1 桥位概况
荆沙长江 位于湖北省荆州市，是207国道跨长江的一座特大型桥梁，大桥北岸为荆州市区，南岸为公安县埠河镇。桥位处江面宽约2350m，江中有一沙洲，因其最高处海拔高程为38m而称为三八洲。三八洲将桥位河段分为南北两汊，其中北汊宽约700m，南汊宽约450m，三八洲长约1100m。桥位处河段岸线和河道基本稳定，河床演变主要表现为洲滩的消长和主支汊的兴衰交替。
大桥所在地区属北亚热带季风气侯区，多年平均气温为16.3℃，一月份气温最低，月平均气温为3.6℃，极端最低气温为-14.9℃；七月份气温最高，月平均气温为28.3℃，极端最高气温为38.9℃。荆州气象局记载，1954年1996年平均风速为2.4m/s，最大风速24m/s，根据桥址地型地貌特征及桥梁建筑高度综合分析，确定百年一遇10m高10分钟平均最大风速为21.0m/s，换算至桥面处的设计风速为顺桥向25.4m/s、横桥向29.2m/s。
桥址区地表出露地层以第四纪松软堆积层为主，第四系为一套由细到粗多韵律的河湖相沉积物，主要为粘土、砂、卵石、砾砂。桥位区下伏基岩为泥岩、粉细砂岩，基岩顶部埋深116-128m。
根据历史地震重演，构造类比，并结合现代地震活动综合分析计算，大桥50年超越概率10%的场址地震烈度为6度，100年超越概率10%的场址地震平均烈度为6.4度，大桥抗震设计烈度为7度。
2 设计技术标准
（1） 公路等级：一级公路
（2） 计算行车速度：100km/h
（3） 桥面宽度：行车道净宽21.50m，桥面总宽为24.5m（斜拉桥段27.0m），不设非机动车道和人行道。
（4） 设计荷载：汽-超20，挂-120
（5） 设计风速：纵桥向25.4m/s、横桥向29.2m/s
（6） 地震：设计烈度七度
（7） 设计洪水频率：三百年一遇
（8） 通航标准：Ⅰ级二类航道，通航净高采用20年一遇水位以上18m，北汊通航孔孔径不小于500m，南汊通航孔孔径不小于300m。
3 总体布置
大桥共由九个桥段组成，自北向南依次为北岸引桥、跨荆江大堤桥、北岸滩桥、北汊通航孔桥、三八洲桥、南汊通航孔桥、南岸滩桥、跨荆南干堤桥、南岸引桥，桥梁全长为4177.60m。其中控制桥跨布置的桥段为：跨荆江大堤桥、北汊通航孔桥、三八洲桥、南汊通航孔桥和跨荆南干堤桥。
“万里长江险在荆江”，荆江大堤和荆南干堤是荆江河段抗洪抢险的重要通道，堤防部门要求，跨荆江大堤桥主孔不小于150m，跨荆南干堤桥主孔不小于80m；北汊通航孔为长江主航道，南汊通航孔为长江枯水期备用航道，根据长江航道变化规律，航道管理部门要求，北汊通航孔桥主孔跨径不小于500m，附孔跨径不小于200m，南汊通航孔桥主孔跨径不小于300m，附孔跨径不小于150m；三八洲桥因地质条件差，下部结构及基础施工困难，桥孔布置主要考虑尽量减少墩数，并兼顾考虑因河床演变三八洲未来需要通航的可能性。
综合考虑桥址地形、自然条件、水文地质、通航、防洪等因素，本着实用、经济、安全、美观的原则，经初步设计阶段反复比较，大桥桥跨布置为：
（1） 北岸引桥：22×20m预应力砼简支空心板
（2） 跨荆江大堤桥：93+150+93（m）预应力砼连续梁
（3） 北岸滩桥：5×30m预应力砼简支T梁
（4） 北汊通航孔桥：200+500+200（m）PC斜拉桥
（5） 三八洲桥：100+6×150+100（m）预应力砼连续梁
（6） 南汊通航孔桥：160+300+97（m）PC斜拉桥
（7） 南岸滩桥：8×30（m）预应力砼简支T梁
（8） 跨荆南干堤桥：50+80+50（m）预应力砼连续梁
（9） 南岸引桥：9×30m预应力砼简支T梁
4 主桥结构设计
由北汊通航孔桥、三八洲桥、南汊通航孔桥构成的大桥主桥全长2557m，现对主桥结构设计的主要情况分述如下：
4.1 北汊通航孔桥
4.1.1 主梁
北汊通航孔200+500+200（m）PC斜拉桥，主梁采用预应力砼肋板式连续梁。梁顶宽26.5m，底宽27.0m，双主肋高度为2.4m，高跨比为1：208.3，宽跨比为1：18.51。标准梁段肋宽1.7m，桥面板厚度为32厘米，标准断面面积为16.28m2、抗弯惯性矩为9.66M4 。为了消除边墩支座的负反力并增加结构刚度，两边跨自梁端起各68m范围内采用加大主肋宽度的方法施加压重。具体为：4m（实心段）+3×4m（断面面积为55.28m2，肋宽10.60m)+7×4m（断面面积为36.04m2，肋宽为6.3m）+4×6m（断面面积为29.91m2，肋宽为4.9m）；由于塔下主梁承受巨大的轴向压力，塔下共52.0m长的梁段肋宽增加至2.4m，断面面积为19.15m2。除上述节段外，其余节段均为标准节段。
为了增加主梁横向刚度，改善桥面板受力性能并均匀传递斜拉索索力。主梁中设置了126道横梁（每对拉索处设一道），横梁厚度为26cm。
4.1.2 索塔
考虑到与南汊姊妹塔景观上的协调性，北汊通航孔桥采用H型索塔。北塔桥面以上的高度为111.90m，承台以上的高度为139.15m；南塔桥面以上的高度为110.38m，承台以上的高度为150.25m。两塔每根塔柱下均设有5m高的塔座，以分散塔底反力。塔上横梁截面高度为4米，下横梁截面高度为6m，塔身及横梁均为空心截面。两索塔锚固区直柱段高度为54.35m，截面顺桥向长7.0m，横桥向宽4.0m；由上横梁下缘至塔底，索塔顺桥向尺寸呈直线变化，北塔由7m变为12.0m，南塔由7.0m变为12.73m。索塔横桥向宽在下横梁顶面以上为4.0m，下横梁顶面以下为7.0m。
索塔壁厚顺桥向为1.2m，横桥向为0.8m，斜拉索在塔内张拉，索塔的拉索锚固段内壁采用10mm厚的钢板护壁。
4.1.3 斜拉索
斜拉索采用PES7热挤聚乙烯拉索，PESM7冷铸镦头锚锚固体系。拉索最小间距为4m，标准间距为8m，塔下第一对斜索与直索间距为11.5m，拉索最小倾角为23.554°。
根据各拉索的设计索力并兼顾考虑全桥的整体刚度，全桥采用PES7—139到PES7—283等8种规格的斜拉索。设计最大索力为6590KN。
4.1.4 支座
主梁设计成飘浮体系，仅在两端交界墩上设4个拉压球型支座，支座设计竖向压力为5000KN，竖向拉力为2500KN，位移量为±400mm，转角1°。
4.2 南汊通航孔桥
4.2.1 主梁
南汊通航孔160+300+97（m）姊妹塔PC斜拉桥，主梁亦采用预应力砼肋板式连续梁。梁顶宽26.5m，底宽27.0m，双主肋高度为2.0m，高跨比为1：150，宽跨比为1：11.1。标准梁段肋宽1.9m，桥面板厚度为32cm，标准断面面积为16.28m2、抗弯惯性矩为6.9M4 。为了消除边墩支座的负反力并增加结构刚度，两边跨自梁端起分别设47m（97m边跨）和22m（160m边跨）长配重段。配重段重量与北汊通航孔桥类似，采用渐变的方法设置。
南汊斜拉桥两塔高度不等，设计采用H型塔。高塔承台以上高度为124.8m，低塔承台以上高度为89.4m。高塔塔柱在横梁以上顺桥向长6.0m，横桥向宽4.0m，横梁以下塔柱顺桥向由6.0m变为10.0m；低塔塔柱顺桥向和横桥向尺寸保持不变，顺桥向长6.0m，横桥向宽4.0m。
索塔壁厚顺桥向为0.8m，横桥向壁厚1.0m，斜拉索在塔内张拉，索塔的拉索锚固段内壁亦采用10mm厚的钢板护壁。
4.2.3 斜拉索
南汊斜拉桥斜拉索采用与北汊斜拉桥相同的材料，在拉索的布置上，南汊斜拉桥塔下不设直索，塔下无索区长20.0m，拉索标准间距为8.0m，最小间距为4.0m。拉索最小倾角为25.75°。
4.2.4 支座
南汊斜拉桥亦为飘浮体系，仅在两端交界墩上设4个拉压球型支座，由于结构的不对称性，小边跨梁端的拉压支座需要承受较大的竖向拉力。
4.3 三八洲桥
三八洲桥主梁为100+6×150+100（m）预应力砼箱形连续梁桥，分两幅布置，主梁设计成两个分离的箱梁。箱梁墩顶梁高为8.0m，跨中及梁端高为3.3 m。单幅箱梁顶宽为12.50m，底宽为7.0m。
4.4 主桥基础
根据桥位地质条件，主桥基础全部设计为钻孔灌注桩基础。北汊通航孔桥两塔下均为22根直径2.5m桩基，承台直径33.0m，承台厚6.0m；三八洲桥中墩每幅采用5根直径2.0m桩基，承台厚度为5m；南汊斜拉桥高塔下采用22根直径2.0m桩基，承台直径为27.20m，承台厚度为6.0m，低塔下采用15根直径2.0m桩基，承台厚度为6.0m，矩形承台。
5 工程主要技术特点
荆沙长江 构成复杂，技术含量高，有许多技术指标在国内领先。北汊通航孔桥为主跨500mPC斜拉桥，其跨度居同类桥梁世界第二，就其主梁断面型式来看，是世界上首座主跨跨径达500m的肋板式断面PC斜拉桥；南汊通航孔桥为160+300+97（m）姊妹塔PC斜拉桥，其跨度仅次于在建的江西湖口大桥（主跨318m姊妹塔PC斜拉桥）；三八洲连续梁桥，主跨150m，连续长度达1100m，是目前国内连续长度最长的连续梁桥。大桥在设计计算、工程材料、施工工艺等方面有多项关键技术需要深入研究。主要为：
5.1 设计计算
（1）500m主跨PC斜拉桥成桥及悬臂施工阶段静力稳定性问题，结构几何非线性和材料非线性问题，特大跨度PC斜拉桥的地震反应、风稳定性问题以及特大跨度PC斜拉桥砼徐变影响分析。
（2）300m主跨高低塔斜拉桥结构变形协调性以及拉索疲劳问题。
（3）三八洲连续梁桥二次力计算分析、温度场分析、体系转换等技术问题。
5.2 施工工艺
（1） 500m主跨PC斜拉桥施工控制技术
（2） 长大斜拉索安装工艺、减震措施（500m主跨PC斜拉桥最长达268.54m，重223KN）。
（3） 三八洲连续梁桥悬臂施工挠度控制技术。
（4） 复杂地质条件下大直径钻孔灌注桩施工技术（大桥32号塔桩基直径2.5m，深90m；须穿透的卵石层厚约20m。）
5.3 工程材料
(1) 高强砼
荆沙长江 南北汊PC斜拉桥主梁采用60号高强度砼，在国内如此大规模使用60号砼是少有的。为保证砼在施工过程中的质量，降低造价，需研究使用常规的水泥、砂、石原料以及常规的制作工艺生产高强度砼的外加剂和最优的砼配合比。
（2） 大位移量伸缩缝
为适应温度引起的主梁伸缩及地震位移，500m主跨与三八洲桥之间须设置伸缩量1360mm的大位移量伸缩缝。
（3） 大位移量及大吨位支座
根据结构受力和变形的需要，三八洲连续梁桥及跨荆江大堤桥支座吨位达50000KN，北汊通航孔桥梁端支座位移量达800 mm。
6 科研试验
如上所述，荆沙长江 是一座技术复杂的特大型桥梁，大桥建设对设计计算、工程材料、施工工艺提出了很高的要求。为验证设计计算的正确性，确保安全、顺利地建成大桥，应设计方面要求，大桥建设指挥部委托有关科研机构做了大量科研试验工作。主要试验内容如下：
6.1 试 桩：
通过试桩验证地质资料的准确性，积累厚卵石层条件下深长桩的施工经验，优化施工工艺，指导施工。试桩在28号墩位进行，试桩直径1.5m，深度80m。
6.2 斜拉桥风洞试验
斜拉桥风洞试验的主要内容有：
（1） 节段模型风洞试验：测定气动系数、桥梁颤振临界风速以及气动导数、检查桥梁在不利状态下和运营状态下的涡激振动现象及振幅。
（2） 抖振响应分析：对斜拉桥在成桥状态、最大双悬臂和最大单悬臂状态下的抖振响应进行分析。
（3） 裸塔气动弹性模型试验：包括裸塔状态下的涡激振动、气动稳定性、抖振响应。
（4） 500m主跨PC斜拉桥全桥模型风洞试验：对500m主跨PC斜拉桥进行均匀流风场及紊流风场中的颤振和抖振试验，给出桥梁颤振临界风速和抖振响应。
6.3 500m主跨PC斜拉桥静力稳定性试验
荆沙长江大桥北汊通航孔桥500m主跨PC斜拉桥，其跨度居世界PC斜拉桥的第二位，仅次于挪威的SKARNSUNDET桥。后者主梁为三角箱形断面，而本桥主梁为双主肋断面，肋高仅为2.4m，主梁长细比大，结构纤细轻柔，在斜拉索巨大的水平分力作用下，结构的屈曲稳定性的问题十分突出。 又由于斜拉桥结构的复杂性和约束条件的不确定性，以及500m大跨度桥梁的非线性影响，结构的静力稳定分析计算难以准确反映结构的静力稳定性能，为了检验设计计算的正确性，全面探讨500m主跨双主肋断面PC斜拉桥的整体稳定性，有必要进行相关模型试验研究。
通过试验，可直观地了解结构在自重、汽车荷载以及不平衡施工荷载作用下，索力和主梁内力的分布变化情况；确定结构在最大悬臂状态和成桥状态下失稳时的荷载条件，同时进行结构非线性对结构静力稳定性影响的分析，为设计和施工提供参考。
经过研究，决定静力稳定性试验采用铝合金模型，模型比例为1：30，目前试验正在铁道部大桥局桥梁科学研究院紧张进行。
6.4 全桥地震反应分析研究
大桥的地震反应分析包括结构动力分析和结构地震响应分析、以及主桥墩位土层砂土液化评价。
7 结束语
荆沙长江 已于1998年3月28日正式开工，目前大桥桩基施工已基本完成，按计划大桥将于2002年3月建成通车。届时，举世闻名的古城荆州将耸立起一座具有现代化水平长江大桥，实现荆州人民“一桥飞架南北，天堑变通途”的美好梦想。
附图：
