江阴长江公路大桥的设计要求

1. 江阴长江公路大桥的设计要求

长江江阴河段河道稳定、微弯，在江阴市的西山突出江中，江面最窄处约1400米，基岩裸露，系石英砂岩和含粉砂泥质岩组成，岩体呈背斜构造，岩层向江中倾斜。西山桥位靠近南岸侧为深泓区，水深达55~60米，江中心亦在30米左右，只靠近左岸约200米范围才是10米以内的浅滩区。桥位区在地质上无大的断裂带和活动断裂带，属6度地震区。根据交通量分析与预测，15年后交通量将达到75000辆/d，设计高速公路为2×3米车道，设计车速100km/h。车辆荷载为汽车-超20级，挂车-300(考虑该桥位于港口附近，集装箱运输车辆较多)，车道折减和长度折减，偏载增大等折减为40.0KN/m，同时在车行道利用风嘴两侧设有检修道，人群荷载为3.15kN/m。设计风速为40.8m/s。

2. 江阴长江公路大桥的工程结构

 1996年初完工的江阴长江公路大桥北锚旋大型深沉井重达7.6万吨，高达58米，平面面积足有九个半篮球场大，可承受主缆拉力6.4万吨，为“世界第一大沉井”。  1998 年7月16日，气贯长虹的“国内第一缆索”江阴大桥主缆开始架设，主缆直径达86．6厘米，由2.2万根直径5．35毫米的镀锌高强度平行钢丝组成，总重量达1.7万吨。主缆钢丝累计长度达10万公里，可绕地球两圈半。1999年2月展开的大桥照明工程，采用国际先进灯具，实施最佳照明组合方案，将创造出与国外大型桥梁媲美的一流照明美化效果。江阴长江公路大桥收费站设在大桥北岸，共有32个收费口。江阴长江大桥北接线广靖高速公路为苏北第一条六车道高速公路。江阴长江公路大桥，是国家“九五”期间重点建设项目，是国家”两纵两横”公路主骨架中同江至三亚国道主干线及北京至上海国道主干线的跨江“咽喉”工程。大桥按六车道高速公路标准设计，设计行车速度为100km/h，桥面宽33.8m，桥下通航净高50m，可通航五万吨级巴拿马散装货船。该工程于 1994年11月22日正式开工建设，1999年9月28日胜利建成并正式通车。工程决算27.2996亿元，比概算33.74亿元节省了6.4404亿元，工期提前55天，使大桥自身可提前收益2600万元。  悬索桥结构江阴长江公路大桥，悬索桥结构。主跨1385m。门式钢筋混凝土塔柱，柱高193m，中设横梁三道。悬索桥的主缆是全桥最重要的承重构件，主缆的长度和线型对全桥的几何形状具有决定性影响。江阴大桥的主缆采用预制平行索股法(PPWS)编制而成。每根索股由127根直径5.35mm、强度1,600MPa的高强镀锌钢丝所组成，重50t。索股长度为2,180m，两端采用套筒式热注锚。锚杯用铸钢制成，内浇锌铜合金。索股在工厂内加工后，绕卷在卷轴上，运往工地。主跨的主缆由169根索股构成，共21,463根钢丝。边跨比主跨增加8根索股。主跨主缆直径达876mm，边跨主缆直径达897mm，主缆用高强镀锌钢丝达16,800t。江阴大桥的悬挂系统主要由安装在主缆上的索夹、吊索和安装在钢箱梁上的耳板组成。吊索间距为16m，吊索长度大于10m的用直径5mm平行钢丝索股，而小于10m长的吊索用直径80mm的钢丝绳，其柔性较好，适用于刚度较大的短吊索。主缆钢丝在跨过塔顶和进入鞍部分散锚固时，对混凝土都会产生很大压力，故必须设置鞍座和散索鞍。在江阴大桥中，这些构件都采用铸焊组合件，每个鞍座包括底板重达172t，散索鞍为78t。主跨钢箱梁安装过程中，主跨主缆垂度在不断变化，使主塔两侧主缆的倾角也产生变化，水平力亦不相等。这一水平力差将对主塔根部产生很大的弯矩，故在主缆架设过程中，移动鞍座的位置调整主缆倾角，减少了主塔根部弯矩。作为桥面板的主梁采用扁平闭合流线型断面。主梁断面的选择是通过节段的风洞试验最后确定。梁高3m，梁的总宽36.9m。其中桥面宽29.5m，两侧风嘴各宽1.5m，风嘴外侧设人行道、栏杆和检修车轨道，每侧宽2.2m。全桥钢箱梁分成87节梁段，总重量18,000t。每一标准梁段长16m，跨中段长18.2m，两端梁段长9.33m。吊装节段长32m，即由两个标准段拼装后吊装。箱梁采用英国合金钢的正交异性结构。顶板厚12mm；底板厚10mm。箱内横隔板间距3.2m。加劲槽形肋用6mm厚的钢板轧制。减轻钢箱梁重量从而减少对主缆的拉力和对锚碇的负担。钢箱梁制作钢箱梁的制作是采用工厂预制顶底板与横隔板的加劲板单元和风嘴的角单元，然后水运到离桥位不足1km的拼装场胎架上组拼成箱梁节段，在这胎架上考虑了焊接变形和安装的预拱度，这样保证了钢箱梁在高空焊接时吻合性好。钢箱梁的吊装是用液压式跨缆吊机，把驳船运来的钢箱梁节段从水面提升到设计高度，用吊索把它固定到位。对于靠岸的南北各三个节段，由于水浅不能直接起吊，采用摆宕方法吊装。钢箱梁内外都采用油漆喷涂，但因箱内密闭、不通风，故而设置了除湿系统，使空气湿度保持在40%以下，大大延缓了钢板锈蚀。 南塔基础采用直径30m，长35m的嵌岩钻孔灌注桩，在桩顶浇筑承台。桩基和承台共用混凝土1.15万m3。 南锚碇位于山体上，由于岩性节理发育，采用重力式嵌岩锚。在碇体的前沿做成带齿坎的斜面，增加抗滑力。北塔处覆盖层厚度达80m，由固结度较差的饱和松软土层随深度加深，逐渐由松软的亚粘土和粉砂土变为紧密含砾石中粗砂。采用直径2.0m的96根灌注桩组成的群桩基础，平均桩长85m。为减少承台平面尺寸，桩距采用规范规定的最小值，桩的倾斜度限制在1/200。对于难度这样大的群桩基础施工，工程上利用引桥桩基先行进行了工艺试验，并做了2根试桩确定单桩承载力，使原设计的北塔123根桩减为96根，节省投资，加快了进度。承台和桩基的混凝土用量达5万m3。北锚处覆盖层厚达100m，在地面以下40m范围内主要是松散的细砂土和亚粘土逐步到紧密细砂层，地下40-50m为硬粘土层，以下为紧密含砾石中粗砂。该北锚结构是大桥的关键部位之一，设计中采用浅埋、中埋扩大基础、群桩基础、地下连续墙多方案比较，最后选用尺寸为51mx69m的沉井基础，沉井内分36个隔仓，沉井高度58m，共分11节，最下面的一节高8m，采用带有尖角刃脚的钢壳混凝土，以上10节均为高5m的钢筋混凝土结构。沉井下沉高程为-55.6m，顶部高程为2.4m。为了保证锚体的平衡，在沉井下沉到位后封底，在沉井前面(靠北塔侧)三排的18个仓中注水，第四排和第五排及第六排中间2个共14个仓中填砂，第六排其余4个仓填充片石并注浆。北锚碇要承受2根主缆传来的640MN的拉力传递给沉井和基础，是一个以承受水平力为主的结构。沉井在整个施工和营运期受力不断变化。在这些荷载作用下沉井地基受到不均匀压力并产生沉降。故在主缆架设以前，为减少沉井向后倾，在锚碇后缘5m的混凝土压块暂不浇筑，待加劲梁架设以后再浇筑这锚块。设计允许锚块可以向前水平位移100mm，通车至今实际水平位移不到25mm。南北塔相同，为双柱加三道横梁的门式框架钢筋混凝土结构，主要承受由索鞍传来的竖向荷载以及横向的风载、地震作用。塔柱为双室箱式结构，两室分别安装检修电梯和检修人梯。横梁也为双室箱式预应力混凝土结构，横梁高11m，下横梁上支承主梁和边跨的混凝土箱梁。塔身采用爬模施工，北塔每次爬升6m(南塔爬升4.5m)。为便于钢筋绑扎、立模和测量控制，采用劲性骨架定位。在塔身浇筑高度超过横梁顶一定高度后，用直径为900mm钢管支模浇筑横梁，分两次浇筑两次张拉。南、北塔塔身及横梁各使用混凝土1.93万m3。 在桥型方案设计竞选中，考虑到桥塔的稳定、对航运的影响、施工难度和节约投资等，最后选择了主桥的桥跨布置为(336.5+1,385+309.34)m。全桥长3,071m；主跨是单跨简支钢悬索桥，而两个边跨主缆为直拉式。边跨均采用预应力混凝土连续梁。南边跨考虑避让保护文物--江阴要塞古炮台，采用2×60m+40m三跨连续梁。北锚碇离长江大堤净距达200m以上，保证施工中大堤稳定。北边跨为50m+70m+50m+3×50m二联连续梁，边跨的梁高和主跨相同。北引桥采用50m和30m的预应力简支T梁，纵坡为3%，坡长达1,500m。 在桥面上每增厚10mm的桥面铺装，桥面将增加10,000kN荷载，加大了对北锚碇的压力。江阴大桥采用了48mm厚的浇注式沥青混凝土 （沥青马蹄脂）作为铺装层，浇筑式沥青混凝土是一次摊辅，表面撒铺了包裹着沥青的粒径为14mm的石子，轻轻地碾压，以保证表面粗糙度，在其下各层分别是作为防水层的沥青橡胶基层，由可溶性橡胶沥青组成的粘接底层和在钢板面上用环氧富锌漆涂装的防锈层。钢桥面的沥青混凝土铺装要解决高温稳定性，低温抗裂性，常温抗疲劳和各层粘接力问题。故通过大量试验选择材料、配比以满足各种性能和指标。