1概況
杭州灣跨海大橋北起浙江嘉興海鹽縣，南止寧波慈溪市，全長36km(圖1、2)。它的建設將縮短寧波至上海的陸路距離約120km，并徹底改變寧波由交通末端型城市向樞紐型城市轉變。
圖1 杭州灣跨海大橋地理位置
圖2 杭州灣跨海大橋效果
杭州灣為典型的喇叭狀強潮海灣，橋位處海面寬32km，南岸灘涂長10 km。該區(qū)域具有水流、泥沙、海床運動復雜多變，并處于災害性氣候多發(fā)地帶，橋位處軟土覆蓋層厚、深埋基巖，南岸灘涂區(qū)富集淺層沼氣。橋位處最大潮差7.57m，平均潮差4.65m，實測最大流速5.16m/s。實測最大波高4.72m。臺風、龍卷風、雷暴及突發(fā)性小范圍災害性天氣時有發(fā)生。由于風、浪、流、潮和霧的影響，全年施工作業(yè)日不足180天，建設條件十分復雜。
大橋為雙向六車道高速公路標準，橋寬33m，設計速度100km/h；航道橋采用100年設計基準期；橋位區(qū)10m高百年一遇10min平均最大風速39.0m/s；北航橋通航孔按3.5萬噸級海輪標準設計，通航凈空325×47m；南航道橋通航孔按3000噸級海輪標準設計,通航凈空125×31m；地震基本烈度為6度。
2.大橋總體設計與橋跨布置
由于海上施工環(huán)境惡劣、工程規(guī)模浩大和有效作業(yè)時間較短，總體設計全面遵循了“預制化、大型化和機械化”、滿足百年設計使用壽命要求及設計服從施工等三大設計原則，以盡量減少海上作業(yè)，減少施工風險和加快工程進度。同時，大橋平縱線形設計兼顧海域流態(tài)分布和航跡線分布，景觀上借鑒杭州西湖蘇堤 “長橋臥波” 的中國古典建筑設計理念，采用線型優(yōu)美的大S型平縱線形，最大縱坡3 %。為便于大橋的運營養(yǎng)護、交通組織及搶險救災，設計上考慮在全橋設置了5處掉頭區(qū)、1處綜合性海中平臺及檢修通道。
大橋分為北引橋、北航道橋及高墩區(qū)引橋、中引橋、南航道橋及高墩區(qū)引橋、南深水區(qū)引橋、南灘涂區(qū)引橋及南陸地區(qū)引橋等九大部分。
（1）北航道橋為雙塔雙索面五跨連續(xù)鋼箱梁斜拉橋，橋跨布置為70m+160m+448m+160m+70m，總長908m。索塔為混凝土結構，橫向呈鉆石型，斜拉索采用平行鋼絲，扇形布置。索塔處采用鋼錨箱。基礎采用鉆孔灌注樁加高樁承臺。過渡墩和輔助墩墩形采用矩形圓倒角斷面，承臺外周設防撞消能設施（圖3、5）。
圖3航道橋橋型布置
圖4 南航道橋橋型布置
（2）南航道橋為獨塔雙索面三跨連續(xù)鋼箱梁斜拉橋，橋跨布置為80m+160m+318m，總長558m。主梁、拉索、基礎與北航道橋設計基本相同，唯索塔為 “A”型，以利于提高受力性能和結構剛度及抗風穩(wěn)定性（圖4、6）。
圖5 北航道橋索塔
圖6 南航道橋索塔
(3)與航道橋相鄰的高墩區(qū)引橋跨徑為70m，采用等高斜腹板單箱單室斷面。體內預應力管道采用塑料波紋管配合真空壓漿。橋墩采用等截面矩形實心墩，雙幅整體式矩形承臺，鉆孔灌注樁基礎。
(4)中引134×70m，深水區(qū)南引橋86×70m，為跨度70m預應力混凝土連續(xù)箱梁（總長18.27km），采用整孔預制、運架一體船運輸和吊裝；預制橋墩，預制墩混凝土總量約60000 m3，最大吊重440t；基礎采用螺旋卷制鋼管樁，總用鋼量約37萬噸。采用大型船機施工和GPS（RTK）測量定位。中引橋基礎單幅為9-Ф1.5m鋼管樁（圖7），南引橋基礎單幅為10-Ф1.6m鋼管樁。
（5）南灘涂區(qū)引橋202×50m，為跨度50m預應力混凝土箱梁（總長10.1km），采用整孔預制、梁上運輸和架橋機架梁方案；基礎為鉆孔樁，用長棧橋法施工。
圖7中引橋基礎9Ф1.5m鋼管樁
?。?）兩岸陸地引起和北灘涂引橋采用跨度30至80m預應力混凝土連續(xù)箱梁。北引橋上部結構采用移動模架和懸臂現(xiàn)澆兩種工法施工，南引橋采用滿堂支架法施工?；A均為鉆孔灌注樁。
針對海上各類混凝土結構和鋼結構，特別是處于浪濺區(qū)和水位變動區(qū)的結構，進行了專門的防腐蝕設計，以確保結構的設計使用壽命。
3建橋關鍵技術
（1）大型構件預制關鍵技術
1）水中區(qū)70m整體預制箱梁
大橋水中區(qū)引橋采用70 m先簡支后連續(xù)的預應力混凝土連續(xù)箱梁，總長18.27km，共計箱梁540片（圖8），混凝土用量44.8萬立方米。預制箱梁為斜腹板箱型截面，頂板寬15.8m，底板寬6.25m，梁高4m，梁重2200t。核心預制技術有：A）整體液壓內模系統(tǒng)，模板為分段組拼整體一次性吊裝、分段收縮拆除；B）鋼筋整體綁扎、整體安裝工藝，將梁體鋼筋分為底腹板鋼筋和橋面鋼筋分別設計綁扎和整體吊裝入模；C）大體積混凝土箱梁整體澆注技術：對施工組織、模板、預應力體系、灌注工藝、養(yǎng)護工藝等方面進行全面控制，確保梁體施工質量；D）采用塑料波紋管及真空輔助壓漿技術；E）在國內首次成功運用預應力混凝土箱梁早期裂縫控制技術。當混凝土達到50%設計強度和50%設計彈模時，對腹板上的部分預應力束施加一定的張拉力（為設計張拉應力的1/3），使箱梁截面上產(chǎn)生一定的均勻壓應力，以克服混凝土強度增長階段的水化熱產(chǎn)生的拉應力，從而達到控制箱梁混凝土開裂的目的。
實現(xiàn)了8個制梁臺座月制梁30片的生產(chǎn)能力。
圖8 70m預制箱梁
圖9 50m預制箱梁
2）南岸灘涂區(qū)50m整體預制箱梁
南岸灘涂上部結構采用跨度50m先簡支后連續(xù)預應力混凝土箱梁，共26聯(lián)，總長10.1km，共計箱梁404片（圖9），最小彎道半徑6000m。箱梁頂寬15.8m，底寬6.625m，梁高3.2m，梁重1430t。采用的核心預制技術與70m整體預制箱梁構件基本相同，不同的有：A)采取了高溫控制在35±5℃“保溫保濕蒸汽養(yǎng)護”措施；B)大噸位預應力混凝土整體箱梁雙層存梁施工技術。
實現(xiàn)了6個制梁臺座月制梁30片的生產(chǎn)能力。
3) 水中低墩區(qū)預制墩身
水中低墩區(qū)引橋預制墩身為矩形空心薄壁墩，最大高度17.383m，重440t。預制墩身共有474個，其標準墩墩頂尺寸為6.25m×4.0m。采用的關鍵技術有：A)內模設計及拼裝：墩身內模設計為分節(jié)傘形收縮整體內模，直線內模每節(jié)高度90cm，變截面內模高100cm。拼裝時把內模在平地上撐開，按由下而上的順序逐層安裝。當模板達到高度要求后，微調螺旋撐桿，使模板高度和垂直度的誤差在規(guī)范允許范圍內；B）外模設計及拼裝：由于設計從防腐角度考慮，要求取消內部穿錨拉桿，模板支架采用鋼桁架。墩身外模由面板、豎向槽鋼、橫向鋼板和支撐桁架組成。待墩身鋼筋綁扎完成后，進行外模拼裝。和內模一樣，外模按照自下而上的順序拼裝；C）鋼托架設計：根據(jù)墩底外露鋼筋長度，墩身預制配套臺座（鋼托架）設計高度為1.2m，采用鋼板及型鋼精制。
實現(xiàn)了5個臺座月制墩20個的生產(chǎn)能力（圖10）。
圖10 預制墩身施工
4）水中區(qū)螺旋焊縫整體卷制鋼管樁
中引橋及南引橋深水區(qū)采用鋼管樁基礎，其規(guī)格為Ф1600，Ф1500兩類，樁長71～8９m，最大單樁重量73t。鋼管樁總數(shù)量5474根，總用鋼量約為3.7萬噸。
采用超長不等厚鋼管樁的工藝技術。在制造工藝方面解決了不等厚鋼板的對接問題，在螺旋焊縫焊接時，采用在線預精焊新技術和強大電流交直流雙電源多絲埋弧自動焊新工藝。
鋼樁防腐采用以外表涂裝為主，涂層與陰極保護聯(lián)合防護的方式。鋼管樁外表采用多層熔融結合環(huán)氧復合涂層工藝進行整體防腐。為了增強鋼管樁局部剛度，滿足防撞和防腐的要求，鋼管樁內高程－12m以上填筑混凝土。為此，建造了一條三層外防腐全自動涂敷工藝生產(chǎn)線，解決了表面處理技術、溫度控制技術和粉末噴涂技術等三大技術難題。
制管廠三條生產(chǎn)線月平均制樁283根，日制樁最高紀錄14根，日涂裝最高紀錄15根，制樁能力與現(xiàn)場沉樁需求基本平衡。
（2） 大型構件運輸及安裝技術
1）海上高墩激流區(qū)整體預制箱梁架設
在水中低墩區(qū)預制箱梁架設施工中采用了“小天鵝”號專用運架船（起吊高度30ｍ）。在高墩區(qū)(48m)，建造了一艘“天一”號專用運架船，其總長93.40m，船寬40.0m，型深7.0m，設計吃水3.5m?；拘阅埽哼\梁時：風力≤8級，流速≤3.5m/s，航速≥8.2節(jié)；吊梁作業(yè)：風力≤6級，浪高≤2ｍ，流速≤3.5m/s
預制箱梁海上運輸及架設主要工序有：專用運架船自出海碼頭取梁、載梁海上航行、拋錨定位、墩頂布置及落梁、專用運架船退出返回、箱梁精確就位(圖11、12)。
圖11“小天鵝”號運架船
圖12“天一號”號運架船
2）灘涂區(qū)大噸位整體預制箱梁運架
箱梁搬運包括從制梁臺座至存梁臺座和從存梁臺座至提梁站的場內搬運、箱梁由地面上至橋面的垂直提升和箱梁在橋上長距離運輸?shù)?，由于條件不同采用不同的運輸方案：A）場內運梁采用兩臺800t搬運機聯(lián)合搬運箱梁，該設備為輪胎式搬運機（圖13）；Ｂ）箱梁提升上橋采用兩臺吊重800t輪軌式提梁機原地將箱梁從地面提升到橋面（圖14）；C）箱梁梁上運輸設備采用TE1600型輪胎車運輸箱梁（圖15）；Ｄ）箱梁架設采用1600t步履式架橋機架設（圖16）。
圖13 ML800t輪胎搬運機
圖14 HM800t提梁機
圖15 TE1600輪胎式運梁車
圖16 LGB1600t步履式架橋機
3）海上非通航孔橋預制墩身安裝
預制墩身最大重量440.1T,對應高度17.383m。高度10.6米以下、重300T以下的墩身，選擇蘇連海起重8#作為安裝船，該船長58.86m，寬27m；當墩身高度超過10.6米、重量大于300T時，墩身安裝選擇最大起重能力為500T的全旋轉扒桿起重船。
為了便于墩身的安裝與吊裝，對定位支座、吊具及墩頂人孔進行了特殊設計。墩身安裝過程解決了三個關鍵技術問題：Ａ）墩身扭轉。Ｂ）墩身臨時固定。Ｃ）安裝精度控制。Ｄ）濕接頭施工質量控制。見圖17。
圖17 預制墩身吊安
4）超長螺旋焊縫鋼管樁沉樁
水中區(qū)引橋單幅橋鋼管樁基礎設計為9-12根Φ1.5m/1.6m樁，呈梅花型布置，樁最大斜率6:1。在杭州灣惡劣的風、浪、流條件下，大直徑、超長鋼管樁的施工關鍵取決于設備。本工程前后共投入7艘打樁船，所有船都配備有GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和大能量的液壓錘或柴油錘。其中海力801#（圖18）和天威號（圖19）兩條船的船型、配備、功能相近，是目前中國最先進的多功能全旋轉式起重打樁船,其性能如表1所列。
圖18 “海力801#”打樁船
圖19 “天威號”打樁船
從2003年11月14日施打第一根鋼管樁，平均月沉樁近260根，工期比原計劃提前一年多。
（3） 結構耐久性保障技術
根據(jù)調查,影響本工程混凝土結構耐久性的主導因素是Clˉ(氯離子)的侵蝕。為此，針對本工程混凝土結構的不同部位，提出了混凝土結構耐久性多層次綜合保障措施。
1）通過限制氯離子擴散系數(shù)和設置理的鋼筋保護層, 作為保證大橋鋼筋混凝土結構100 年設計使用年限的基本措施。采用的海工耐久混凝土, 主要以氯離子擴散系數(shù)為控制參數(shù), 在原材料選方面, 主要考慮使混凝土具備高抗氯離子擴散能、高抗裂性能、高工作性能。
2）根據(jù)不同的情況和環(huán)境采用混凝結構表面防腐涂裝、預應力筋保護、滲透性控制模、局部使用環(huán)氧鋼筋和阻銹劑等附加措施。在斜拉橋索塔承臺、塔座和浪濺區(qū)的下塔柱采用外加電流陰極保護技術。
3）設置預埋式耐久性監(jiān)測系統(tǒng), 用于長期動態(tài)獲取耐久性參數(shù), 制定本工程相應的耐久性預案。
4）建立耐久性暴露試驗站, 對所采用的措施進行驗證和參數(shù)校核。
?。?） 運行安全控制技術
1）各種災害性天氣對大橋行車安全的影響分析，查明大橋有效運營通車總天數(shù)；
2）研究提高大橋通行運營服務水平的工程措施及管理措施，以及相應的經(jīng)濟指標；
3）提出大橋行車安全保障體系方案。
提出了：護欄由原設計高度1.2m增加為1.5m，護欄橫梁間距考慮了風障功能；在航道橋及高墩區(qū)區(qū)段在護欄上增設變高度風障；為增加霧天行車安全性，；兩側護欄按路燈間距增設霧燈等多項工程措施。
（5） 寬灘涂區(qū)淺層氣施工控制技術
在橋址南岸灘涂段初勘過程中發(fā)現(xiàn)有淺層氣存在，其中CZK30孔淺層天然氣噴發(fā)強烈，造成鉆探船只傾覆沉沒。開展了：A）淺層氣成因分析；B）淺層氣影響分析；C）淺層氣工程對策分析及實施效果。
1）淺層氣對打入樁施工影響小、對鉆孔樁施工影響較大，施工必須采取必要措施；
2）預防淺層氣對樁基施工與承載性能不利影響的有效措施是采取積極主動的控制放氣；
3）針對6個區(qū)段，9個放氣點氣藏類型，在借鑒中國多個氣藏開發(fā)技術基礎上，提出了不同的放氣技術方案和工藝流程。放氣位置選定為距橋軸線上下游各20ｍ，每個墩位布置兩個排氣孔。采用有控制性放氣，并在基礎施工開始前三個月進行。
4、主要技術特點和創(chuàng)新點
?。?）工程特點
1）工程規(guī)模大、海上工程量大
2）自然環(huán)境惡劣、制約因素多
自然環(huán)境可概括為：潮差大、流速急、流向亂、波浪高、沖刷深、軟弱地層厚，部分區(qū)段淺層氣富集。據(jù)現(xiàn)場施工統(tǒng)計，海上施工作業(yè)年有效天數(shù)不足180天，灘涂區(qū)約250天。
3）設計要求新、施工難題多
大橋工程施工環(huán)境惡劣、有效作業(yè)時間短，施工安全問題突出，制定總體設計方案難度很大。設計上面對著如何滿足耐久性要求、如何處理好結構與周邊環(huán)境的協(xié)調、如何保障橋面行車安全等諸多新問題。在施工技術方面，面臨著海上激流區(qū)高墩區(qū)大噸位箱梁的整體預制、運輸及架設，寬灘涂區(qū)大噸位箱梁的長距離梁上運梁及架設，超長超重螺旋鋼管樁的設計、整體制造及防腐與沉樁施工等諸多施工技術難題的挑戰(zhàn)。
（2）創(chuàng)新點
工程實踐證明，大橋所遵循的設計原則和采用的總體方案，充分利用了當代橋梁建設的先進技術手段，最大限度地減少了海上作業(yè)，符合海上工程的實際情況，對回避施工風險、保證施工安全、保證工程質量、縮短建設周期和降低工程造價發(fā)揮了重大作用，總體設計在實施過程中未發(fā)生過方案性變更。工程在實施過程中，主要實現(xiàn)了以下突破：
1）大橋全長36km，其長度在目前世界上在建和己建的跨海大橋中位居第一。
2）大橋地處強腐蝕海洋環(huán)境，國內首次采用100年的設計基準期，研發(fā)了以抵抗氯離子侵蝕為主的海工耐久混凝土。
3）大橋50m箱梁“梁上運架設”技術，架設運輸重量從900t提高到1430t，刷新了目前世界上同類技術、同類地形地貌橋梁建設“梁上運架設”的新紀錄。
4）大橋深海區(qū)上部結構采用70m預應力砼箱梁整體預制和海上運架技術，為解決大型砼箱梁早期開裂的工程難題，提出并實施了“二次張拉技術”。
5）大橋鋼管樁的最大直徑1.6m，單樁最大長度89m，最大重量73t，開創(chuàng)了國內外大直徑超長整樁螺旋橋梁鋼管樁工程之最。
6）首次在淺層氣富集區(qū)建設大型橋梁，開創(chuàng)性地采用有控制放氣的安全施工工藝，并形成了成套施工工藝。
5、有關資料
橋 名：杭州灣跨海大橋
橋 型：北航道橋雙塔雙索面五跨連續(xù)鋼箱梁斜拉橋
南航道橋為獨塔雙索面三跨連續(xù)鋼箱梁斜拉橋
跨 徑：北航道橋主跨448m
南航道橋主跨318m
橋 址：杭州灣
建設單位：杭州灣大橋工程指揮部
設計單位：中交公路規(guī)劃設計院（總體設計及第一合同段設計）
中鐵大橋勘測設計院&中交第三航務工程勘察設計院聯(lián)合體
?。ǖ诙O計合同段設計）
北京交科公路勘察設計研究院
施工單位：中交第二航務工程局有限公司等
中鐵大橋工程局有限公司
路橋建設股份有限公司
廣東省長大公路工程有限公司
中鐵第四工程局有限公司
中鐵第二工程局有限公司
浙江省交工集團有限公司
寧波市交工集團有限公司等
鋼材用量：80萬噸
混凝土用量：245萬立方米
造價：118億元
