1 概况
东海大桥（图1）是上海国际航运中心的集装箱深水港重要的配套工程。工程起始于上海南汇芦潮港，在浙江省嵊泗县崎岖列岛的小洋山岛登陆，全长32.5km。是洋山深水港区唯一的陆路集疏运通道，为外海孤岛上的深水港区提供交通和水、电、通信等服务，满足2020年洋山深水港区交通量的需求。桥区海域海势稳定，海床较为平坦，水深一般在8～12m，标高-7.5～-12.5m。近岸浅水区水深0～5m（500m），近海桥区海域水深约8～25m，大桥东侧及东端小洋山为一系列面积狭小岛屿，呈鸡爪地貌。
图1 上海东海大桥全景
本海区潮汐主要受东海前进潮波控制，潮汐类型属非正规半日浅海潮型，
最大潮差为4.70m，平均潮差为2.78m，最大潮流流速为3m/s。
本区位于北亚热带南缘，四季分明、降水充沛、气候变化复杂。多年平均气温15.8℃，多年平均降水量1100mm，实测最大风速35.0m/s（风向NE）。值得一提的是本地区热带气旋较为频繁，7级以上，平均每年3.6 次，最多达7次。
东海大桥地处杭州湾、长江口和东海的交汇处，受外海的风、浪、流、潮、雾、雨等天气和海况影响极大，年有效作业天数少于50％。
该区段基岩埋藏较深，基岩面标高由北向南逐渐抬高，标高为-230～-160.0m。桥址地质条件简单，可选择灰～灰黄色粉细砂作为桩基持力层，桩长普遍在55m以上。
大桥采用双向六车道加紧急停车带的高速公路标准，桥宽31.5m，分上下行双幅桥面， 设计行车速度80km/h，设计荷载等级为汽车－超20级、挂车－120，并按全桥集装箱重车满布，车辆轴距为10m进行计算复核。最大纵坡：≤5%，桥面横坡：2%，设计洪水频率：1/300，设计风速： 10m高百年一遇10min平均最大风速42.16m/s，大桥设计使用寿命为100年 。
海上段共设4处通航孔，其中全长830m的主通航孔斜拉桥距芦潮岸新大堤约为16.5km，满足5000吨级船舶双向通航及部分万吨级船舶在一定水位条件下单向通航。主通航孔防撞按万吨级海轮设防，船撞力顺桥向24000KN,横桥向48000KN。副通航孔满足1000吨级或500吨级船舶通航。按烈度7度进行抗震设计。通航孔重要性修正系数采用1.7，非通航孔重要性修正系数采用1.3。
2．主体结构
（1）总体设计
芦潮港新、老大堤之间约2.3km的陆上段；新大堤至小洋山前沿大乌龟岛之间25.3km的跨海段；以及大乌龟岛经颗珠山岛至小洋山岛之间约3.5km的港桥连接段。
桥梁跨径布置（图2）：
陆上段：2x28m+25x30m+8x28m+2x30m+2x32m+37x30m=2264m
海上段：44.5m+25x50m+43x59m+（70m+120m+120m+70m（500吨级副通航孔））
+91x60m+（80m+140m+140m+80m（1000吨级副通航孔））
+45x60m+45x70m+（73m+132m+420m+132m+73m（5000吨级主通航孔））
+79x70m+（90m+160m+160m+90m（500吨级副通航孔））+30x70m+8x50m=25321.5m
港桥连接段: 589m开山道路+1220m海堤+（（颗珠山大桥）：7x50m(西引桥)+（50m+139m+332m+139m+50m（主桥））+12x50m(东引桥)=1660m）=3469m
图2 东海大桥桥式布置
（2）主体结构设计与施工
1）陆上段
位于芦潮港新、老大堤之间，采用30m跨预应力混凝土连续等高度箱梁。主梁采用单箱双室截面，大悬臂（4m），梁高1.6m，每五跨一联，在支架上浇筑混凝土。桥墩采用板式墩身，基础采用Φ600mmPHC管桩。
2）海上段非通航孔
①上部结构设计
深水区段采用60m、70m跨预应力混凝土等高度连续箱梁。连续梁按总体平面布置分为直线段、R=2500、4000m标准曲线段和曲～直过渡段。除特殊区段外，两幅桥相互独立，净距1m,桥面全宽31.5m。主梁采用单箱单室、大悬臂箱梁。主梁采用 C50级高性能混凝土。箱梁采用整孔预制、整孔吊装，先简支、后连续的施工方法；边跨端横隔板厚度0.8m，与边跨梁体一并预制浇注；中跨箱梁支座断面设置后浇横隔墙，与支座尺寸相适应，中横隔墙厚度1.6ｍ。箱梁中心线处的梁高4.0m，顶面设2.0％的横坡。顶板全宽15.25m，其中标准段顶板悬臂4.0m，顶板外侧0.2m宽的翼缘板与栏杆一并后浇，一则可以减轻箱梁吊重，二则后浇混凝土作为横向预应力的封锚，在海洋环境中起到很好的防腐蚀作用。顶板厚度0.2～0.55m，墩顶湿接头附近局部区段厚度0.7m；腹板厚度0.4～0.7（0.75）m；底板0.25～0.4，墩顶湿接头附近局部区段厚度0.7m。
箱梁配置体内预应力束，并预留体外索构造，作为备用束。每五～六跨一联，联长350m左右。中间一至两墩设固定支座，其它各墩设纵向滑动支座。箱梁基本参数见表1、箱梁横断面见图3。
图 3 海上段非通航桥标准横断面
中孔预制梁长69.2m，起吊重量1977t；边孔预制梁长69.12m，起吊重量2015t。
为了便于预制，提高制梁台座及模板等通用性，曲线段及曲～直过渡段预制梁体的设计与标准直线段相同，仅顶板悬臂长度根据曲率调整，顶板后浇段长度与标准设计不同，其与栏杆一并后浇。
主梁采用纵横双向体内预应力体系，不设置竖向预应力，预留体外预应力束管道作为后期应力储备。纵、横向预应力束均采用Φj15低松弛高强度钢绞线，Ryb=1860Mpa，夹片锚。纵向预应力束规格两种：12-Φj15、17-Φj15；横向预应力束采用3-Φj15，扁锚。梁体预应力束的配置，考虑了梁体形成、运输、起吊、架设成简支状态、现浇湿接头转换体系为连续等不同的施工过程及运营状态。
预留体外预应力束采用防腐钢绞线，每孔梁4束12-Φj15，锚固在横隔墙上。每孔梁靠近顶、底板分别布置两束预应力，预应力合力与梁体轴线基本重合，为中心配束。在运营期间，桥面铺装维护、修补可能导致二期恒载发生变化，需通过预留体外预应力束来调整。体外束具有施工方便、无需压浆、易于更换的优点，因此，采用体外防腐预应力作为预留措施。
②下部结构设计
60、70m跨下部结构基础大部分采用Φ1.5m的钢管桩、预制混凝土套箱承台、预制墩身。低墩基础布置图见图4。
图4基础布置图
钢管桩采用开口桩，桩径1500mm，采用Q345C钢材。选用的焊条（或焊丝）应与母材相同，或腐蚀电位比母材电位正的材料。选择卷制直焊缝或螺旋焊缝，自动焊。钢管桩组装时采用对接焊缝，不得采用搭接或侧面有覆板的焊接形式。
第一弯矩零点普遍在－22m～－28m处,故上节桩长33m段壁厚25mm，采用卷制直焊缝；下节壁厚18mm，采用螺旋焊缝。管壁厚度考虑了4mm的预留腐蚀厚度。
钢管桩与承台之间连接：具体作法是将钢管桩伸入承台内1.5m，在桩顶下7m段用混凝土填芯，并设置钢筋笼。
③施工
在海岛上开辟的预制场台座上简支预制60m、70m整孔箱梁，然后通过横移、纵移至出梁码头、海上运输至桥位，60m跨箱梁采用大型2500t浮吊“大力号”安装；70m跨箱梁采用“运、吊”一体化的2500t专用船“小天鹅号”安装（图6），将主梁整体吊装到墩顶可调节的临时支座上简支搁放，最后浇筑墩顶现浇段，形成五跨一联的连续梁结构(图5)。
非通航孔桥墩采用钢筋混凝土空心薄壁墩，占总数80%的低墩采取在预制场制作，海上整体吊装（图7）；少量中高墩采用海上拼装或现浇。基础主要采用Φ1500mm钢管桩，大型打桩船海上沉桩。海上安装带钢底板的预制混凝土套箱，现浇承台混凝土。
图5整体箱梁架设流程
图6 2500t浮吊整体安装箱梁
近岸浅水区段、近岛区段采用50m跨预应力混凝土连续梁，梁高3.5m。基础采用钻孔灌注桩。近岸浅水区段主梁采用移动支架施工；近岛区段PM451～PM459墩箱梁采用顶推法施工(图8)。箱梁位于R=2500m的圆曲线上，为8×50m等跨连续，顶板宽15.25m，底板宽7.25m，梁高均为3.5m。顶推梁采用多点顶推，两幅桥梁端各设一个钢导梁，平行的两幅桥交替进行施工。
图7墩采取预制海上整体吊装
图8近岛区段8x50m主梁采用曲线上顶推法施工
3）海上段主通航孔斜拉桥
①结构布置
该桥为主跨420m钢－混凝土箱形结合梁双塔中央索面斜拉桥(图9)。斜拉桥采用五跨连续布置，跨径组成为（73m+132m+420m+132m+73m）=830m。该桥平面位于直线上，纵断面竖曲线半径7000m，纵坡3.0％。斜拉桥立面布置见图10。
图9斜拉桥合龙
图10斜拉桥立面布置
② 支承体系
在主塔墩、辅助墩及边墩处均设置竖向、横向支座，主塔和主梁间纵向采用液压阻尼装置以限制主梁纵向位移及改善行车条件、减少梁端伸缩缝规模、改善结构抗震性能。本桥辅助跨跨度较大，在解决恒载及活载作用下边墩及辅助墩墩顶负反力问题时采用箱内压重和体外预应力束相结合的方法。成桥状态下在主梁相应节段布置压重以使各墩在恒载作用下不出现负反力，活载作用下采用预加拉力的体外预应力来平衡上拔力。体外预应力采用钢绞线拉索，如图11 所示。
图11钢绞线拉索布置示意
③ 主梁
主梁采用单箱三室截面，梁高4.0m，混凝土桥面板宽33.0cm，其中悬臂板宽4.5m，钢底板宽20.0m。主梁混凝土标号为C60级，钢结构选用Q345qD。主梁采用较高的4.0m梁高，一是为提供足够的抗扭刚度以满足中央索面斜拉桥主梁的抗风要求，同时与相邻非通航孔高墩区混凝土主梁梁高匹配。主梁一般断面见图12。
图12 主梁一般断面
主梁标准节段为8m，塔下0＃节段分为8个长5.0m的节段，2个边跨梁端节段长6.58m。主梁混凝土顶板节段两端预留0.5m现浇混凝土接缝。主梁运抵桥位吊装后，即拼接钢主梁部分，随后现浇顶板间1.0m混凝土接缝。
主梁混凝土面板厚28cm，在腹板顶附近加厚至55cm。主梁钢结构部分截面底板及斜腹板厚16mm，竖腹板及腹板上翼缘厚24mm，塔根及边墩、辅助墩顶附近主梁钢板局部加厚。主梁横隔梁采用桁架形式以利过桥管线布置。主梁截面横隔梁板厚16mm，上翼缘板厚24mm。主梁钢结构部分和混凝土面板间设置剪力钉以使两者能共同受力。
④ 主塔
主塔为钢筋混凝土结构。在造型上塔身上段为适应中央索面布置采用倒Y形构造，下段采用实腹宽肩式墩身，见图13。主塔自塔座以上高度150m，桥面以上高110m。塔身截面中塔柱为单箱单室，其余截面为单箱双室。主塔纵向尺寸为8m，横向尺寸上塔柱7m，中塔柱4.2m，下塔柱从37m渐变为28m。主塔采用C50级混凝土。
主塔上塔柱约2/3斜拉索锚固在与塔壁刚接的钢锚梁上，其余直接锚固在塔壁上。为了平衡斜拉索在塔壁上产生的拉力或边、中跨斜拉索间不平衡水平分力，在整个上塔柱均布置有环向预应力钢筋。
图13 主塔结构图
⑤ 斜拉索
斜拉索采用高强度镀锌平行钢丝束，冷铸锚，拉索外表面采用防风雨振措施。索型为扇形中央平行索面，索面横桥向间距2.0m，每塔每索面共24对斜拉索，梁端索距8m，塔端索距约2.2m，全桥共192根斜拉索。斜拉索采用Ф7mm镀锌平行钢丝，斜拉索规格共9种，最小规格121Ф7mm，最大规格283Ф7mm。。
⑥ 下部结构
主塔墩及辅助墩均采用钻孔灌注桩基础，主塔墩每墩设38根Φ2.5m钻孔桩，桩长为110m，辅助墩设14根Φ2.5m钻孔桩，桩长为85m。为提高钻孔桩桩底承载力，桩底设置注浆盘，桩身混凝土灌注完毕后利用探测管实施桩底压浆。边墩采用钢管桩基础，每墩设22根Φ1.5m钢管桩，桩长60m。
边墩及辅助墩墩身采用空心墩，在靠近承台处设置混凝土锚梁以锚固平衡具有上拔力的钢绞线拉索，在墩身下部设置部分预应力粗钢筋并伸至承台内锚固。
⑦ 防船撞设施
在防船撞设计中采用先进的设计理念，承台桥轴线两侧设置独立的防撞墩，在主塔墩及辅助墩遭遇较大级别的船舶撞击时，防撞设施破损消能，以减小对桥墩的碰撞力和船舶破损长度，同时避免船舶前伸部分触及桥墩上部结构并保护桩基。主塔墩及辅助墩桥轴线两侧设置固定式防撞体系以抵抗船舶的撞击力。
⑧ 主梁架设和施工控制
索塔下横梁无索区和边跨梁段、辅助墩顶梁段采用大型浮吊吊装，运用轨道导向装置牵引就位。标准梁段采用桥面吊机吊装(图14)，高强螺栓拼接钢主梁部分，然后浇注顶板湿接头混凝土。中跨合拢利用两侧吊机对称架设中跨合拢段, 高强螺栓联结，浇注湿接头混凝土，混凝土达到设计要求后张拉相应纵向预应力。
主通航孔斜拉桥施工过程中采用主梁线形及索力进行双控，及时掌握结构实际状态，对施工步骤及控制条件作出调整，通过索力和标高的调整来获得预先设计的结构应力状态和几何线形，保证成桥线形与结构安全。
本桥施工监控数据采用“无应力状态控制法”，即以成桥状态各单元无应力长度和无应力曲率作为安装过程控制量，实现成桥目标自动逼近。斜拉索原则上采用两次张拉到位。全桥合拢时达到了毫米级的精度，使监控系统达到了较高的水平。施工阶段塔梁结合部采用铰接支承体系，给斜拉桥施工带来了新思路、新工艺。
图14斜拉桥主梁施工
4）海上段副通航孔
东海大桥设三个副通航孔，跨径分别定为120m、140m、160m。桥梁结构全部采用变高度预应力混凝土连续梁桥（图 15）。主梁采用单箱单室、大悬臂箱梁。主墩处梁高为中跨的1/17.5，在跨中及端支点处梁高为中跨的1/35(1/40)，梁底以抛物线过渡。桥墩采用空心薄壁墩，φ2500mm钢筋混凝土钻孔灌注桩基础。除墩顶节段在支架上现浇外，其余节段采用挂篮平衡浇注法施工。
图 15海上段副通航孔桥型立面与横断面图
（5）港桥连接段
工程设计范围为桩号K27+579至K31+047.929，全长为3468.929m，工程内容包括大乌龟岛和颗珠山岛开山路段设计、大乌龟岛和颗珠山岛之间的海堤路段设计以及颗珠山岛至小洋山岛的小城子山之间的颗珠山大桥。 颗珠山大桥跨度布置 ：
7x50m(西引桥)+（50m+139m+332m+139m+50m（主桥））+12x50m(东引桥)=1660m
海堤工程位于港桥连接段的大乌龟岛～颗珠山岛之间，全长1.22km，海堤工程在外海深厚软土筑填，最大填土近30m，地质条件差，集拦海大堤、堤防工程和高速公路为一体的综合性工程，也是规划洋山西港区后方陆域围堤边界。
颗珠山大桥工程主桥无通航要求，但主槽深达30m，且水流速度较快，施工困难较多。经比较主桥采用大跨，主孔一跨越过深槽。采用跨径为50m（过渡孔）+139m（边跨）+332m（中跨）+139m（边跨）+50m（过渡孔）的双塔双索面钢和混凝土结合梁斜拉桥（图 16），全长710m，桥面宽度35m。半漂浮体系，梁、塔间纵向共设4个2000KN粘滞阻尼器。扇形索面布置。主梁采用双钢主梁加钢横梁断面。钢主梁高度2.7m，宽度2.5m。标准钢横梁间距4.5m。主塔采用门式造型。斜拉索采用高强度镀锌平行钢丝束，冷铸锚，拉索外表面采用防风雨振措施。梁上标准索距9m，塔上标准索距2m。主塔基础采用φ2500mm钢筋混凝土钻孔灌注桩基础。
图 16颗珠山大桥桥型图
施工：钢结构在制作厂预制，将主梁与横梁拼装成节段，五段预拼装后水上运输至桥位吊装。标准节段采用桥面吊机安装，0#段等采用浮吊安装。桥面板提前预制，完成后养生五个月后，才能到现场安装，先边跨合龙，再中跨合龙。
3.主要技术特点和创新点
（1）对海洋通航孔设置、标准的论证、不良气候条件下工程措施研究、车辆荷载标准的论证，弥补了我国现行桥梁规范未涵盖的内容。
（2）国内首次对海洋水文条件、波浪、水流作用分析与试验，探明了作用机理，提出了分析方法。
（3）国内首次在桥梁工程中从结构设计，材料、施工、检测维护等方面系统地进行了结构耐久性的综合研究，提出了满足100年使用寿命的防腐蚀方案和技术要求，并在工程中应用。
（4）利用地面及海洋重力、DTM数据、最新地球重力场模型和GPS技术，经大地水准面的严密理论分析，实现了海上30km的超长距离单向高程传递；建立了高精度平面控制网，把大陆平面基准成功传递至海岛；解决了传统测量手段无法做到的海上远离岸线打桩动态全自动定位。
（5）运用蜂窝式钢套箱建造海上大型基础的施工技术首创了把桩基，承台施工，混凝土养护整合在一体的施工设施上，成功地将十几道工序有机地整合，缩短了工期，降低了风险，保证了质量。
（6）国内首次提出了大型箱梁陆上预制，海上整体吊装的一体化施工创新理念，大量海上工作转化为陆上完成。一次预制大型箱梁达70m长，为国际首创。成功解决了超大、超重（2000t）箱梁整体预制、场内移运、海上运输、安装及可靠连接等技术难题。
（7）首次采用整体预制吊装钢筋混凝土套箱技术，完成了海上大规模桥梁承台的施工。解决了预制钢筋混凝土套箱一次安装就位与水下阻水、封底等技术难题，有效地避免海浪对套箱安装与承台施工的影响，同时钢筋混凝土套箱为承台结构的一部分，在施工完成后不拆除，降低了海上施工风险与工程费用。
（8）国际上首次在斜拉桥上采用开口钢箱与混凝土桥面板结合断面。成功解决了钢梁和混凝土桥面板连接部位的防腐蚀及大节段整体化工厂预制与现场安装等技术难题。
（9）国际上首次建立了桥梁颤振概率性评价和可靠性分析方法、等效风荷载计算方法，提出了适合于外海最大风速区建造大跨度斜拉桥的有效且经济的颤振控制措施。
（10）在国内首次开发了一种刚柔相济用于集装箱车道的公路桥梁防撞护栏技术，既能较好防止护栏被撞后桥梁结构破坏，又能防止车辆翻出桥面掉入大海，同时能阻止车辆撞击护栏反弹造成二次事故。
4.有关资料
工程获奖情况
桥 名：上海东海大桥
桥 型：主通航孔为钢－混凝土箱形结合梁双塔中央索面五跨连续斜拉桥
跨 径：主跨420m
桥 址：上海－洋山深水港区海面
建设单位：上海同盛大桥建设有限公司
设计单位：上海市政工程设计研究总院、中铁大桥勘测设计院有限公司、中交第三航务勘察设计院
施工单位：中铁大桥局股份有限公司、上海建工(集团)总公司、中国交通建设集团有限公司、上海城建（集团）公司、青岛双瑞防腐防污工程有限公司等
钢材用量： 34万吨
混凝土用量：160 万立方米
造价：105.3亿
建成日期：2005年12月
