1 概况
上海长江大桥为上海长江隧桥(即上海崇明越江通道)项目的桥梁部分,桥梁长10Km,主桥主跨为730m分离式钢箱梁斜拉桥(图1)。
图1 上海长江大桥全景效果
桥址由于受径流和潮流的作用,水下地形复杂,长江口为中等强度的潮汐河口,落潮流速在0.93~1.64m/s,洪峰流量56200m3/s,最大波高3.2m,相应周期4.8s,水深16~18m。地质环境较脆弱,砂土、粉性土分布多,易产生砂体液化和水下砂体滑动。地层中可能存在天然气、承压水等不利因素。长江口属东亚季风区,实测十分钟平均最大风速25.0m/s,夏季极易受台风影响。年平均气温15.6oC、降水量989.1mm、雾日28天。
大桥采用六车道高速公路标准,预留两车道轨道交通;设计速度100Km/h;通航标准: 585m×52.7m(单孔双向);桥面无车100年一遇10m高度处设计风速V10m=39.6m/s,桥面有车最大风速V=25m/s;地震烈度7度,采用二水准设防、二阶段设计的抗震设计。
2主桥结构
(1)主桥主体结构
图2 主桥布置
主桥采用107+243+730+243+107=1430m双塔双索面五跨连续钢箱梁斜拉桥,全漂浮体系,(图2)。边墩及辅助墩处设置纵向活动支座,构成全桥的抗扭支撑体系。在主墩处设有横向支座,起抗风、防震、限位作用。索塔和主梁之间纵向设高效粘滞阻尼装置。
(2)索塔基础
每个主塔基础采用60根直径φ2.5m~3.0m变截面钻孔灌注桩,变径部位标高-48.0m(图3)。南塔桩长108m,北塔桩长105m。主塔承台采用尖圆形钢筋混凝土结构,长72.20m,宽37.20m,厚6.0m(图3),每个承台混凝土15025m3,采用钢吊箱施工,钢吊箱平面尺寸76.4m×41.4m、高10m,壁厚2.0m、重1600t。封底混凝土厚2m,混凝土4200m3。
钢吊箱的壁体部分为承台的防撞体,防撞体部分采用重防腐防护。主墩塔座为哑铃形结构,塔座3.0m,每个塔座混凝土2696 m3。为了减小塔柱产生的水平力,在塔座内设置了52束φ15.24-12低松弛预应力钢绞线。
(3)索塔
索塔采用人字形独柱钢筋混凝土结构,塔高209.32m(图4)。塔柱采用箱梁断面,下塔柱由两个单箱单室渐变为一个单箱单室;上塔柱斜拉索锚固区采
图4 索塔
用钢锚箱—混凝土组合结构,钢锚箱总高55.79m,顺桥向长5.4m,横桥向宽2.5m,共分23个节段。钢锚箱重900多吨(图5)。索塔采用C50高性能混凝土,每个索塔混凝土10854m3。塔柱钢锚箱与塔柱混凝土接触面设有剪力钉,索塔锚固区进行缩尺模型试验进行验证。塔柱采用自动液压爬模逐段连续施工,标准节段4.5m。下塔柱施工时加设两道水平主动横撑,确保大倾角的下塔肢的线形及减小下塔肢因自重产生的内部应力(图6)。根据索塔钢锚箱吊装要求,采用900t.m塔吊作为索塔施工垂直起重设备。
图5 上塔柱内的钢锚箱图
图6 塔柱施工
(4)钢箱梁
钢箱梁采用分离式双主梁形式,每个箱梁为扁平闭口流线型钢箱。两主梁间距为10m,采用横梁连接。节段标准长度15m,梁高4m,箱梁全宽51.5m(含中间横梁和风嘴)(图7)。全桥共分99个节段,远期预留轨道交通设在紧急停车带处。钢箱梁用钢36000t,钢板材质 Q345qD。位于边墩、辅墩墩顶的钢箱梁采用现浇混凝土分别压重1000t、1200t。钢箱梁顶板厚16mm,纵向采用U形加劲,横向间距600mm,上口宽300mm,高300mm,厚8mm。在远期轨道交通位置下设两条倒T形加劲,增加板面刚度。内腹板板厚14mm,外腹板板厚40~60mm,内斜底板板厚14mm,外斜底板板厚12mm,底板板厚12mm。底板纵向采用U形加劲,横向间距800mm,上口宽400mm,高260mm,板厚6mm。横隔板间距3.75m,双箱中间横梁间距15m,板厚12mm。根据受力情况局部加厚。辅助墩墩顶节段为最重的节段,两节段总重约1076t。索塔上下游两侧处设置横向抗风支座,主塔南北两侧设置纵向阻尼器。拉索锚箱设在风嘴内侧外腹板上。钢箱梁经过风洞模型试验,其成桥状态颤振临界风速大于140m/s,满足抗风稳定性要求。钢箱梁外部采用电弧喷铝以及氟碳面漆的防腐方案,总干膜厚度360μm。内部采用了涂装耐磨环氧厚浆漆(总干膜厚度100μm)以及除湿系统相配合防腐方案。
图7 钢箱梁
(5)斜拉索
斜拉索采用扇形双索面布置,全桥共192根斜拉索,梁上标准索距15m,塔上索距为2.3m。斜拉索为φ7mm平行低松弛高强度镀锌钢丝,内填防腐油脂,外包高密度聚乙烯。每根拉索含151~409根钢丝,安全系数≥2.5。
(6)主梁架设和施工控制
主塔区及边跨墩顶钢箱梁采用1600t大型浮吊安装,在中跨距主塔中心156.75m设置临时墩(图8),标准节段钢箱梁采用配备液压提升系统的双桥面吊机吊装。斜拉索采用两次张拉工艺。拉索第一次张拉为不控制工况,在吊机前移起吊下一段主梁后进行拉索第二次张拉。第二次张拉需要精匹配(控制工况)。施工控制以主梁线形为主,索力为辅,并且针对主梁焊缝宽度、索塔应力及线形、主梁应力多参数多元目标进行监测。
图8 墩顶钢梁支架布置
3 大桥主要技术特点和创新点
(1)大跨度分离钢箱梁斜拉桥施工技术;
(2)公轨合建及新型结构桥梁抗风、抗震技术;
(3)桥墩基础防冲刷分析与设计技术;
(4)桥梁防船撞设计与施工技术;
(5)淡咸水交替腐蚀环境下,结构耐久性设计技术;
4 有关资料
桥 名:上海长江大桥
桥 型:双塔双索面分离钢箱梁斜拉桥
跨 径:730m
桥 址;上海市
建设单位:上海长江隧桥建设发展有限公司
设计单位:上海市政工程设计研究总院、
施工单位(主桥):上海城建(集团)公司与中港二航局联合体,中铁山桥股份有限公司、江苏中泰钢结构有限公司、江苏法尔胜新日制铁缆索有限公司、
主桥钢材用量:73811t
主桥混凝土用量:203130m3
主 桥 造 价:11.35亿元