1.概况
湛江海湾大桥位于粤西雷州半岛东北侧，大桥全长3981m ,主桥主跨480m混合梁斜拉桥（图1）。
图1：湛江海湾大桥全景
桥址所处湛江海湾，濒临南海，桥位处海面宽2.5km，最大水深20m，具有10m等深线的距离宽约800m。潮流占绝对主导地位，为往复流。桥址区为第四系地层所覆盖，基岩埋深达250m。湛江地处南亚热带，属季风气候，夏秋常有热带气旋侵袭，最大风力在12级以上。年平均气温23.1℃，年平均降水量1534.6mm。
大桥采用一级公路兼顾城市快速道路标准，设计速度80km/h，双向四车道，远期考虑六车道划线；通航标准：通航船舶等级50000t级散货海轮，通航净高48m，净宽不小于400m；设计风速：45.1m/s（10m高10分钟百年一遇平均最大风速）；地震烈度：7度，按8度设防。
2.主桥结构
主桥设计应解决所面临的强风、强震及湛江特有地层软基等问题，经多方案技术、经济比较，跨越主航道采用主跨480m双塔双索面混合梁斜拉桥，其跨径组成为180+480+180m，其中180m边跨又分为60+120m两个小跨，成为五跨连续结构全长840m（图2），桥面宽28.5m，主梁为混合梁，流线型闭合式箱梁，梁高3.0m，其中每侧边跨61.8m为预应力混凝土箱梁，剩余761.4m为钢箱梁；塔梁交叉处及各墩墩顶均设置纵向大位移量活动支座，为了抵抗纵桥向地震作用，在塔梁交叉处梁底设有STU抗震支座；钢箱梁桥面铺装采用5cm环氧沥青混凝土，混凝土桥面铺装采用7cm改性沥青混凝土。
图2 总体布置（单位：cm）
（1）塔墩基础
主塔墩（47、48号墩）（图3）基础设计既要满足结构自身受力需要，又要能抵抗50000t 级散货船舶撞击力的作用。根据船舶撞击力及防撞方案研究报告，塔墩基础最大正撞击力为84MN，经防撞装置消能后撞击力降低至63.2MN。本桥两个塔墩基础均采用31根直径2.5～2.9m变截面钻孔摩擦桩基础，桩长分别为104m（47号墩）及100m（48号墩）。承台平面为尖端型，端部倒圆，厚6.5m。
图3：塔墩基础图
图4 主墩柔性消能防撞设施
塔墩采用浮式消能防撞设施（图4），该设施沿承台周边布置，外形轮廓长62m，宽43m，高10m，单侧壁厚6.5m。防撞设施主体外面还设置消能箱，并系圆筒形橡胶件。本桥防撞设施通过退缩、转向的方式不仅可以削弱船舶撞击的能量，保护桥墩，而且对船舶和防撞设施本身都可起到保护作用。
（2）主塔
主塔采用大半径曲线形钢筋混凝土塔柱（图5），单箱单室截面，C50混凝土。塔高155.11m，桥面以上塔高103m。中、上塔柱呈曲线形，内外曲线均为曲率相同的圆曲线，半径360m，圆心分别位于相应曲线顶端的平面内，这样处理，实现塔柱截面尺寸的逐渐变化，适应结构内力的需要，又方便施工。横桥向曲线形两塔柱在顶端微合，中间以弧形板连接。上、下圆弧均与塔柱内侧曲线相切。塔柱截面外轮廓纵横向尺寸从顶部的6.0m×3.2m逐渐过渡至塔根的8.0m×8.0m，截面壁厚0.7m～1.3m。
图5 主塔
为了承受中、下塔柱反向在横梁内产生的拉力，在横梁内配置19Φs 15.24mm预应力钢绞线。斜拉索锚固在主塔锚固区塔柱内壁的锯齿块上，为了克服斜拉索的水平分力在锚固区塔柱截面内产生拉力，在锚固区截面四周布置了直径32mm精轧预应力粗钢筋。
塔柱主筋采用φ32钢筋，截面配筋率≥1％，下塔柱浪溅区内，直径32mm主筋采用环氧涂层钢筋。另外主塔内所有临时及永久性钢构件均应经过镀锌或涂锌处理，锌层厚度不小于120μm。
塔柱采用爬模施工，上、下横梁采用膺架法施工。
（3）主梁
湛江地区是全国大陆风速最高的地区，为了减小结构的风荷载效应，主梁采用流线型闭合式箱型结构，单箱三室结构，混合梁结构型式，每侧边跨61.8m为预应力混凝土箱梁，剩余761.4m为钢箱梁。
1) 钢箱梁
主桥钢箱梁位于半径14006.299m的竖曲线上，其两端分别与伸过46号墩和49号墩1.8m的混凝土箱梁通过结合段连接，全长716.4m。钢箱梁底部为半径72.5m的圆弧，两侧配有风嘴，桥梁中线处梁高3.0m，两侧风嘴处梁高1.3m(图6)。斜拉索在钢箱梁上采用锚拉板结构形式锚固，索距16m(图7)。
钢箱梁顶板厚14mm，其下顺桥向焊有6mm厚、间隔600mm全桥连续的U型纵肋，U型纵肋开口宽300mm，高260mm，穿越横桥向3.2 m间距的横隔板或横梁，组成正交异性结构的钢桥面板；箱梁底板厚12mm，以间隔800mm的U型纵肋加固；箱梁外腹板厚24mm，间距27.7m，其上与箱梁顶板及斜拉索下锚点的锚拉板焊连；箱梁内腹板间距9.8m，除内力较大的区段及分段连接处采用实腹板结构外，其余内腹板均为空腹式结构，内腹板的设置大大增强了箱梁的整体刚度，减小剪力滞后现象。横梁是连接锚点或支点的较强横隔板，除支点处和首对斜拉索处的横梁有其特殊性采用实腹板结构外，其余横梁及普通横隔板均设计成空腹式结构，但两端剪力较大区段仍保留为实腹结构，中间部分采用空腹式结构，由角钢加拼接板连接上下横肋形式。
斜拉索在钢箱梁上采用了锚拉板结构形式，这种锚固方式传力直接，构造简单，制造、安装和养护都比较方便。锚拉板结构直接焊接于钢箱梁顶面的桥面板上，锚拉板厚20～40毫米，分为上、中、下三部分，上部和中部开槽，将壁厚20～40毫米无缝钢管制成的锚管嵌于锚拉板上部槽口中，两侧用熔透焊缝互相连接；下部直接焊在主梁外腹板顶的桥面板上。
图6 钢箱梁
图7 钢箱梁锚拉板锚固技术
钢箱梁沿桥纵向分成51个节段，标准节段长16米，重约200吨，采用正装法制造。为了保证钢梁线型－－竖曲线和中心线的准确，组装长度不应小于5个节段，并按顺序组拼，每次完成拼装3个节段，留下两段接拼。设计已考虑竖曲线及恒载对梁长压缩等的影响。
2)预应力混凝土主梁
主桥两侧边跨均为61.8m长的预应力混凝土箱梁，单箱三室结构、结构外形与钢箱梁保持一致，桥面宽28.5m，梁高3m(图8)。截面顶板和内腹板厚均为0.25m，外腹板与风嘴相结合，形成实体结构，可满足斜拉索锚固的需要，底板标准截面厚0.22m。在两墩顶附近区段，截面有所加厚。斜拉索在梁上采用锯齿块锚固，索距8m。在两斜拉索及其之间均设一道腹板厚0.3m的横梁，横梁间距4m。
主梁纵向布置7股Φj 15.24mm钢绞线索和通长的直径32mm预应力粗钢筋，其中直径32mm预应力粗钢筋为施工用索，配合混凝土的浇筑逐段张拉、锚固。在混凝土梁与钢箱梁结合段，配有连接用的直径32mm预应力粗钢筋。横梁均配置Φj 15.24mm钢绞线，根据横梁受力差异，不同横梁预应力钢绞线的数量、规格和排列有所不同。
边跨预应力混凝土箱梁采用满布膺架法分段现浇施工。
3)结合段构造
主梁钢－混凝土结合段设置在距辅助墩中心线1.8m处，这种布置可充分利用位于墩顶主梁横梁来实现力的传递，减少施工难度。尽管结合段处于支点负弯距区，但由于斜拉桥轴力较大，支点负弯距相对较小，且配置有足够的负弯距束，使全截面处于受压状态，对结构耐久性无任何不利影响。钢－混凝土结合段的内力传递及其构造特点如下：
a) 结合段的钢箱梁套在预应力混凝土箱梁之外，深入混凝土梁2.0m左右，并且全断面连接使其成为一体。两种材料在此区间的重叠，也避免了结构在材料上的突变。
b) 箱梁的上、下翼缘板通过抗剪焊钉与混凝土梁体牢固结合，并利用混凝土箱梁内的纵向预应力束加以锚固，形成弯矩的传递。
c) 通过端承压板紧贴在混凝土实体横梁的侧面上，传递轴向力。梁中的剪力则通过端面焊钉得到传递。
d) 而两种梁体在刚度上相差4倍，为了避免刚度的突变，由在钢箱梁上、下翼缘板的U形加劲肋上加焊T肋并逐渐变高而得到缓解。钢箱套于混凝土梁之外，也起到缓解刚度突变的作用。
（4）斜拉索
斜拉索采用φ7镀锌高强钢丝束斜拉索，扇形布置，Rby=1670MPa，双层护套防护，内层为黑色高密度聚乙烯，外层为浅灰色高密度聚乙烯。全桥斜拉索有85φ7、109φ7、139φ7、151φ7、163φ7、187φ7、199φ7共7种类型，合计56对112根斜拉索，最长斜拉索245.5m，单根重量16.5t，全桥斜拉索钢丝净重790t。斜拉索表面设有凹坑，梁端设有体外减振器，以抑制斜拉索风雨振。
（5）施工监控
主塔施工期间，全长210m预应力混凝土箱梁即可缩短工期，又使主跨钢箱梁架设变为单悬臂拼装施工，大大降低施工风险，工程质量易于保证。
钢箱梁架设采用桥面吊机进行悬臂对称安装，期间对边跨预应力混凝土主梁采用满布膺架法进行现浇施工，边跨合龙后，成为单悬臂继续进行钢箱梁安装，直至主跨合龙。在钢梁架设过程中，每对斜拉索均采取“一拉到位”的原则，但在挂索初期，为保证安全，前3对斜拉索采取“二拉到位”的原则。
图9 钢箱梁吊装
3. 主要技术特点和创新点
主桥采用混合梁斜拉桥体系，最大限度地改善了结构受力性能，即减轻桥梁自重，又增大桥梁刚度，降低塔根弯距，有利于塔墩基础设计。此外，在结构设计方面也有多项技术突破。
(1)塔墩防撞设计技术
湛江海湾大桥主孔通航按50000t级散装货轮标准设计，塔墩采用浮式消能防撞设施，不仅可以削弱船舶撞击的能量，保护桥墩，而且对船舶和防撞设施本身都可起到保护作用。
1）本桥率先采用柔性消能防撞设施，经仿真数值分析可使船舶撞击力下降35％左右，效果明显。
2）该防撞设施设计合理，可达到双层功效。
3）该防撞设施具有较强适应性，可在不同水位条件下满足不同船舶撞击力的需要，且易于维护管理。
(2) 斜拉索在钢箱梁上锚固设计技术
索梁锚固采用锚拉板型式，结构简洁，制造方便，易于安装与维护。由于该锚固结构还从未在钢箱梁斜拉桥上使用，其技术难点在于：锚拉板与箱梁顶板连接、锚拉板与锚拉筒连接、锚拉板面外受力、疲劳等方面。
1）为改善锚拉板根部复杂的应力状态，通过加大锚板长度与下端宽度，使斜拉索锚头尽量远离连接焊缝，以便索力传至该焊缝时应力均匀且水平较低。
2）为改善锚板根部焊缝处钢箱梁顶板Z向受拉性能，对该处箱梁顶板进行了局部加厚，并严格控制锚拉板及其与之焊接的加厚顶板的钢材硫、磷含量，板厚方向应满足Z35级拉伸性能要求。
3）为解决拉板与锚拉筒焊缝根部应力较大及集中的问题，通过有限元分析与试验研究，选取合理的圆弧半径予以缓解。
4）为解决锚拉板中部安装锚具开孔对锚板截面的削弱，沿斜拉索中线方向在锚拉板两侧面对称设置了两道加劲肋，予以补强，同时兼顾锚拉板面外受力问题。
(3)曲线型主塔设计技术
本桥处于强风强震环境，塔形构思时，优先采用A字形等具有空间稳定几何形态的结构形式，以满足结构受力需要。同时，考虑湛江是广东最南端的花园式海滨城市，桥塔等高大建筑还应与城市环境相协调，力求结构与建筑艺术的和谐统一。运用线形变换手段，将桥面以上原本直线形塔柱设计成曲线形向上顶端凝聚，使整个主塔具有火炬状升腾气势，富有生机，寓意湛江市后继勃发。
曲线形火炬状桥塔造型突破了当时国内斜拉桥主塔现有模式，为国内首创，气势磅礴，新颖美观，很好地与成为城市人文自然景观相融合。
本桥主塔造型新颖美观，在施工过程中经受了多次台风的考验，充分体现了结构的安全性。
(4)流线型空腹钢箱梁设计技术
1）带风嘴的闭合流线型钢箱梁抗风性能优越，成桥状态颤振临界风速高达150m/s以上, 远远大于主梁颤振临界检验风速。
2）设置内腹板可以增强箱梁刚度，减小剪力滞后现象，便于主梁制造、定位与架设。
3）横隔板与内纵腹板采用空腹结构，增大了箱内透空率，改善箱内作业环境，有利于制造与后期维护，体现以人为本的设计理念。
4）箱内采用空腹式结构，使全桥正交异性钢桥面板的变形性基本协调一致，延长桥面铺装使用寿命。
5）本桥采用空腹式钢箱梁，在不影响结构受力的前提下，经济性好，钢材用量指标仅为450kg/m2
4、有关资料
桥 名：湛江海湾大桥
桥 型：双塔双索面混合梁斜拉桥
跨 径：480m
桥 址：广东省湛江市
设计单位：中铁大桥勘测设计院有限公司
施工单位：广东省长大公路工程有限公司
中铁山桥股份有限公司
上海浦江缆索有限公司
混凝土用量：79582.8m3
钢材用量：170001KN
造 价：7.3亿
建成日期：2006年12月30日
