔及錨碇位于岸上或淺水區(qū),避免了深水大基礎(chǔ)、減小了基礎(chǔ)施工難度,縮短了工期、降低了工程造價。

   1)主橋結(jié)構(gòu)

   主航道橋?yàn)橹鲝?88m的單跨雙鉸加勁鋼箱梁懸索橋,跨徑布置為302m+888m+302m,兩邊孔為不對稱的直背索(圖2)。

   圖2 橋型布置圖

   (1) 索塔

   東西索塔基礎(chǔ)因地質(zhì)情況不同,設(shè)計(jì)成兩種不同的型式。東索塔基礎(chǔ)位于巖性較差的斷層影響帶附近,采用分離式群樁基礎(chǔ),每塔柱下為16根直徑2.0m的鉆孔灌注樁,樁長33m;西索塔基礎(chǔ)位于微弱風(fēng)化花崗巖上,上游為平面尺寸12m×16m的擴(kuò)大基礎(chǔ),下游為12根直徑2.0m的鉆孔灌注樁

   塔身為門式框架結(jié)構(gòu),由兩塔柱和三道橫系梁組成,塔高(自承臺頂面起)147.55m(自橋面起算為89.66m)。塔柱為鋼筋混凝土空心薄壁結(jié)構(gòu),塔柱頂平面尺寸5.6m×5.6m,底平面尺寸為5.6m×8.5m。塔柱壁厚以上、中、下橫梁為界分別為0.6、0.75、0.85m,并于橫梁處局部加厚。橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土空心薄壁結(jié)構(gòu),預(yù)應(yīng)力束布置在腹板內(nèi)錨于塔壁柱外側(cè)(圖3、4)。

   (2) 錨碇

   東、西錨碇均為重力式。

   東錨碇外巖體為破碎的為泥質(zhì)粉砂巖,采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ),開挖深度最大達(dá)52.8m,采取了砂漿錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索并結(jié)合掛網(wǎng)噴漿方法進(jìn)行支護(hù)。
   圖3 索塔

   圖4 索塔塔柱施工

   西錨碇位于與上橫檔島連成一體的人工砂島上,弱風(fēng)化花崗巖,巖面起伏不平,采用地下連續(xù)墻方法施工的圓形擴(kuò)大基礎(chǔ)。地下連續(xù)墻為圓形結(jié)構(gòu)直徑61m,墻厚80cm,平均深度14m,嵌入弱風(fēng)化巖不少于1.0m,連續(xù)墻內(nèi)部為C20混凝土填芯。錨體后部懸出地下連續(xù)墻部分,在其墻外側(cè)的上、下游各設(shè)置一角狀支承承臺,其下設(shè)三根直徑1.2m的鉆孔灌注樁,形成組合基礎(chǔ)形式。連續(xù)墻內(nèi)混凝土分層灌注,(層厚1.2m~1.5m), 每層分八塊,層、塊接縫錯開(圖5)。

   圖5 西錨碇地連墻施工

   表1  錨碇總體設(shè)計(jì)參數(shù)

 
   東錨碇共澆筑混凝土4.4萬方,設(shè)計(jì)控制主纜拉力為2×172 600kN;西錨碇共澆筑混凝土7.5萬方,設(shè)計(jì)控制主纜拉力為2×174 400kN。錨固系統(tǒng)采用型鋼支架錨固系統(tǒng),主纜拉力由錨碇鋼框架傳遞到混凝土錨體,錨碇鋼框架由錨桿、錨梁及錨桿支架組成。

   圖6 錨碇鋼框架施工
 
   (3)主纜和吊索

   主纜采用預(yù)制平行索股制作、架設(shè),每根主纜由110束索股組成,每束有127根直徑5.2mm的平行鍍鋅高強(qiáng)鋼絲,索股平均長度為1643m,預(yù)制索股兩端采用鋅、銅合金灌注的熱鑄錨。

   圖7 索股架設(shè)

   圖8 緊纜
 
   主纜主跨垂度84.571m,垂跨比為1/10.5,主纜直徑687.2mm,孔隙率20%。索股平均長度為1634m,全橋共用鍍鋅高強(qiáng)鋼絲7638t,80%的索股在現(xiàn)場制作,然后直接牽引上橋架設(shè)。主纜在用緊纜機(jī)擠壓成形并有高碳扁鋼雙箍扎緊主纜,完成索夾安裝、懸掛吊索、架設(shè)主梁及橋面鋪裝后進(jìn)行主纜纏絲。主纜纏繞鋼絲為鍍鋅軟質(zhì)低碳鋼絲。主纜索股以前錨方式直接與型鋼拉桿錨固,用鋼墊板微調(diào)長度。

   吊索為平行豎直布置,吊點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)間距為12.0m。每個吊點(diǎn)由四根直徑52mm的優(yōu)質(zhì)金屬芯鍍鋅圓股鋼絲繩組成,吊索兩端為鋅、銅合金熱鑄錨。吊索與主纜的連接采用騎跨式,吊索通過主纜上的索夾槽口騎越主纜,通過鋼加勁梁風(fēng)嘴錨于箱內(nèi)。

   圖9 主纜緊纜完成

   圖10 索夾、吊索安裝完成

   (4)主索鞍、散索鞍、索夾

   主索鞍、散索鞍采用鑄焊組合結(jié)構(gòu),由主(散)索鞍本體、上、下支承板、安裝板(底座)、隔板、拉桿等部件組成。索鞍本體由鞍槽(鋼鑄件)及鞍座(焊接件)組成,減輕吊裝重量,順橋向分成兩個半塊,安裝就位后用螺栓連接成整體。

   索夾為馬鞍形鑄鋼件,每個索夾由左右兩個半塊組成,安裝時以高強(qiáng)螺栓將其聯(lián)成整體,緊固于主纜之上。全橋索夾分為緊靠索鞍的封閉索夾、邊跨主纜索夾及中跨索夾分成(4類)6種類型,以適應(yīng)主纜與吊索之間不同的夾角。

   (5)加勁鋼箱梁、支座

   加勁梁采用扁平閉口流線型鋼箱梁截面(圖11),箱梁全寬(包括風(fēng)嘴)為35.6m,橋中心處梁高3.012m,橋面設(shè)2%雙向橫坡。橋面板厚12mm,底板與斜腹板的厚度為10mm。鋼箱梁每4m設(shè)一道橫隔板。鋼箱梁共39個節(jié)段,標(biāo)準(zhǔn)段重約300t,工廠分段制造,工地吊裝焊接。鋼箱梁采用卷揚(yáng)機(jī)、液壓千斤頂提升式跨纜吊機(jī)吊裝(圖12),節(jié)段之間采用全斷面焊接連接。

   梁端設(shè)置滾動式豎向支座及橫向抗風(fēng)支座,以分別承受梁端豎向反力和水平反力。伸縮縫順橋向的縱向伸縮量達(dá)1500mm。

   圖11 加勁鋼箱梁

   圖12 鋼箱梁吊裝
 
   2) 主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

   虎門大橋是中國橋梁發(fā)展的標(biāo)志性工程之一,設(shè)計(jì)布局、結(jié)構(gòu)造型、計(jì)算程序開發(fā)等為我國修建大跨徑橋梁積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。同時,屹立在威遠(yuǎn)炮臺旁的虎門大橋在香港回歸前夜建成通車,為中華民族獻(xiàn)上了一份厚禮,具有重要的歷史和社會意義。該工程的主要新技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)為:

  ?、糯髽蚬こ趟幍慕ㄔO(shè)環(huán)境和條件極為復(fù)雜,設(shè)計(jì)者選定了技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、與景觀協(xié)調(diào)、對文物影響最小,又能反映我國改革開放新面貌的設(shè)計(jì)布局和結(jié)構(gòu)造型;

  ?、仆ㄟ^大尺度的氣彈性模型風(fēng)洞試驗(yàn),對施工與成橋后的抗風(fēng)性能進(jìn)行了分析,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)參數(shù),提出了箱梁拼裝過程中安全渡臺風(fēng)的技術(shù)措施,保證了大橋的抗風(fēng)穩(wěn)定性;

   ⑶在國內(nèi)率先設(shè)計(jì)采用氣動性能優(yōu)越的扁平流線型鋼箱梁及箱梁節(jié)段間全焊連接的結(jié)構(gòu)形式,并解決了在箱梁吊裝情況下焊縫間隙調(diào)整工藝和焊接技術(shù);

  ?、仁状卧趪鴥?nèi)成功地設(shè)計(jì)、制作、架設(shè)了每股127絲的大型預(yù)制索股及大型鑄焊組合型主、散索鞍;

  ?、墒状卧谖覈鴺蛄夯A(chǔ)中采用地下連續(xù)墻施工技術(shù),解決了錨碇基礎(chǔ)巖面嚴(yán)重不平的技術(shù)難題;

  ?、书_發(fā)了一套結(jié)構(gòu)分析程序,通過試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐,建立了系統(tǒng)而完整的懸索橋上部構(gòu)造施工監(jiān)測與控制技術(shù);

  ?、搜兄瞥龈咚降膽宜鳂?,大型鋼箱梁吊裝的液壓千斤頂提升式跨纜吊機(jī)和緊纜機(jī)等施工專用設(shè)備。

   虎門大橋曾先后榮獲全國第九屆優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)金獎、國家科技進(jìn)步二等獎,交通部優(yōu)秀設(shè)計(jì)一等獎、交通部公路工程優(yōu)質(zhì)工程一等獎、交通部科技進(jìn)步特等獎、第二屆詹天佑土木工程大獎。

   3) 相關(guān)資料

   建設(shè)單位:廣深珠高速公路虎門大橋有限公司

   設(shè)計(jì)單位:中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司(原交通部公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院)

   施工單位:廣東省長大公路工程有限公司

   混凝土用量:848 272.5m3

   鋼材用量:111 087.9t

   造  價:29.4億元

   建成日期:1997年6月9日

   
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