1 概况
荆州长江大桥位于湖北省荆州市, 全长4177.60m,由北汊通航孔桥、三八洲桥、南汊通航孔桥组成。北汊通航孔主桥主跨采用500m混凝土斜拉桥 (图1)。
图1 荆州长江大桥全景
桥位处江面宽约2350m,江中有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,三八洲宽约1100m。覆盖层为粘土、砂、卵石、砾砂。基岩为泥岩、粉细砂岩,基岩埋深116-128m。多年平均气温16.3℃,百年一遇10m高10分钟平均最大风速为21.0m/s 。
大桥采用四车道高速公路标准,桥面宽度21.5m;设计速度100km/h;地震基本烈度7度;北汊通航净高18m、净宽不小于500m。
2 北汊通航孔主桥结构
主桥为(200+500+200)m双塔双索面PC斜拉桥(图2),采用全飘浮体系,主梁采用预应力混凝土肋板式连续梁。斜拉索索面按扇形布置,每一扇面由31对斜拉索组成,索塔上横梁下设一对0号斜拉索。索塔采用H形结构。
图2 北汊桥桥型布置
(1)索塔基础
图3 索塔基础
两索塔均采用22根直径2.5m钻孔桩,为磨擦桩。承台直径33.0m,厚6.0m(图3)。采用双壁钢围堰施工,内径32.2m,外径36m,壁厚1.4m,高23.7m,分四节,每节分6片。封底混凝土厚4~5m。
(2)索塔
主跨达500m,为抗风安全宜选择空间型的索塔,但本桥南汊通航孔桥为300m主跨高低塔斜拉桥。如采用空间型索塔,全桥视角上会很不美观。考虑到与南汊高低塔景观上的协调性,北汊通航孔桥采用H型索塔(图4)。
图4 索塔
图5 索塔施工完毕,0号块浇筑
北塔承台以上高139.15m;南塔承台以上高150.25m。下塔柱下均设有5m高的塔座。横梁高4米,下横梁为6m,塔身及横梁均为空心截面。上塔柱高54.35m,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。上塔柱拉索锚固段采用了环向预应力。
(3)主梁
主梁采用预应力混凝土肋板式连续梁。梁顶宽26.5m,底宽27.0m,双主肋高度为2.4m,标准梁段肋宽1.8m,桥面板厚度为32cm 。为了消除边墩支座的负反力并增加结构刚度,两边跨自梁端起长68m范围内采用加大主肋宽度的方法施加压重。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。除上述节段外,其余节段均为标准节段。主梁中设置了126道横梁(每对拉索处设一道),横梁厚度为30cm。
图6 主梁
图7 双悬臂挂篮现浇
图8 主梁有临时墩施工
(4)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4m,标准间距8m,塔下第一对斜索与直索间距11.5m,拉索最小倾角23.554°。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7510KN。
(5)主梁施工
根据成桥状态确定的梁索布置,主梁共分为128个悬臂现浇节段,采用挂兰对称悬浇施工,边跨不设支架现浇段和合拢段,直接由挂篮施工至交接墩。中跨设2.8m合拢段,采用临时刚性连接,水箱压重并与施工过程同步卸载的方法施工。
3 主要技术特点和创新点
(1)主跨500m预应力混凝土斜拉桥,跨度居亚洲第一,世界第二。采用肋板式轻型断面,主梁恒载重量仍超过5万吨,拉索对数达126对,技术难度大。是世界上首座跨度达500m的肋板式断面预应力混凝土斜拉桥,建设规模和技术难度居同类型桥梁世界之最。
(2)在确定斜拉桥成桥状态时,首次采用PC斜拉桥合理成桥状态的原理,在斜拉桥成桥状态的确定时综合考虑结构重力、汽车荷载和预应力等主要荷载,其它荷载则放在确定合理的成桥状态后考虑。这种将次要影响因素从确定成桥状态的过程分离的设计方法,极大地提高了设计效率。
(3)主梁采用双主肋断面,预应力布束空间受到限制。预应力设计时根据各截面在施工阶段和成桥阶段应力变化情况,将部分后期束放在施工阶段张拉,有效地避免了后期张拉过长的预应力连续束,提高了预应力的效率,减少了预应力的数量,较好地解决了布束空间受限的问题。
(4)提出了经济合理、操作简便的PC斜拉桥合拢方案和解决主梁在体系转换过程中发生纵飘的方法。
(5)对C60高强砼的配合比设计和工作性能进行了深入研究,并在本桥得到了大规模成功的应用,为高强混凝土的研究及应用提供了借鉴。
(6)采用粘性剪切型拉索减振装置,对拉索的风雨振取得了良好的减振效果。
4.有关资料
桥 名:荆州长江大桥
桥 型:双塔双索面三孔连续PC斜拉桥
跨 径:500m、300 m
桥 址:湖北省荆州市
设计单位:湖北省交通规划设计院
施工单位:湖南路桥建设集团公司
中交第二航务工程局
湖北省路桥公司
混凝土用量:221076m3
钢材用量:23273t
造 价:13.73亿元
建成日期:2002年9月