1． 概況
圖1 澳門西灣大橋全景
圖2 大橋夜景
為了緩解澳門南北向交通壓力并建立海上全天候交通通道，澳門特區(qū)政府決定修建澳門第三座跨海大橋--澳門西灣大橋（圖1、圖2）。大橋設(shè)計(jì)為一座公路、輕軌兩用雙層交通特大型橋梁，上層通行六線汽車、下層通行兩線輕軌和兩線汽車，在臺(tái)風(fēng)期間下層汽車道仍能正常運(yùn)行。主橋全長(zhǎng)1825m，其中正橋設(shè)計(jì)橋跨為一座（110m+180m+110m）雙層預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，是世界首座雙層行車的預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。
橋址海域平均水深3～8m屬半日潮型，平均潮差1.13m，最大潮差2.84m；平均流速0.6m/s，浪高1.5m。地層由第四系沖淤積覆蓋層及燕山期侵入的花崗巖體構(gòu)成，覆蓋層厚20～60m。屬熱帶季風(fēng)氣候，夏熱多雨，冬稍干冷，春濕多霧，秋日晴朗，年平均氣溫為22.3℃，一月平均氣溫為14.6℃，最低氣溫-1.8℃，七月平均氣溫28.5℃，最高氣溫38.9℃，年平均相對(duì)濕度為81.5% ,臺(tái)風(fēng)多發(fā)于9月至10月。按地震烈度7度設(shè)防。
橋面寬度分左右雙幅對(duì)稱布置，上層每幅橋面寬14.55m，在箱梁頂面布置3×3.5m行車道，下層每幅橋面寬8m，在箱梁內(nèi)布置3.5m行車道+ 4.0m輕軌車道。設(shè)計(jì)荷載：汽車荷載按澳門規(guī)范車輛荷載規(guī)定計(jì)，輕軌荷載按四節(jié)車廂計(jì)，每節(jié)車廂總重320kN, 軸重80kN, 最小軸距為1.5m；設(shè)計(jì)速度汽車80km/h，輕軌70km/h；基本風(fēng)速V10=45.1m/s；凈空標(biāo)準(zhǔn)：橋下通航凈高28m、凈寬150m，箱內(nèi)通行凈高5.2m、凈寬8m；地震設(shè)防烈度：7度。
2 大橋結(jié)構(gòu)
主橋全長(zhǎng)1825m，其中正橋設(shè)計(jì)橋跨為（110m+180m+110m）雙層預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋（圖3），引橋設(shè)計(jì)為四聯(lián)基本跨度為60m的等高度連續(xù)梁橋。
?。?）正橋斜拉橋結(jié)構(gòu)
圖3 斜拉橋布置
斜拉橋索面布置采用豎琴式稀索體系，梁上索距10m，塔上索距5.3m，斜拉索水平傾角約30°，梁高6.13m，塔高84.88m。
斜拉橋結(jié)構(gòu)體系順橋向采用漂浮體系：在塔梁處主梁底面設(shè)豎向活動(dòng)盆式橡膠支座，在主梁側(cè)面設(shè)有側(cè)向盆式橡膠支座；在邊墩處梁底面設(shè)有單向（順橋向）活動(dòng)盆式橡膠支座。
1）主塔基礎(chǔ)及防撞結(jié)構(gòu)
主塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為分離式承臺(tái)、鉆孔柱樁基礎(chǔ)，鉆孔樁樁徑2.2m，樁長(zhǎng)約40m，承臺(tái)厚4m（圖4）。
圖4 主塔基礎(chǔ)（單位：m）
如下圖所示，主塔基礎(chǔ)防撞結(jié)構(gòu)布置在兩個(gè)主塔基礎(chǔ)靠通航孔一側(cè)，防撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為沿承臺(tái)航道側(cè)周邊與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分離的分體式結(jié)構(gòu)，防撞體由直徑0.5m預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與厚1.5m、寬2.5m的承臺(tái)構(gòu)成，承臺(tái)周邊設(shè)計(jì)有橡膠護(hù)弦，以緩沖撞擊作用（圖5）。
圖5 主塔基礎(chǔ)防撞構(gòu)造（單位：m）
?。?）主梁
圖6 主梁構(gòu)造
(1)主梁構(gòu)造
主梁設(shè)計(jì)為雙幅分離式等高預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，選用澳門規(guī)范B50混凝土。每幅主梁橫截面尺寸：梁高6.2m（路冠處），頂板寬14.55m，底板寬10.3m，頂板厚0.30m，底板厚0.4m，腹板厚0.50m（圖6）。
圖7 主梁懸臂拼裝
箱梁在支點(diǎn)截面局部范圍底板加厚，箱內(nèi)凈空線與輪廓線間增設(shè)加強(qiáng)肋，斜拉索錨固位置箱內(nèi)局部增設(shè)加強(qiáng)肋，以增強(qiáng)無內(nèi)隔墻箱梁的受力性能。斜拉索錨塊設(shè)于箱外側(cè)上梗脅處。
考慮到通風(fēng)及景觀方面需要，在箱梁腹板中部設(shè)直徑0.8m的圓孔，順橋向間距按照10m布置，為減弱臺(tái)風(fēng)對(duì)箱內(nèi)行車的影響，內(nèi)、外腹板通風(fēng)孔交錯(cuò)布置?？紤]到應(yīng)急逃生需要，在主跨及兩個(gè)邊跨主梁合攏段內(nèi)腹板設(shè)0.8m×1.5m應(yīng)急逃生孔。
主梁在塔根附近12m范圍與兩個(gè)邊跨各18.8m范圍內(nèi)采用現(xiàn)澆，在0號(hào)與1號(hào)節(jié)段間及L/4跨處設(shè)0.5m的濕接頭，其余部分均采用節(jié)段預(yù)制。節(jié)段預(yù)制長(zhǎng)度分2m、3m和4m三種類型。兩幅梁共92個(gè)預(yù)制節(jié)段，每幅主梁節(jié)段最大重量160t。
2）主梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)
主梁設(shè)計(jì)采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系，材料選用Ryb=1860MPa、Φ15.24mm的高強(qiáng)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線及Ryb=750MPa的Φ32mm預(yù)應(yīng)力粗鋼筋。
縱向預(yù)應(yīng)力分懸臂束、合攏束、膠拼筋三種類型。懸臂束采用19-Φ15.24mm預(yù)應(yīng)力束，懸臂束在無索區(qū)段每幅梁每對(duì)節(jié)段布置兩束于頂板位置，進(jìn)入斜拉索區(qū)后每隔兩對(duì)節(jié)段布置兩束于頂板位置，該類預(yù)應(yīng)力束主要用來平衡梁體懸臂負(fù)彎矩。另在無索區(qū)段還配有12-Φ15.24mm預(yù)應(yīng)力下彎束。合攏束采用19-Φ15.24mm預(yù)應(yīng)力束，每幅梁主跨合攏段頂板布置2對(duì)，底板布置9對(duì)；每幅梁每個(gè)邊跨合攏段頂板布置2對(duì)，底板布置7對(duì)。膠拼筋采用Φ32mm預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，頂板內(nèi)布置6根，底板內(nèi)布置4根，通過連接器接長(zhǎng)張拉。頂、底板橫向預(yù)應(yīng)力均采用4-Φ15.24mm鋼絞線束，順橋向間距均按照0.5m布置。腹板豎向預(yù)應(yīng)力采用Φ32mm預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，按照內(nèi)、外兩層布置，順橋向內(nèi)層基本間距為1m，外層基本間距為0.5m。
3）主梁安裝
主梁安裝采用平衡懸臂拼裝法，預(yù)制節(jié)段采用吊架安裝（圖7）。主梁在安裝過程中因節(jié)段吊裝的不同步等因素面臨不平衡彎矩通過在塔、梁間設(shè)置臨時(shí)豎向預(yù)應(yīng)力固結(jié)及塔旁托架來平衡。兩幅主梁共設(shè)6個(gè)合攏段，每個(gè)合攏段長(zhǎng)度均為2m。主梁安裝中先完成兩幅邊跨4個(gè)合攏段，然后完成2個(gè)主跨合攏段。為減小溫度的影響，合攏段臨時(shí)鎖定及混凝土澆注要求在夜間完成，主跨合攏段臨時(shí)鎖定后解除塔梁間臨時(shí)縱向約束，完成成橋體系轉(zhuǎn)換。
4）主塔
主塔設(shè)計(jì)為 ‘M’形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用澳門規(guī)范B50混凝土。塔高84.88m, 主塔橫橋向?qū)挾?5m，順橋向?qū)挾?.5m。每個(gè)主塔由三個(gè)塔柱及下橫梁、上拱形段三部分構(gòu)成。除中間塔柱位于下橫梁及以下部分為實(shí)心截面外，其余部分塔柱、拱形段及下橫梁均采用空心截面，塔柱四角及拱形段拱圈角部作了歐式圓弧修邊處理。
每塔三個(gè)塔柱截面順橋向?qū)挾?.5m、橫橋向?qū)挾?m,中塔柱下 橫梁以上部分為空心截面?zhèn)缺诤?.5m/0.6m、橫壁厚0.6m（斜拉索錨固區(qū)加厚為1.2m），邊塔柱為空心斷面?zhèn)缺诤?.5m/0.6m（塔根4m段逐漸過渡至1m厚）、橫壁厚0.6m（塔根4m段逐漸過渡至1.5m厚、斜拉索錨固區(qū)加厚為1.2m，）。下橫梁采用單箱截面，輪廓尺寸為4m×4m,頂、底板各厚0.6m，腹板厚1.0m,在支點(diǎn)處設(shè)1.2m厚的隔墻。拱形段采用單箱截面，寬5.5m、高8.44m～21.44m，頂板厚0.3m、底板厚0.4m、腹板厚0.4m（圖8）。
圖8 主塔構(gòu)造
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塔柱采用爬模施工，下橫梁及其相接區(qū)段塔柱采用支架施工；上拱形段分層、分塊澆筑：厚3.88m的拱形段頂層整體澆筑，其余部分分塊并設(shè)兩個(gè)7m寬的合龍段，合龍段施工前邊塔柱橫橋向偏心彎矩通過在兩個(gè)合龍口對(duì)稱頂推消除。
4）斜拉索設(shè)計(jì)
斜拉索設(shè)計(jì)采用抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為Ryb=1670MPa的高強(qiáng)平行鋼絲斜拉索，護(hù)套采用雙層HDPE護(hù)套，最外層顏色設(shè)計(jì)為白色。每根斜拉索截面均為163-Φ7mm。全橋共96根斜拉索，索長(zhǎng)98m ~ 40m。斜拉索導(dǎo)管內(nèi)設(shè)體內(nèi)減振器。
3 主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
?。?）雙層預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋新橋型。
大橋獨(dú)特的雙主梁箱內(nèi)行車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、拱門式“M”形主塔建筑造型體現(xiàn)了澳門中西文化融合的地域特色，使原本生硬的土木建筑注入了人文內(nèi)涵，寓意深遠(yuǎn)，大橋現(xiàn)已成為澳門的新地標(biāo)與旅游景觀。
?。?）斜拉橋混凝土箱梁雙層承載新技術(shù)。
為滿足多車道和臺(tái)風(fēng)期不中斷行車的使用功能需要，箱外布置六條汽車道、箱內(nèi)部布置兩條輕軌軌道和兩條避臺(tái)風(fēng)汽車道，受輕軌凈空限制，箱內(nèi)無法設(shè)置常規(guī)隔板，此種雙層承載的主梁結(jié)構(gòu)在斜拉橋中為首次采用。
?。?）箱梁腹板大規(guī)模設(shè)置孔洞技術(shù)。
為滿足大橋下層箱內(nèi)行車時(shí)的通風(fēng)、消防、逃生、運(yùn)營(yíng)安全的功能需求，在箱梁兩側(cè)腹板大規(guī)模開設(shè)直徑0.8m通風(fēng)孔和1.5m×0.8m矩形消防逃生孔，同時(shí)在孔周設(shè)置LED光環(huán)美化大橋夜景，為今后同類型橋梁設(shè)計(jì)提供了先例。
（4）雙主梁斜拉橋兩端四工作面懸臂拼裝施工控制技術(shù)。
施工中針對(duì)本橋雙主梁共用整體式主塔具有受力和線型相互影響的特點(diǎn)，研究實(shí)踐了一套施工架梁拼裝和成橋線型無應(yīng)力法施工控制等新工藝，保證了大橋的安全順利實(shí)施。
?。?）新型減震隔震橋梁支座的研發(fā)應(yīng)用。
針對(duì)大自重混凝土橋梁不利于抗震的特點(diǎn)，成功研制了1300噸大型減震隔震橡膠支座，解決了大橋的抗震問題并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果,為橋梁抗震設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。
（6）預(yù)制箱梁懸臂拼裝不平衡彎矩主動(dòng)控制技術(shù)。
為了解決預(yù)制梁段起吊過程中因不同步吊裝產(chǎn)生的不平衡彎矩所帶來的穩(wěn)定性問題，研究提出半平衡重主動(dòng)控制技術(shù)，突破了常規(guī)墩頂支承或臨時(shí)墩的思維，實(shí)現(xiàn)了施工方法的創(chuàng)新，節(jié)約了工程投入。
（7）主塔拱形橫梁雙合龍段定量頂撐控制技術(shù)。
“M”型主塔三柱上橫梁間為橢圓形，為了解決兩個(gè)合龍段的控制難題，研究確定了定量頂撐雙合龍段同步合龍方案，突破了單合龍段的常規(guī)方法，實(shí)現(xiàn)了主塔上橫梁的準(zhǔn)確合龍，保證了主塔施工質(zhì)量與受力結(jié)構(gòu)安全。
?。?）預(yù)制節(jié)段剪力鍵選型及分離技術(shù)。
剪力鍵是預(yù)制拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁關(guān)鍵傳力結(jié)構(gòu)，在箱梁預(yù)制和拼裝時(shí)極易損壞。本橋系統(tǒng)研究了各種形狀剪力鍵的特點(diǎn)，同步開展了預(yù)制及拼裝工藝試驗(yàn)研究。確定了合理的剪力鍵結(jié)構(gòu)形式及梁段分離技術(shù)，保證了結(jié)構(gòu)傳力安全和工程質(zhì)量。
“澳門西灣大橋”獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
4 有關(guān)資料
橋 名：澳門西灣大橋
橋 型：雙層分幅式預(yù)應(yīng)力混凝土梁斜拉橋、連續(xù)梁橋
跨 徑：主跨180m
橋 址：澳門
建設(shè)單位：澳門特別行政區(qū)建設(shè)發(fā)展辦公室
設(shè)計(jì)單位：中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司
施工單位：中鐵（澳門）公司、中鐵大橋局集團(tuán)
主要工程量：
混凝土：119433 m3 普通鋼筋：15244 t 斜拉索323 t 預(yù)應(yīng)力鋼絞線2424 t
造 價(jià)： 6 億元澳門幣
建成日期：2004.12.
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西灣大橋是連接澳門半島和氹仔島的第三座大橋，于2002年10月8日動(dòng)工興建，主橋于2004年6月28日合龍。西灣大橋北起澳門半島融和門，南至氹仔碼頭，采用“豎琴斜拉式”設(shè)計(jì)，兩個(gè)主橋躉之間跨度達(dá)180米。該橋總長(zhǎng)2200米，分上下兩層：上層為雙向6車道，下層箱式結(jié)構(gòu)，雙向4車道行車，可以在8級(jí)臺(tái)風(fēng)時(shí)保證正常交通，橋內(nèi)還預(yù)留了鋪設(shè)輕型鐵軌的空間。 西灣大橋設(shè)計(jì)、施工工程總造價(jià)為5.6億澳門元。該工程項(xiàng)目屬于設(shè)計(jì)施工總承包，于2002年8月由中鐵（澳門）有限公司、中鐵大橋局和中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院三家組成的聯(lián)合體中標(biāo)。
西灣大橋設(shè)計(jì)曾獲多項(xiàng)大獎(jiǎng)，澳門西灣大橋?qū)０赶群髽s獲2006年度湖北省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、2006年度中國(guó)鐵道建筑總公司科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)，而近期亦獲得2006年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
西灣大橋采用豎琴斜拉式設(shè)計(jì)，乃全球首座預(yù)應(yīng)力混凝土雙層主梁斜拉橋。西灣大橋位貫穿澳門半島以及氹仔，大橋總長(zhǎng)2,200米，寬28米，澳門半島引橋與氹仔引橋分別為700及400米。主跨距離為180米，乃全球最大跨度的雙層混凝土橋梁，也是三條澳氹大橋中最短及最寬的大橋。西灣大橋的最大設(shè)計(jì)特色在于兩個(gè)85米高的雙拱門設(shè)計(jì)橋塔代表澳門的英、葡文首個(gè)字母“M”、羅馬數(shù)字“III”以及阿拉伯?dāng)?shù)字“3”，這正比喻此橋是澳門的第三條澳氹大橋。橋墩外觀呈弧形，以寓意兩片蓮花花瓣。西灣大橋設(shè)有上、下兩層行車道，并默認(rèn)可供澳門輕軌行走的位置。大橋上層橋面設(shè)有共六條行車線，來回各三條行車線間設(shè)有分隔欄以作區(qū)別行車方向。上層行車道正常用作行車，而下層行車道平常用作緊急通道外，也在懸掛八號(hào)風(fēng)球或更高熱帶氣旋警告時(shí)開放使用。
澳門西灣大橋總設(shè)計(jì)師徐恭義，全國(guó)最年輕的橋梁設(shè)計(jì)大師，國(guó)家級(jí)專家。英國(guó)特許工程師，英國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)Fellow，國(guó)內(nèi)外著名的橋梁專家。
