坝陵河大桥设计与施工关键技术

坝陵河大桥设计与施工关键技术2020/1/3发言提纲第一部分1.项目概况2.建设条件3.主要技术标准4.主要工程特点5.主桥结构总体设计6.创新研究7.设计创新2020/1/31.项目概况坝陵河大桥是沪昆国道主干线（G60）贵州境镇宁至胜景关高速公路上跨越坝陵河大峡谷的一座特大型桥梁。大桥位于关岭县和黄果树风景区之间，并与黄果树风景区、滴水滩瀑布风景区和坝陵河访古风景区（三国古战场）三个国家级景区一起构成了风景带。1项目概况2020/1/31项目概况坝陵河大桥离国家级风景旅游区黄果树瀑布约7km。坝陵河河谷深切400～600m，桥面至常水位面高约370m。主跨1088米的坝陵河大桥是目前国内已建成的首座跨度超千米的钢桁加劲梁悬索桥，其跨度在同类型桥梁中位居“国内第一、世界第六”。大桥工程规模大、结构复杂、技术含量高，多项技术指标为国内外首创，属世界级桥梁。全桥浇注混凝土25万方,各种钢材6.5万吨（比鸟巢多2.3万t），共用各类高栓、螺栓100多万套。总概算约14.8亿元。大桥于2005年4月18日正式开工，2009年12月23日完工通车，建设工期4年零8个月。1项目概况2020/1/32.1地理地貌2建设条件坝陵河桥址区属珠江水系北盘江流域。区内河流切割侵蚀强烈，地形破碎，岩溶发育明显，坡度大，地表常处于干旱缺水状况。2020/1/32.2气象气温常年年平均气温15℃极端最高气温33.8℃，极端最低气温-11.1℃。降水年平均降水量为1400mm。6—8月为降水集中期，月降水量一般在200mm以上。风雾全年平均风速为2.0m/s左右。100年重现期内最大风速为25.9m/s。全年有雾日约20天，大雾产生快，高度较低。灾害性天气桥位区春季多发生冰雹天气，冬季时有凌冻。全年平均雷暴日约60天，雷击覆盖整个大桥。2建设条件2020/1/32.3地震桥位区地震烈度6度，不会产生泥石流，两岸山体稳定。2建设条件2020/1/32.4工程地质图例∠60°∠75°∠22°∠60°∠55°∠80°基岩以泥岩、泥灰岩、灰岩及粉砂岩为主；岩溶和裂隙发育；边坡稳定性较好。2建设条件2020/1/32.5与黄果树等景区的关系坝陵河大桥黄果树瀑布坝陵河大桥位于黄果树等三个风景区内，要求大桥在设计和施工中严格对环境进行保护，确保大桥成为景区中的一个新的人文景观。大桥建成后将与景区的旅游资源进行整合，并一体化经营。将产生较大的社会和经济效益。2建设条件坝陵河访古区滴水滩瀑布2020/1/33.主要技术标准1)公路等级：双向四车道高速公路。2)设计行车速度：80km/h。3)车辆荷载等级：公路Ⅰ级。4)桥面宽度：引桥整体式宽24.5m，分离式宽2×12m；主缆中心距离28m，主桥面宽24.5m；其中：中央分隔带宽度：1.50m左侧路缘带宽度：2×0.50m行车道宽度：2×（2×3.75）m紧急停车带宽度：2×3.00m外侧防撞护栏宽度：2×0.50m5)桥梁纵坡:-1.1%、2.2%6)桥面横坡:双向2.0%7)地震基本烈度6度，大桥按7度设防。8)抗风设计标准：运营阶段：100年一遇，桥面高度处10分钟平均年最大风速25.90m/s；施工阶段：10年一遇，桥面高度处10分钟平均年最大风速21.76m/s；9)设计洪水频率1/300。10)设计基准期：100年。3主要技术标准2020/1/34.主要工程特点1、世界级隧道锚西岸锚碇采用隧道锚，锚洞轴线总长74.34m，后锚室左、右隧洞最小净距7m；锚洞断面尺寸：洞口10m×10.8m，洞底21m×25m；锚洞轴线倾斜度45度，底面倾角达52度，锚塞体浇筑混凝土数量2.3万方。其规模目前世界第一。四、主要工程特点2、国内首次在超千米悬索桥上使用全回转全液压桥面吊机架设钢桁加劲梁。一个节段（21.6m）安装最快速度为4.5天，平均为8天。3、设置气动翼板提高抗风稳定性采用气动翼板和桥面板中间开槽的抗风措施是国内第一次。气动翼板由骨架和蒙皮组成，安装在下检修道外侧支柱上。蒙皮采用PPS（聚苯硫醚）特种工程塑料，重量轻，可降低成本，且较好地解决了电化学腐蚀问题，理论使用寿命可达50年。4、机制砂主塔采用高标号、高扬程机制砂混凝土，进行了高扬程泵送试验，实现一次性泵送高标号机制砂混凝土垂直高度达200米。泵送试验除比较既有的人工法、直升飞机法、火箭法，还考虑了热气球法、风筝法，经过对桥位处地理、气象等条件的分析研究，从安全、经济等方面的考虑，坝陵河大桥先导索最终采用飞艇牵引法。飞艇牵引先导索法在国内，乃至世界尚属首次。该架设工艺具有安全、经济、高效、准确、环保的特点。5、飞艇施放先导索6、钢桁梁安装过程中全桥设4处铰，世界上独一无二坝陵河大桥四处过铰所需临时特殊结构和设施均系自主研发、设计、加工，经过总重62吨运梁车反复运行通过表明，结构简单、安全、实用、获得国内外同行赞扬。7、旅游桥特征明显坝陵河大桥将具有旅游功能的观光电梯和通道纳入桥梁整体设计中。在东岸桥头设置大桥监控中心，管养中心和桥梁宣教馆。并对适度范围环境进行改造，增添主题明确，美观实用的建筑物、雕塑、绿化，建成后，游人到此，进馆能获得桥梁科普知识，了解桥梁建设之艰辛，感受大桥的宏伟；北有滴水滩三级瀑布，总落差410m，宏伟多姿；向西跨越大峡谷，有关索岭景群，蕴藏着三国时期诸葛亮率关索南征到此辟道刨泉的故事，走进国家地质公园可领略距今2亿多年的古生物风采；南距大桥约2公里处，是神秘莫测的红涯天书，整座大桥与大峡谷风景融为一体。2020/1/35.总体设计方案确定：设计期间，不仅对桥位进行了比选，还作了连续刚构桥、斜拉桥、悬索桥三种桥型方案：1）主跨220m及268m的多跨连续刚构方案；2）主跨400m三塔斜拉桥；3）主跨450m两塔斜拉桥方案。由于连续刚构桥方案有数个桥墩高达300m，斜拉桥塔高达430m，高墩、高塔施工技术难度和施工安全风险较大，下部结构施工工期相对较长。上部结构因采用整体式箱梁，节段重，施工难度大。加之，大桥地处山区峡谷，山高谷深，两岸地势陡峭，场地狭窄，无钢箱梁拼装、焊接场地；桥位处河流浅、河面窄，无法通航，不能像国内外其它跨江、跨海的大跨径桥梁一样，利用船舶运输和安装架设。经综合分析、比较，最终决定坝陵河大桥采用主跨为1088m的钢桁加劲梁悬索桥。5总体设计2020/1/35总体设计根据桥位处的地质、地形条件，坝陵河大桥的桥型方案选用主跨1088m的钢桁架悬索桥，采用坝陵河两岸设塔跨越坝陵河峡谷，塔、锚均位于两岸边坡上，主缆分跨为248+1088+228m，结构体系为单跨简支，矢跨比为1/10.3。本桥为目前国内最大跨径的钢桁梁悬索桥。××××＝×2020/1/3侧面26.952°3500600280038004550/24550/28004000立面11005100900710036003500710023008004000986.5001026.5002300210045°955.500978.500955.500东锚碇结构设计-总体构造东锚碇根据地形情况采用重力式框架锚，造型美观，受力明确。锚体从结构受力和功能上可分为锚块、散索鞍支墩及基础、前锚室三部分。5总体设计2020/1/3立面侧面4000400010802500150015007309622150（路面宽度）1027.9961400主缆护室2436.1100012501000桥台1300R800胜境关（西）镇宁（东）28004300750210097013676.7平面21007005460.521004900210070012502800（主缆间距）75043004900关岭1号隧道洞口路面541.67694.21040.000（IP点）973.3912450（路面宽度）K22+325.0001035.2961028.296垫层西锚碇结构设计-总体构造西岸隧道锚为目前世界最大的隧道锚碇，结构可划分为锚塞体、散索鞍支墩、前锚室、后锚室、主缆护室三部分。5总体设计西岸锚碇采用隧道锚，锚洞轴线总长74.34m，后锚室左、右隧洞最小净距7m；锚洞断面尺寸：洞口10m×10.8m，洞底21m×25m；锚洞轴线倾斜度45度，底面倾角达52.8度。锚洞共用混凝土3.85万方，锚塞体混凝土2.3万方。其规模目前世界第一。5总体设计2020/1/3锚固系统采用可更换的预应力锚固方式，24个单索股锚固，96个双索股锚固。7001050070070070070070070070070070070070070070070045°立面布置11001100110010008600100011001100110021000170033300预应力钢束(0,0,0)IP84511001100110084511001100110056000前锚面1656010500前锚面布置锚固系统布置5总体设计立面布置前锚面布置110011001100100086001000110011001100700105007007007007007007007007007007007007007007004000017003830080000预应力钢束(0,0,0)IP45°前锚面1050020599.58451100110011008451100110011002020/1/350061550010209.4500100070018578.85005003001003954.4320立面60003400220060060085012324.418898.810060007005254.4侧面120.848127.9621106.165120120100人孔1人孔2人孔4人孔31000100索塔构造5总体设计门式框架结构，设两道横梁。•东塔：塔高185.788米。•西塔：塔高201.316米。•群桩:索塔承台下均采用32根直径2.5米的群桩基础，桩基长达60米。•施工：两岸塔柱均采用液压爬模施工，均划分为43节段，标准节段高4.5m（东）和4.95m（西）。2020/1/3852.2300×50600R50人孔300×302208.2868300×50400平面立面140468200200150150300600160R5090300×501135.6300835.630090905701152271.22602606007.5通气孔804.12271.2/22208.2/24301104.1索塔上横梁构造上横梁宽度7.5m高度10m5总体设计2020/1/3100100镇宁侧胜境关侧300×50300×30300×50300×50915.7625625915.77201001001003081.5主梁支座中心线160主梁阻尼限位挡块300×50160132.52502602606007.5通气孔300×50300×503081.5300265.75550265.75300300300100300100300300300600600立面平面下横梁宽度9.0m高度10m5总体设计索塔下横梁构造2020/1/3A大样边跨索夹（SJ7B)B大样锥形封闭索夹(SJ6、SJ6B)C大样有吊索索夹(SJ1～SJ4)1400672300主缆索夹吊索夹具吊索αSJ2SJ1SJ7BSJ4SJ3索夹布置SJ5BSJ3SJ2SJ1SJ6BSJ6SJ6BSJ6SJ7BSJ5B24102311174623661378775吊点编号镇宁(东)胜境关(西)8899索夹BACαα主缆索夹主缆索夹1400672485052DSJ5SJ5SJ5SJ4SJ4吊索夹具吊索D大样中央扣索夹(SJ5)SJ××B：边跨索夹；无符号：中跨索夹。索夹类型编号。“索夹”汉语拼音字头主缆索夹300EE-EE缆索系统总体布置5总体设计2020/1/3中央扣索夹构造5总体设计全桥共3对中央扣拉索：采用φ74mm钢丝绳，全桥共设置六对，共用钢丝绳6.6吨。5总体设计缆索系统主缆：矢跨比1/10.3；全桥共设208根通长索，两边跨各设8根背索；每根主索由91丝