润扬大桥工程案例分析

润扬大桥工程案例分析一、项目背景及工程概况•润扬长江公路大桥(以下简称润扬大桥)是江苏省“四纵四横四联”公路主骨架和跨长江公路通道规划的重要组成部分，北联同江至三亚、北京至上海国道主干线（沂淮江高速公路），南接上海至成都国道主干线（沪宁高速公路）。建设润扬大桥对于京沪、沪蓉两条国道主干线的联接畅通，完善我国和我省公路网总体布局，缓解过江交通难的矛盾，更好地发挥长江黄金水道的作用，加强镇江与扬州两市联系，扩大内需，拉动经济增长，实现江苏省乃至长江三角洲区域的经济共同繁荣都具有十分重要的意义。润扬大桥北自扬州南绕城公路起，跨经长江世业洲，南迄于312国道，北联同江至三亚国道主干线，南接上海至成都国道主干线。工程全长35.66公里，由北接线、北汊斜拉桥、世业洲高架桥、南汊悬索桥、南接线和南接线延伸段6个部分组成。其中南汊主桥为主跨长1490m的单孔双铰钢箱梁悬索桥，目前位居“中国第一、世界第三”。北汊主桥采用（176+406+176）m的三跨双塔双索面钢箱梁斜拉桥。从扬州南绕城公路至镇江312国道采用双向六车道高速公路标准，设计车速100公里/小时；南接线延伸段采用双向四车道高速公路标准，设计车速120公里/小时。工程概算总投资约57.8亿元，建设工期5年，于2000年10月开工，2005年5月1日提前建成通车。二、设计简介•1.主要技术标准（1）桥梁等级：六车道高速公路特大桥（2）车辆荷载等级：汽车-超20级、挂车-120（3）设计车速：100km/h（4）桥面净宽：32.5m（不含锚索区和检修道）（5）通航净空：南汊净高：海轮50m、江轮24m净宽：海轮390m、江轮700m北汊净高：18m净宽：210m（6）设计洪水频率：1/300（7）设计基本风速：29.1m/sec（8）船舶撞击荷载：南汊北塔横桥向32.7MN，顺桥向16.3MN北汊南塔横桥向19.1MN，顺桥向9.55MN（9）设计基准期：100年（10）地震设计烈度：VII度（11）设计通航水位：最高：7.34m最低：-0.43m•2.桥位和桥型润扬长江公路大桥桥位位于长江镇扬河段世业洲汊道尾端，镇扬汽渡上游约2.2km处。桥位北端位于扬州市邗江区境内的运西园林场西侧，经世业洲下新滩，南端位于镇江市润洲区龙门口附近。桥址江段被世业洲分隔成南北两汊，其中南汊为长江的主流，主要通行海轮和江轮船队,北汊为支流。世业洲长约13km,呈东西走向，平面呈菱形。由于桥位处南北两汊斜角40度，世业洲上两汊之间设R=1500m的平曲线。润扬大桥全长7371m，其中：南汊主桥采用主跨1490m悬索桥，北汊主桥采用主跨406m斜拉桥，引桥和高架桥均采用预应力砼连续箱梁桥。三.主桥结构及技术特点•3.1南汊悬索桥（1）主缆系统综合考虑桥位地形、河势、通航、桥位线型及构造统一等因素，南汊桥采用470+1490+470m三跨双绞悬索桥。矢跨比经1/9～1/10.5四种不同方案比较，在成桥状态下，根据全桥整体刚度及经济性的分析比较，确定矢跨比为1/10。主缆共两根，平面间距34.3m。采用强度1670MPa的镀锌高强钢丝，钢丝直径为5.30mm。主缆由平行钢丝索股组成，每根主缆为184股，每股含127根镀锌高强钢丝，竖向排列成正六边形，施工采用预制平行钢丝索股法（PPWS法）。主缆外径分别为895mm（索夹处）、906mm（索夹外）。主缆安全系数为2.5。索股锚头采用套筒式热铸锚，在铸钢制成的锚杯内，浇铸锌铜合金。吊索材料选用耐久性好的平行钢丝束股（PWS），为1670MPa的镀锌高强钢丝，钢丝直径5.0mm，其外采用PE防护套防护。吊索上下锚头均采用叉形热铸锚。锚杯内浇铸锌铜合金。叉形耳板与锚杯用螺纹联接。索夹分为上下两半，用螺杆夹紧相连。索夹采用铸钢，每个吊点由2根吊索组成，上下端均为销接式。由于刚性中央扣能使缆、梁在跨中处相对固定，对梁的纵横向位移进行约束，从而有效的改善吊索受力状态，尤其是跨中短吊索的受力性能，本桥设计在跨中加设刚性中央扣连接。主索鞍由鞍槽、鞍座和底座组成。鞍槽用铸钢铸造，鞍座由钢板焊成。鞍槽和鞍座焊成鞍体。为减轻吊装运输重量，将鞍体分成两半，吊至塔顶后用高强度螺栓拼接。塔顶设有底座格栅，以安装底座。鞍体与底座间设不锈钢板—聚四氟乙烯滑板，以适应施工中的相对移动。施工中鞍体相对于底座的移动，系借助设在塔顶的临时千斤顶分几次有控制地推动。到达规定移动量后，用夹件锁紧。散索鞍由鞍头、鞍座和底座组成。鞍头用铸钢铸造，鞍座由钢板焊成。散索鞍呈扇形，可绕底座销轴转动，安装架缆时，需要临时固定。（2）加劲梁采用全焊扁平流线形封闭钢箱梁断面，整体性好，满足抗风稳定性的要求。箱梁标准梁段长16.1m，中心线处梁高3.0m，顶板宽32.9m，检修道宽1.2m，设置在尖嘴外。箱梁总宽38.7m，高跨比1/497，宽跨比1/38.5。吊索与耳板为销接。标准梁段吊点位置设在节段的9.2m/6.9m分点处。两个标准段焊接连成一个标准吊装段，吊装重量约471t。箱梁主体结构采用Q345-D钢。顶板和斜腹板厚14mm，底板厚10mm，采用6mm的U型肋和球头钢加劲。横隔板纵向间距3.22m。板件组装成梁段的步骤是：底板—下斜腹板—横隔板—上斜腹板—顶板。梁段吊装是从跨中开始，继而向两侧对称进行，然后反向安装端梁段及靠近塔的几个梁段，最后吊装合拢段，吊装完成后采用全焊方式将所有接头现场连接。梁端设有竖向支座和横向抗风支座。箱梁两端均设置伸缩缝，伸缩总量为2160mm（包括了引桥的伸缩量）。行车道桥面铺装为55毫米厚的环氧沥青混凝土，检修道铺设20毫米厚的橡胶板。（3）索塔南汊悬索桥南塔位于镇江侧岸上，周围为鱼塘、菜地和民居，地面高程▽2.0～▽4.1m。北索塔位于世业洲南侧浅水区，地面高程▽-3.0m左右。索塔塔身由两个塔柱、三道横梁组成的门式框架结构，塔高约210m，上、中、下三道横梁的高度分别为8m、8m、10m。塔柱为钢筋砼箱型结构，横桥向两个塔柱斜置，底部外形尺寸6x12.5m，顶部6x9.5m。塔柱壁厚采用双向变壁厚，横梁为预应力砼空心箱型结构。基础为32根直径2.8m钻孔灌注桩，按嵌岩桩设计，南索塔桩长平均57m左右，北索塔桩长平均53m左右。承台厚6m，呈哑铃形，北索塔承台采用带底钢套箱施工。（4）锚碇采用重力式锚体、预应力锚固系统。锚体长64.272m、宽53.7m、高42.59m，主要由锚块、散索鞍墩、鞍部后浇段、后锚块侧墙及预应力锚固部分组成。初步设计、技术设计阶段对锚碇基础分别采用冻结法、地下连续墙、沉井等方案进行技术经济比较，为稳妥起见，最后采用带案投标方案。南锚碇位于镇江市润州区大伍西村，距江边大堤540m，距达标大堤270m。南锚碇基础围护结构采用冻结排桩方案，基础平面尺寸为70.5×52.5m矩形结构。共布置140根φ1.5m的钻孔灌注桩，桩中心距1.70m，桩底平均标高-32m。在排桩外侧利用冻结工法形成冻结止水帷幕，冻结深度-37m，冻结壁厚1.3m，冻结帷幕底脚注浆保护。围护结构形成后，共分7次开挖土体，分层设置支撑，支撑采用对撑加角撑结构形式，直至开挖至基岩▽-26m。开挖完成后，分层分块浇注底板、填芯砼、顶板。北锚碇位于镇江市丹徒县世业洲尾部南侧，是润扬大桥控制性工程，采用钢筋砼结构，砼方量达16万方，建成后将承受6.8万吨的主缆拉力。北锚碇基础外包主体尺寸为69m（长）×50m（宽）×48m（深），基坑围护结构采用1.2m厚的地下连续墙，墙体平均深度约53.0m。3.2北汊斜拉桥（1）索塔•索塔采用空间索面花瓶型砼塔柱，桥面以上呈倒Y形，下塔柱呈V形。塔柱采用箱形断面。设置三道横梁，索塔横梁均为预应力混凝土结构，上塔柱斜拉索锚固区塔壁内配置了U型预应力钢绞线。索塔总高约145m。索塔基础采用群桩基础。承台采用双壁带底钢套箱施工，顶标高0.0m，承台厚6m，平面尺寸39.8×25.8m，下设高为2m的封底混凝土。每个索塔下布置24根直径2.8m钻孔灌注桩，桩中心距7m；镇江侧按摩擦桩设计，桩长93.5m，扬州侧按嵌岩桩设计，桩长86m（2）加劲梁•采用扁平闭口流线型钢箱梁，满足抗风稳定性要求。箱梁标准段长15m，沿中心线梁高3.0m，箱梁总宽37.4m，高跨比1/135，宽跨比1/10.9。箱梁主体结构采用Q345-D钢，采用悬臂拼装方法施工，吊装重量约246t。箱梁顶板和斜腹板厚14mm，底板厚12mm，顶底板分别采用8mm和6mm的U型肋加劲。横隔板间距3.75m，箱梁内设有两道纵隔板。加劲梁在索塔处设有竖向弹性支座，横向固定支座约束，纵向为漂浮体系。锚固斜拉索的锚箱与钢箱梁的腹板焊为一体。板件组装成梁段的步骤是：底板—腹板—横隔板、纵隔板—顶板。索塔处设有竖向支座和横向抗风支座。箱梁两端均设置伸缩缝，其不受约束的伸缩总量为800mm。行车道桥面铺装为55毫米厚的沥青混凝土，检修道铺设20毫米厚的橡胶板。主梁施工采用悬臂拼装方法。（3）斜拉索•采用镀锌钢绞线拉索，为空间扇形双索面体系。拉索由多股无粘结高强度平行钢绞线组成，采用双层HDPE套管进行防护。斜拉索在主梁上标准索距为15m，在索塔上间距为2m～3m，4根背索集中锚固在边跨梁端，间距6.0m。最大索长225m，最大钢绞线根数为55根，共52对斜拉索。斜拉索与塔的锚固方式为在塔壁内设置齿板，与主梁的连接采用钢锚箱焊接于上斜腹板上的锚固方式。斜拉索的减振采用HCA斜拉索减振器与减振橡胶块共同作用方式。四.索鞍鞍头装焊工艺•1焊接性•润扬长江公路大桥G2—1标段主索鞍鞍头、散索鞍鞍头为铸焊结构，槽道部分采用ZG275--485H焊接结构用碳素铸钢，底座部分采用20g锅炉用碳素钢板组焊件。鞍头重量大(主鞍边跨净重55吨，中跨净重57吨；散鞍净重91吨)、焊缝厚度大(主鞍80mm，散鞍100mm)、结构刚性大。这些给焊接和保证尺寸精度都带来了极大难度。•为了保证产品质量对鞍头焊接性进行了全面分析，并作大量工艺评定试验。•1．1焊接性分析•碳钢焊接性主要取决予以下因素：淬硬性、组织状况、冷裂纹敏感性、冷却速•度，而热裂纹在中低碳钢焊接中基本上不存在。•鞍头槽道铸件和底座钢板化学和力学性能见表1～4。1．1．2组织状况•ZG275--485H为正火+回火状态，组织状态良好，但由于铸件尺寸较大，结构复杂，局部存在缺欠、杂质较多及成分偏析，对焊接可能造成影响。•20g为热扎钢板，组织较为致密，组织状态良好，逐张进行超声波探伤，但由于钢板厚度较大，晶粒沿扎制方向(板长度方向)分布，厚度方向强度较弱，对于T接接头，容易造成层状撕裂。•1．1．3冷裂纹敏感性•氢含量和大拘束会增加冷裂纹敏感性。•1．1．4冷却速度•要改善焊接性，亦即改善组织，从而避免裂纹，控制冷却速度至关重要。冷却速•度与下面几方面有关系：•(1)钢材厚度及几何形状；•(2)焊接时母材原始温度；•(3)焊接热输入量大小。•综上分析，鞍头碳当量较高，焊接性较差(w(C)eq，IIWO．5时，及易淬硬，焊•前必须加热)。特别是铸造组织特点、鞍头刚性较大及残余氢影响，裂纹敏感指数较•高，焊后容易产生冷裂纹。另外，鞍头制造周期长，存在冬季施工，鞍头生产公司又处于北方地区，冬季气温较低，更是容易造成淬硬组织形成。对于鞍头，成分、厚度和几何•形状已固定，要改善焊接性，就必须从改善焊后组织和减小焊接拘束力入手。避免•冷裂纹和产生焊接变形，提高装配精度。•改善焊后组织、减小焊接拘束力措施如下：•1)提高t8／5及t100时间，进行焊前预热150°c；•2)选用成分、性能和组织相近焊材：焊条E5015，C02焊丝ER49—1+C02，•埋弧焊丝H08MnA+HJ431；•3)控制氢含量。通过对坡口油污、水分、锈的清理及使用低氢型焊材并焊条、•焊剂烘干，焊丝除油，减小氢来源；•4)合适的热输入量。•5)合理的装配焊接顺序，是减小焊接应力的有效措施；•6)焊后缓冷、除焊接应力处理。•另外，合理的焊接接头及提高焊缝质量，减小焊接缺陷，对减小焊接裂纹也至•关重要。•1