港珠澳大桥主体工程桥梁设计方案及创新交流会

港珠澳大桥主体工程桥梁设计方案及创新交流会

港珠澳大桥 主体工程桥梁设计方案及创新 港珠澳大桥的责任和使命 “一国两制”条件下跨越粤港澳三地、国内外具有空前影响力的跨海通道工程。 以之为平台，建立推动工程技术创新的激励机制，把跨海通道技术创新贯穿工程建设的全过程，形成具有领先地位的创新性技术，促进我国工程建设全面发展，为后续特大型跨海通道工程建设提供范本。 实现交通行业上的突破，成为交通建设工程的典范，促进我国交通建设科技发展水平。 是中国交通建设史上规模最大、技术最复杂、标准最高的工程， 其 创新建设理念将引领中国桥梁及交通建设领域的工业化革命，是中国迈向桥梁强国的里程碑项目 。 它无疑是中国交通人的骄傲与梦想。 桥梁强国之路的内涵 改革开放以来特别是近十年来，我国桥梁建设取得了举世瞩目的发展成就。当前，新一轮跨江、跨海桥梁建设高潮正在展开，不少地方对大型桥梁建设情有独钟，如何把握稳中求进总基调，促进我国桥梁建设科学发展、安全发展，已成为桥梁工程界和广大桥梁工作者关注和思考的重要课题。 现阶段，我国只能说是一个桥梁大国，还不是真正的桥梁强国 ： “ 之最 ” 和 “ 第一 ” 是成绩，但不代表是强国 坚决走出盲目追求 “ 之最 ” 和 “ 第一 ” 的误区 ： 让桥梁建设回归到 “ 安全性、经济性、耐久性和建筑艺术美 ” 的追求上来 抛弃空洞口号 ， 把质量、安全和耐久性作为基本目标 加强基础性研究和工程技术人才培养 ： “ 工程品质主导建设任务 ” ， 加强在新技术、新结构、新材料、新工艺的研究和成果应用推广 ，项目管理创新 不断提高桥梁养护科学化水平 2012 年 2 月， 中国网中国交通 专栏 （ 冯正霖） 桥梁强国之路的内涵 二十年来，我国已成为世界上大跨径桥梁发展最快的国家之一，取得了巨大进步 必需清醒认识到，与国际领先水平相比： 在结构体系、构造型式、分析方法、计算手段等方面仍在追赶 在工程材料、施工装备、施工工艺、施工经验等方面尚存差距 在质量控制、安全管理、监测检测、养护维修等方面还有不足 这些都是我们必须面对的挑战，也是桥梁大国迈向桥梁强国必须攻克的难关 《 鄂东长江公路大桥工程 序言 》（ 周海涛 ） 桥梁强国之路的内涵 项目本身的技术含量：理论、材料、结构体系、构造、性价比、 … 工业化水平（品质及耐久性的保障）：行成桥梁产业；施工由建造变制造，工业化生产 形成 专业化、实力强的桥梁产业 ： 材料、装备、工艺、软件、设备 … 中国桥梁强国之梦的实现在很大程度上将取决于桥梁产业（包括设计公司和施工产业）研发技术中心的水平和自主创造能力。 港珠澳大桥建设的工业化水平相对来说达到了空前的高度。按四化理念建成以后就标志着我们国家迈进了桥梁建设强国的门槛。 《中国桥梁产业的现状及其发展之路》（项海帆） 主要技术标准 应同时满足三地标准 —— “就高不就低”原则 公路等级：高速公路 设计速度： 100km/h 行车道数：双向六车道 设计使用寿命： 120 年 建筑限界：桥面标准宽度 33.1m ，净高 5.1m 设计汽车荷载：按 汽车 -Ⅰ 提高 25% 用于设计计算。按香港《 United Kingdom Highways Agency ’ s Departmental Standard BD 37/01 》汽车荷载进行计算复核 抗风设计标准：运营阶段设计重现期 120 年，施工期重现期 30 年 地震设防标准：地震基本烈度为 VII 度，采用如下的抗震设防标准（重现期）： 工作状态： 120 年 极限状态：通航孔桥 1200 年、非通航孔桥 600 年 结构完整性状态： 2400 年 自然建设条件特点和要求 近海离岸跨海通道工程 气象条件恶劣，台风多，风力大，高温高湿 水文条件复杂，水动力条件差，行洪、纳潮、防淤要求严 海上航线密集，船多而杂，船行密度大；船撞作用 机场航空限高影响 环保要求高且穿越白海豚保护区 地震设防水准高 地质条件变化大 重要管线穿越桥区 大桥设计思想和理念是依据大桥建设条件和大桥建设目标和需求提出来的，也服务于大桥建设条件和建设需求。 提出了设计思想 ， 也是大桥的建设理念，即 “ 大型化、工厂化、标准化、装配化 ” 。 建设理念和总体方针 非通航孔桥梁采用埋床法全预制墩台， 对 钢管复合桩的定位精度 、墩台 预制和安装 的 要求很高 大型 全预制墩身的 起吊、 安装 、连接 技术 超大尺度箱梁的制作、运输和安装 。钢桥面板耐疲劳、长寿命技术 基于 120 年设计使用寿命目标的结构耐久性 设计保障 技术 钢桥面铺装，这是一个困扰我国钢桥发展很久的难题， 一定要 解决 …… 桥梁工程面临的 技术难题 桥梁 工程 设计 方案 海中桥梁勘察设计标段划分情况 江海直达船航道桥 青州航道桥 深水区非通航孔桥 主体工程 —— 桥梁工程 九洲航道桥 浅水区非通航孔桥 港珠澳大桥主体工程桥梁工程 二、青州航道桥 青州航道桥设计 桥跨布置 桥跨布置： 110+236+458+236+110=1150m 主梁采用 扁平流线形 的整体式正交异性桥面板钢箱梁 索塔采用横向 H 形框架 ， 索塔高度 与主跨 之比 =0.246 标准索距 15m ； 斜拉索采用扇形式布置， 空间 双索面，在 两侧 锚固 青州航道桥设计 钢箱梁横断面及构造 钢箱梁为扁平流线形整体单箱三室箱室断面；梁高 4.5m ，不计检修道风嘴顶面 33.8m ，全宽 41.8m 除边跨跨中 70m 范围内顶板、底板、斜底板及其加劲采用 Q420qD 材质外，其余均为 Q345qD 青州航道桥设计 钢箱梁横断面及构造 横隔板间距 7.5m ， 中间包含 2 道 横肋板 ，横肋板间距 2.5m 斜拉索锚固采用钢锚箱结构 箱外设置检查车，箱内设置 2 台顺桥向全自动小车，各部设置有人孔通道，能实现钢箱梁所有部位的“可达、可检、可维修” 青州航道桥设计 横隔板 横 肋 板 青州航道桥设计 索塔 采用 H 桥塔，塔身高 163m ；其中上塔柱高 56.35m ，中塔柱高 66.65m ，下塔柱高 40m 塔柱为钢筋混凝土构件，下横梁为全预应力混凝土构件，上横梁采用钢结构“中国结”造型 塔上锚固为钢锚箱方案，采用耐候钢 塔柱及下横梁采用现浇施工 结形撑采用中国结造型 , 高 50.15m 。 由上至下分为 T1 、 J1 、 J2 、 J3 、 T2 五种节段。其中， T1 、 T2 分别为塔柱与结形撑之间的上、下连接段。 采用钢结构箱型横断面，宽度（顺）为 4m ，高度渐变为 2.60m ～ 4.20m 。横断面带有矩形内凹倒角，尺寸为 0.5m×0.5m 。 结形撑采用带切角的矩形断面，钢结构， 采用 Q345qD 。 分节段制造安装，节段间栓接。最大吊重约 249t 。总用钢量约 1570t 青州航道桥设计 结形撑 索塔承台及基础 索塔承台平面呈哑铃形，由 2 个分离的 D36.5m 的圆形承台通过系梁连接而成。 整个承台平面轮廓尺寸横桥向为 83.75m 、纵桥向为 36.5m ，系梁宽 15m 。 承台厚度方向可分为两级，一级承台厚度为 5m ，二级承台厚度为 4m 。 承台采用有底钢套箱施工，封底混凝土厚度为 2m 。 青州航道桥设计 钢管复合桩基础 每个承台下采用 38 根 D2.5m/D2.15m 钢管复合桩，梅花形布置，按支承桩设计 左、右承台设计成不等桩长，桩底嵌入中风化岩深度不小于 1.5D ；桩长约为 103 ～ 137m 钢管内径 2450mm ，钢管壁厚分 2 类：上部壁厚 25mm ，下部约 2m 范围壁厚 36mm 桩身配置普通钢筋 青州航道桥设计 辅助墩、过渡墩墩身及基础 墩身采用预制节段拼装矩形空心墩身，与非通航孔桥墩形一致 辅助墩、过渡墩墩身高度分别为 37.6m 、 35.4m ，其中 0.5m 伸入承台 墩身截面外侧尺寸为 15m （横） ×5.5m （顺 墩身单节最大吊重约 2533t 承台平面呈八边形，横桥向为 39.5m 、纵桥向为 27.4m ；厚度方向分为两级，一级厚度为 3.5m ，二级厚度为 2.m 桩基采用 20 根 2.5 ～ 2.15 m 变截面钢管复合桩 青州航道桥设计 斜拉索两端锚固 青州航道桥设计 索塔钢锚箱最大吊重 12.4t 索塔施工流程 塔柱采用爬模节段现浇施工，下横梁采用搭设支架现浇施工。 塔柱间设置临时支撑； 钢结形撑采用分节段工厂制造、现场吊装施工。 青州航道桥设计 上部结构施工流程 无索区边跨采用大节段整体吊装，其余部分采用小节段桥面吊机悬臂拼装法施工。类似规模及结构的桥梁施工在国内具有丰富经验，施工方法均为成熟工艺。 本桥取消塔旁支架和施工期间的临时墩，代之以临时抗风索。 最大双悬臂长度 195m 最大单悬臂长度 225.2m 青州航道桥设计 江海直达船 航道桥设计 桥跨布置 江海直达船 航道桥设计 ① 桥型： 三塔斜拉桥 —— 中央单索面、钢箱梁、钢塔 ② 桥跨布置：六跨 ——110+129+258+258+129+110 = 994 m 索塔 江海直达船 航道桥设计 ① 索塔造型：海豚、风帆形； ② 塔身形式：全钢结构 -Q345qD ； 高约 109m ，塔底尺寸 9m×9m 江海直达船 航道桥设计 主塔柱 副塔柱 联系杆 江海直达船 航道桥设计 主塔柱断面 副塔柱断面 联系杆断面 三角撑断面 热轧 H 型钢 各部件断面 江海直达船 航道桥设计 塔底锚固构造 确定方案 —— 螺栓锚固（无粘结） 方式： 形式简洁、受力明确、技术成熟 74 根 Φ130mm 螺杆 / 每个塔 螺杆 九洲 航道桥设计 桥跨布置为 ：（ 85+127.5+268+127.5+85)m=693m 通航净空： 210m×40m 九洲航道桥总体布置图 85 127.5 127.5 85 268 693 通航净空 210×40m 九洲 航道桥设计 主梁 标准断面 隔板断面 主梁采用双开口钢箱结合混凝土桥面板的整幅断面形式， 两片主梁间通过箱形断面的大横梁连接。 钢 箱 梁：顶宽 12.80m 底宽 11.52m 梁高 4.485m 标准节段长 12.5m 材质 Q345qD 横隔系统：箱型横梁间距 12.5m 横隔板间距 4.25m 框架式横肋板 4.25m 加 劲 肋：板式加劲肋 剪 力 钉：圆头焊钉，集束式布置 桥 面 板：厚 0.26m ，支点处 0.5m 悬臂长度 3.50m 箱形横梁：高 3.94~3.96m 宽 4.0m 九洲 航道桥设计 主塔 钢塔柱 混凝土塔柱 为避免浪溅区水位变动对钢塔柱的腐蚀，底节采用混凝土结构。 九洲 航道桥设计 造型：风帆 塔顶高程： +120m 塔 高： 114.7m 塔底高程： +5.3m 材料：钢 — 砼混合结构 立柱：塔顶局部 Q345 其余区段 Q370 混凝土 C60 曲臂： Q345 混凝土塔柱高： 13.7m 钢 — 混结合段： 2.0m 钢 塔 柱： 99.0m 九洲 航道桥设计 塔梁固结区，主塔顺桥向壁板同时作为主梁腹板，与两侧腹板对齐。主塔横桥向壁板同时作为主梁隔板，与主梁箱内隔板对齐。 塔梁固结构造示意 主塔施工时，主梁 0# 段和固结区塔柱作为一个吊装节段，先行安装。待主塔施工完成后，再在 0# 段主梁两端拼装其余主梁节段。 塔梁固结区 九洲 航道桥设计 主塔钢 — 混结合段 钢 — 混结合段构造示意图 端板承压 高强螺杆抗弯 剪力钉 九洲 航道桥设计 深水区非通航孔桥 (1) 桥跨布置 接岛桥结合部非通航孔桥采用 5×110m=660m 五跨连续梁桥。接江海直达船航道桥采用 5×110m ＝ 550m 五跨变宽连续梁桥。接浅水区非通航孔桥采用 4×110m 四跨连续梁桥。其余采用 6×110m ＝ 660m 六跨连续梁桥。 (2) 结构体系 采用减隔震支座作为约束体系的钢箱连续梁桥。 深水区非通航孔桥 等宽段标准横断面 等宽段钢箱梁梁宽 33.1m ，底板宽 15m 。钢箱梁梁高 4.5m ，梁高与跨径比值为 1/24.4 。 采用大悬臂单箱双室结构，悬臂长度 5.675m ，根部高度 1.45m ，端部高度 0.5m 。 钢箱梁内部横隔板标准间距 10m ，横隔板之间设三道横肋，横肋间距 2.5m 。 (3) 上部结构 —— 构造设计 深水区非通航孔桥 变宽段整箱变宽横断面 变宽段分离箱变宽横断面 变宽段钢箱梁通过四跨（ 440m ）梁宽由 33.1m 变化为 38.8m （三次抛物线），采用整箱变宽 + 分离线变宽的结构形式。钢箱梁梁高 4.5m ，梁高与跨径比值为 1/24.4 。 (3) 上部结构 —— 构造设计 深水区非通航孔桥 为减少现场焊接工作量，加快施工进度，主梁架设采用大节段整孔逐跨吊装方案。最大控制吊装重量为： 2750 吨。 (3) 上部结构 —— 施工方案 深水区非通航孔桥 立面 平面 低墩区基础每个承台设 6 根钢管复合桩，横向三排，桩径 2m 。承台为六边形，边缘顺桥向宽为 10.3m ，中心顺桥向宽 11.1m ，横桥向长 14.8m ，高 4.5m 。 高墩区及变宽段基础设 6 根钢管复合桩，横向三排，桩径 2.2m 。承台为六边形，边缘顺桥向宽为 11.2m ，中心顺桥向宽 12m ，横桥向长 16m ，高 5m 。 下节段墩身及承台整体最大吊装重量 2850 吨。 承台复合桩连接件 (4) 下部结构 —— 构造设计 深水区非通航孔桥 支座 支座具有常规使用和减隔震功能，同时还具备在罕遇地震作用下防落梁功能 ；支座设计寿命为 60 年。等宽段高墩区采用高阻尼支座，等宽低墩区采用铅芯橡胶支座及双曲面球型 减隔震 支座，变宽段采用双曲面球形减隔震支座。进行分区段设计。 调频质量阻尼器 (TMD) 为了抑制钢箱梁涡激共振，在每联的次边跨跨中均布置 4 个 TMD ，每联共 8 个。 TMD 的阻尼比在为 10% 左右，安装 TMD 后，主梁结构的等效阻尼比大于 1.0% 。 伸缩缝 采用多向变位梳形板桥梁伸缩装置，分为 480 型、 560 型、 720 型三种型号。 (5) 附属结构 深水区非通航孔桥 浅 水区非通航孔桥 总体布置 85m 连续组合梁分幅方案， 5 ～ 6 孔一联，全长 5.44km 。桥面总宽 33.1m ，两幅主梁中心距 16.8m ，桥梁中心线处梁缝宽 0.5m ，单幅桥面宽 16.30m ，桥面横坡 2.5 ％。 浅 水区非通航孔桥 横断面布置 浅 水区非通航孔桥 梁高： 4.3m 梁宽： 16.30m 悬臂： 3.50m 钢主梁：顶宽 9.30m 低宽 6.70m 设一道纵梁 横隔系统： 桁架式横隔板和框架式横肋板交替布置，间距 2.0m 浅 水区非通航孔桥 混凝土桥面板采用 C60 高性能混凝土，宽 16.3m ，横桥向跨中部分厚 26cm ，钢梁腹板顶处厚 50cm ，悬臂板端部厚 22cm ，其间均以梗胁过渡。桥面板横桥向整体化、纵桥向分块预制，在钢梁腹板顶间断开孔。 桥面板分块示意图 浅 水区非通航孔桥 桥面板 — 横向采用部分预应力体系， 5-Φ s 15.2 ，间距 50 cm 。 墩顶负弯矩区适当布置纵向预应力钢绞线， 7-Φ s 15.2 。 — 控裂设计 a) 均布式 b ）集束式 剪力钉：集束式钉群布置 直径 22mm 高 250mm 纵向间距 126mm 横向间距 125mm 钉群间距 1000mm 钢筋混凝土构件，局部采用高配筋率 防腐蚀钢筋 施加适量预应力，改善受力性能，提高安全储备 混凝土外掺剂 浅 水区非通航孔桥 桥梁技术创新 地标性桥梁建筑 设计 大直径钢管复合桩研究 及 应用 埋床法全预制墩台设计与施工技术 全预制墩身 设计、 安装和连接技术及Φ 75mm 预应力螺纹粗钢筋研发 钢箱梁正交异性钢桥面板抗疲劳构造细节设计技术 钢箱梁制造关键工艺及技术创新 （另题介绍） 钢塔 整体 制造与安装技术 抗拉强度 1860MPa 斜拉索研发与应用 全自动、全覆盖的运营管养装备技术 基于 120 年设计使用寿命目标的结构耐久性设计技术 减隔震设计技术 ( 桥梁抗震设计和性能优化 ) 钢箱连续梁涡激共振抑制 技术 钢桥面铺装 加速加载试验研究 青州航道桥基于全桥静动力性能最优 的 约束体系 设计 其他 桥梁技术创新 项目建设目标所需 行业管理发展使然 项目总体景观设计理念 地标性桥梁建筑 设计 景观文化内涵 桥梁元素特征 视点分析 （ 1 ）中西合璧的地域文化 （ 2 ）粤港文化融合 （ 3 ）古今文化交融 地标性桥梁建筑 设计 地标性的 景观设计 地标性的 景观设计 地标性的 景观设计 地标性桥梁建筑 设计 地标性桥梁建筑 设计 地标性桥梁建筑 设计 大直径复合桩研究 与 应用 在广泛吸收国内外跨海桥梁基础建设的经验基础上，通过对打入桩、钻孔灌注桩和钢管复合桩综合比选，最终确定采用钢管复合桩。基础采用变直径钢管复合桩，钢管与钢筋混凝土共同组成桩基础结构主体。整个桩身由两部分组成：有钢管段、无钢管段。有钢管段的长度根据地质条件、结构受力和刚度、沉桩能力、施工期承载等综合确定。复合桩钢管内径 2450/2150/1950mm ，桩尖约 2m 范围壁厚为 36mm ，其余壁厚为 25mm 。在顶部一定区段钢管内壁设置多道剪力环。复合桩混凝土强度等级采用水下 C35 ，桩身根据受力配置钢筋。 大直径复合桩研究 与 应用 虽然钢管复合桩以其优越的力学性能越来越受到工程界的重视和青睐，但目前国内外对于钢管复合桩复合结构的受力机理、协同工作性能以及设计计算理论还不完善，缺乏系统理论研究。工程上常常只是把钢管作为钻孔桩的临时护筒，设计时未将钢管与核心混凝土作为复合体加以共同考虑。目前钢管复合桩计算理论和设计方法的研究大大落后于工程应用。一方面，实际工程中经常出现因桩基沉降过大等引起的工程事故，另一方面也暴露出桩基设计中存在着保守的趋势和现象。造成这种现状的原因是桩周介质性状的复杂性，同时钢管和混凝土桩体之间的受力分析相对困难，导致现在对大直径钢管混凝土复合桩的荷载传递机理、变形规律等还未完全研究清楚。鉴于此，对钢管复合桩的变形分析、承载力计算理论以及桩的合理构造形式等方面开展了系统的理论分析和试验研究（制作了 14 个各种设计条件下的对比试件，开展模型试验），在充分了解其承载特性和受力机理的基础上，获取了大直径钢管复合桩的各项设计参数，提出了钢管复合桩竖向和水平承载能力计算方法，并将研究成果应用于设计。 大直径复合桩研究 与 应用 在现场调查和测试试验基础上，针对钢管复合桩的管内剪力环加固，泥皮、防腐层削弱等效应，通过钢管复合桩压剪弯和推出试验，首次开展了在压 - 弯 - 剪复杂荷载作用下 14 根、 16 次的有 / 无钢管、有 / 无剪力环、有 / 无泥皮、有 / 无防腐涂层不同组合的钢管复合桩承载能力和变形特性的系统试验。 在此基础上，采用极限平衡理论和全过程分析法，研究了有 / 无钢管、有 / 无剪力环、有 / 无泥皮、有 / 无防腐涂层的钢管复合桩在弹性状态、弹塑性阶段、极限状态下的组合强度、换算刚度、联结性能等重要指标和相关参数，揭示在多工况下钢管复合桩的承载能力和变形特征的发展变化规律。 研究成果不仅对于大桥工程建设具有重要的指导意义，而且对于完善钢管混凝土桩基设计计算理论、优化施工工艺、拓展应用范围、为相关规范的修订和完善提供技术支持等具有重要的现实意义和直接的应用价值。 大直径复合桩研究 与 应用 大直径复合桩研究 与 应用 大直径复合桩研究 与 应用 大直径复合桩研究 与 应用 大直径复合桩研究 与 应用 大直径复合桩研究 与 应用 预制承台及首节墩身的构造设计 埋床法全预制墩台设计与施工技术 非通航孔桥钢管底没有进入全风化层时，钢管复合桩竖向倾斜不大于 1/400 ； 若钢管底进入全风化时，钢管复合桩竖向倾斜不大于 1/320 ； 钢管复合桩中心平面位置允许绝对误差小于 150mm ，各桩之间允许相对误差小于 50mm 。 采用整体式导向架、液压振动锤同时振沉，确保其精度。根据埋置式预制承台的模型试验成果，可以达到以上精度的要求。 钢管复合桩精度控制 埋床法全预制墩台设计与施工技术 预制承台与钢管复合桩连接施工流程（一） 步骤一： 钢管插打完毕后采用三维激光扫描系统测量桩顶平面坐标和倾斜度参数，根据测量数据调整承台中心与墩身中心及倾斜度等几何关系，采用调整后的几何参数在复合桩施工期间进行承台墩身预制，同时制作钢套箱、悬挂系统及吊具等； 步骤二 ~ 四： 承台及墩身预制完毕后，分块安装钢套箱、支撑系统、悬挂系统及吊具。 埋床法全预制墩台设计与施工技术 施工方案及工艺设计 埋床法全预制墩台设计与施工技术 预制承台与钢管复合桩连接施工流程（二） 步骤五 ~ 六： 吊装预制承台，将悬挂系统搁置在 4 根钢管复合桩桩帽上；利用桩帽顶部调位装置调整承台及墩身的平面位置及垂直度； 步骤八： 利用胶囊止水（胶囊的止水能力应不小于 16m 水深） ，抽水后灌注速凝砂浆，焊接承台与钢管复合桩连接件； 步骤九 ~ 十： 浇注轴线处两个预留孔混凝土；拆除悬挂系统完成体系转换，浇注其余四个预留孔混凝土； 步骤十一： 钢套箱内部充水，拆除钢套箱，完成预制承台与钢管复合桩的连接。 施工方案及工艺设计 在“四化”方针的指导下，包括通航孔桥桥墩在内的全桥桥墩均采用工厂预制、现场安装。受制于预制、吊装能力，墩身划分为 2 ～ 3 节，并通过预应力筋进行连接 。 墩身接缝采用干接缝，设置匹配的凹凸剪力键，接缝处涂抹满足技术要求的环氧树脂。经技术经济综合比较，并重点考虑施工的可操作性、 120 年寿命保证的可靠性，预应力确定采用全螺纹粗钢筋。由于受力所需及墩身断面限值，粗钢筋需直径需达 75mm 。 构造设计 全预制墩身 设计、 安装和连接新技术 预制墩身之间连接施工流程 施工方案 步骤一： 下节段墩身承台与钢管复合桩连接施工； 步骤二： 浮吊起吊中节段墩身，搁置于临时垫块上，连接预应力粗钢筋和塑钢复合波纹管，接缝面喷涂环氧树脂，取走垫块下落墩身，张拉连接预应力粗钢筋； 步骤三： 安装上节段墩身； 步骤四： 28 天后，补张预应力粗钢筋至设计值； 步骤五： 实施真空辅助压浆，浇注封锚混凝土。 全预制墩身 设计、 安装和连接新技术 大直径高强螺纹钢筋性能及研发 全预制墩身 设计、 安装和连接新技术 鉴于《预应力混凝土用螺纹钢筋》（ GB/T 20065-2006 ）最大规格仅 50mm ，为此，在广泛调研国内外相关技术水平及市场情况基础上，确定采用Φ 75mm 预应力螺纹粗钢筋，屈服强度 830MPa ，抗拉强度 1030MPa 。要求采用精轧螺纹钢筋或滚压连续外螺纹粗钢筋，均应符合《预应力混凝土用螺纹钢筋》（ GB/T 20065-2006 ）、《 Guideline for European Technical Approval of Post-tensioning Kits for Prestressing of Structures 》（ ETA-013 2002 ）、《 Hot Rolled and Hot Rolled and Processed High Tensile Alloy Steel Bars for the Prestressing of Concrete 》（ BS 4486 ）、《 Standard Specification for Uncoated High-Strength Steel Bars for Prestressing Concrete 》（ ASTM A 722/A 722M-07 ）等规定的尺寸、外形及技术性能要求。 高强螺纹钢筋的两种型式：精轧、滚压型式 1 、精轧螺纹钢筋 大直径高强螺纹钢筋性能及研发 目前国内精轧螺纹钢筋最大直径为  50 ，国外 DSI 精轧螺纹钢筋最大直径为  75 。 钢筋外形为热轧无纵肋不连续螺纹 全预制墩身 设计、 安装和连接新技术 2 、滚压螺纹钢筋 目前国外 freyssinet 采用滚压螺纹钢筋，直径系列较多，可按工程需要选用。 钢筋外形为滚压连续全螺纹 全预制墩身 设计、 安装和连接新技术 　　 国内成功开发了屈服强度达 835MPa 以上级别的 Φ ７５直径高强螺纹钢筋锚固体系，其主要性能指标均优于国内同类产品，达到国外同类产品要求。 高强螺纹钢筋采取滚压方式 全预制墩身 设计、 安装和连接新技术 高强螺纹钢筋生产工艺过程： 校直 圆整表面 滚压 调质 校直 表面防腐 检验 抽样超张拉 主要力学性能：屈服强度≥ 835MPa ，抗拉强度≥ 1035MPa 公称截面积： 4418mm 2 抗拉强度（ MPa ） 屈服强度（ MPa ） 伸长率（ % ） 　　　　　　　　备　注 １０３５ ８８０ ≥4 ／ 7 Φ65 　　 ( A722/A 722M-07 预应力用高强钢筋） １０８０ ９３０ ≥ ５ Φ ４０　 ( ＪＩＳＧ３１０９－２００８ＰＣ钢棒 ) １０３５ ８３５／８５５ Φ ７５　（ＤＩＳ） 1030 830 ≥6 Φ5 ０　（ GB/T 20065-2006 预应力混凝土用螺纹钢筋） 国内外现有预应力用高强螺纹钢筋性能对比表 全预制墩身 设计、 安装和连接新技术 高强螺纹钢筋锚固及连接设计 全预制墩身 设计、 安装和连接新技术 通过止转螺钉防止钢筋松脱 永久防护－－电隔离防护＋真空灌浆 电隔离防护体系： 通过保持高强螺纹钢筋锚固体系与墩身的绝缘防护电阻，可以满足锚固体系的高寿命要求。 根据 《BS EN1537 ： 2000》 要求，永久防护的绝缘电阻值为： R ≥ 0.1MΩ 全预制墩身 设计、 安装和连接新技术 钢箱梁正交异性钢桥面板抗疲劳构造细节设计技术 在细节研究及疲劳验算的基础上，确定了钢桥面板的细部构造： 钢箱梁正交异性钢桥面板抗疲劳构造细节设计技术 钢箱梁正交异性钢桥面板抗疲劳构造细节设计技术 小试件疲劳试验验证四个疲劳细节 横隔板上在 U 肋附近开槽处 U 肋对接（焊接与栓接） 顶板与 U 肋焊缝 横隔板与 U 肋焊缝 钢箱梁正交异性钢桥面板抗疲劳构造细节设计技术 横隔板上在 U 肋附近开槽试件， U 肋对接（焊接与栓接）试件，顶板与 U 肋焊缝试件的疲劳加载试验结果表明，这些试件没有发生疲劳破坏。据此可以判定，在 正常的交通荷载作用下并确保合理养护 时，港珠澳大桥以上试件 对应疲劳细节能满足抗疲劳性能要求 ，即在当前预计的交通流量条件下在设计寿命 120 年内不会发生疲劳破坏。 横隔板开槽 U 肋对接（焊接与栓接） 顶板与 U 肋焊缝 钢箱梁正交异性钢桥面板抗疲劳构造细节设计技术 开展大试件疲劳试验，进一步直接验证疲劳性能 钢箱梁正交异性钢桥面板抗疲劳构造细节设计技术 钢塔 整体 制造与安装技术 吊重约 2500t 吊高约 90m 索塔制造技术 塔身安装流程 1860MPa 斜拉索研发与应用 江海直达船航道 桥由于采用竖琴式布置的单索面，若采用 1670MPa 斜拉索，则规格超过《斜拉索热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件》（ GB/T 18365-2001 ）的最大规格；若采用 1770MPa 斜拉索，则也要用到《大跨度斜拉桥平行钢丝斜拉索》（ JTT 775-2010 ）的 LPES7-547 规格。为减轻斜拉索重量，减小索体直径进而减小拉索阻风面积，在广泛调研国内外相关技术水平及市场情况基础上，确定通航孔桥采用抗拉强度 1860MPa ，相比 1770Mpa 斜拉索，重量减轻约 6.5% ，阻风面积减小约 6.3% 。 采用直径 7mm 标准强度 1860MPa 平行钢丝索 最大规格达 7-511 ，国内最大 成品索疲劳应力幅达 250MPa 钢丝采用锌 -5% 铝混合稀土合金镀层 采用体内外阻尼器、气动措施并用的综合减振方案 斜拉索耐久性技术改进措施 1860MPa 斜拉索研发与应用 1860MPa 斜拉索研发与应用 国内已研发成功 1860MPa 斜拉索研发与应用 盘条：宝钢 B90SiQL 钢丝制作 锌 - 铝镀层生产线 长寿命改进： PE 、锚具渗锌防腐、锚口弯曲限值装置、防水措施 … 7 － 511 已完成试生产。国内最大规格已达 7 － 649 静、动载试验，水密性试验等 全自动、全覆盖的运营管养装备技术 设计原则 满足维养人员对各重要部位的“可到达、可检查、可维护、可持续性”，尽量做到易检、易修 …… 。对于可更换、需定期养护部件，提供足够的操作空间、操作平台。 全自动、全覆盖 箱外检查车主体采用 7000 型航空铝合金（抗拉强度 高 ，耐腐蚀性良好，而重量只有钢的 35% ）。检查车为全自动液压控制，安全性好，具有直线行走、绕墩、跨越伸缩缝等功能，可对钢箱梁外侧进行全方位、全立体的检测和维护 。 梁内检查车的设计贯穿 “ 以人为本 ” 的设计理念。检查车主体采用 7000 型航空铝合金，内设照明、空调和工具箱等，具有重量轻、速度快、舒适性好的特点。伸缩缝处设有伸缩轨道，人孔的密封门为自动控制门，检查车不需停顿，可顺利通行。在有机玻璃防护罩形成的相对封闭的空间内，设有空调、供氧等人性化系统。 全自动、全覆盖的运营管养装备技术 索塔： 在下塔柱、中塔柱内设置楼梯，上塔柱设置爬梯，中上塔柱设置升降梯通道。钢结形撑内设置爬梯，设置通道与塔柱内部相通。在下横梁顶板、塔柱与下横梁节点处、桥面处塔柱均设有人孔通道。塔柱顶部设置了顶板，设有人孔，可达塔顶及结形撑顶部。在塔顶设置了预埋件，在结形撑顶设置了轨道，专项采购检修维养设备，在通车前安装并完成试运营。在运营期可实现对塔柱及结形撑外表的检修维养工作。 斜拉索及桥墩 ： 在运营期根据需要购置附着式自动爬升机器人进行斜拉索表面状态全方位检查。在桥墩顶设置有检修平台，从检查车和桥面进入墩顶，实施支座、伸缩缝及阻尼装置的检修和更换 全自动、全覆盖的运营管养装备技术 120 年设计使用寿命保障技术 总体保证策略 设计合理的结构，受力不合理的结构必然不耐久 采用有利于寿命的高性能材料 选择先进、能确保工程质量、提升工程品质的施工方法，具体而言就是 “ 四化 ” 。采用 “ 四化 ” 施工方法对工程品质而言是一个重大的保证。工程品质、工程质量都好必然会有很好的耐久性。 采用提升或者保障耐久性的防护措施 注重并改善利于耐久性的细节构造设计 加强运营期管养、维护维修、更换等的考虑并制定有效措施 120 年设计使用寿命保障技术 构件类别及寿命保障策略 ①在设计寿命内不可更换，也不能进行养护、维修，需采取措施保证 120 年设计寿命，如钢管复合桩等； ②在设计寿命内不可更换，可通过检修、养护提高其寿命，如墩、梁、塔等； ③在设计寿命内可更换，如斜拉索、支座、伸缩装置等，设计中考虑构件寿命，在 120 年内进行更换，并预留更换工作条件。 针对不同构件，需分别考虑耐久性措施和运营期维护措施等保证 120 年设计寿命。 120 年设计使用寿命保障技术 混凝土结构耐久性设计 明确构件设计使用寿命 基本措施： 桥梁上、下部结构采用“大型化、工厂化、标准化、装配化”原则指导下的全预制装配方案，把“建造”变为“制造”，以确保施工质量、精度及耐久性 海工高性能混凝土原材料要求。 以提高混凝土本身品质为根本出发点，确保混凝土结构耐久性要求。 混凝土最大水胶比及胶凝材料用量 最低强度等级 氯离子扩散系数 钢筋保护层厚度 裂缝宽度限制 120 年设计使用寿命保障技术 附加措施： 防腐钢筋：预制构件采用高性能环氧钢筋，现浇混凝土构件采用不锈钢钢筋 硅烷浸渍：预制墩身内外表面，索塔、承台外表面 明确并从严规定材料的技术性能 《 港珠澳大桥主体工程混凝土结构耐久性设计指南 》 《 港珠澳大桥主体工程混凝土耐久性质量控制技术规程 》 120 年设计使用寿命保障技术 混凝土结构耐久性设计 钢结构耐久性设计 结构构造设计措施：从严控制应力指标；避免冷弯；提高构件疲劳性能等。 结构制造细节要求与控制： 比如每一个梁段的 U 肋增设了钢密封板；优化承台墩身预留预埋件的设置方式，避免形成腐蚀通道等；矫形要求；焊缝；打磨处理；应力集中处理等。 钢箱梁及钢索塔：梁（塔）内除湿 + 梁（塔）内外防腐涂装 钢管复合桩的钢管：涂层 + 阴极保护的联合防护 施工从严要求，梁段板件下料、单元件制作、小节段组装、大节段拼装以及涂装等作业均需在工厂厂房内完成，禁止露天作业。施工的质量及耐久性得到了保证 运营维护方面充分考虑了结构的可检、可达、可修、可换、可控和可持续性；制定桥梁系统各部分全面检查作业周期，检修方案、检修通道的综合规划、提出了检修技术及检修设备需求 120 年设计使用寿命保障技术 ①设置全自动、人性化的可达、可检、可修、可强设施 120 年设计使用寿命保障技术 对可检性、可修性、可换性、可控性、可持续性的考虑 ②可更换性设计考虑：如采用 易于更换的斜拉索锚固方案，可实现运营期拉索的更换施工 ；考虑 支座 更换的空间及作业构造；采用 便于养护维修的性能优良且在不中断交通下可更换的伸缩缝 。 ③可控性设计考虑： 承台防撞钢套箱 ； 阻尼器和气动措施的拉索综合减振措施 ； 近塔区桥面风障 ； 抗震阻尼器和减隔振支座等控制措施。 ④可持续性设计考虑： 采用长寿命的索塔、钢箱梁、拉索、钢管复合桩、钢支座等构件和防护涂层，大大减少了运营期维修和更换的次数，降低了维修和更换工作的资源、能源消耗和对环境的污染。大量采用钢箱梁、钢支座、钢护栏等钢构件，在拆除后可回收和重复利用。采用绿色工法施工方案，采用预制安装工法 。 对本项目营运及维护策略初步方案的考虑 减隔震设计技术 设防标准 高标准 性能与造价 减隔震设计技术 减隔震设计技术 106 类型 滞回阻尼型 摩擦阻尼型 装置名称 铅芯叠层橡胶支座 高阻尼叠层橡胶支座 摩擦摆型支座 材料 天然橡胶 + 铅芯 高阻尼橡胶 金属摩擦材料 滞回特性 叠层橡胶 + 铅芯的组合非线性特性 高阻尼的非线性特性 单摆原理 + 摩擦滞回 特点 使桥的固有周期延长，降低地震时水平力； 铅芯的高刚性，可以抑制由于交通及暴风引起的摇动； 可以调整支座的阻尼特性，改变地震时的水平力分布 比钢制支座容易维护 由于很高的阻尼特性，可以吸收地震时所产生的地震能量，降低上部结构的地震响应加速度，提高下部结构的抗震性能； 具有很好的变形性能和耐久性 比钢制支座容易维护 在地震不发生的作用下，其功能于普通型支座一致，可满足桥梁的正常运行 ； 当地震发生以后，其抗剪装置被间断，支座起到减隔震作用 ； 具有完备的减隔震性能及良好的耐久性能 减隔震装置的功能 支座功能 基本功能 附加功能 ( 震动 ) 荷载传递功能 吸收变形功能 阻尼功能 隔震功能 控制功能 竖向荷载 水平荷载 水平荷载 转角位移 滞回阻尼 粘性阻尼 摩擦阻尼 滑动型 剪切变形型 桥梁减隔振装置 减隔震设计技术 107 对象 抗震性能 1 （弹性范围） 抗震性能 2 （基本弹性范围） 抗震性能 3 （允许塑性范围） 桥梁整体（基本原则） 地震响应在弹性范围内 虽进入塑性但基动力响应可认为是基本弹性 虽进入塑性但不致造成致命损伤 减隔震装置　 橡胶 δ D ≦δ D,a1 δ D ≦δ D,a2 δ D ≦δ D,a3 钢材 σ S ≦σ S,a σ S ≦σ S,y σ S ≦σ S,y RC 桥墩 钢筋 M p ≦M P ,y1 ε S =ε S,y M p ≦M P ,y2 ε S =3ε S,y M p ≦M P ,u ― 混凝土 ― ― ε C =ε c,u 桩基础 M f ≦M f ,y1 P t ≧ 0 σ C ≦σ C,U P t ≦ P t,a M f ≦M f ,u P C ≦ P c,a 桩 σ S ≦σ S,y1 σ S ≦σ S,y2 σ S ≦σ S,U 桥梁整体及构件的抗震性能验算准则 减隔震设计技术 单墩拟静力试验 减隔震设计技术 1 ） 不同隔震支座类型隔震效果的试验研究 针对高阻尼橡胶支座、铅芯橡胶支座和摩擦摆隔震支座三种支座类型隔震桥梁在地震作用下的动力性能进行研究，分析不同隔震支座的隔震效果。 2 ） 桥墩高差大小对隔震桥梁动力性能的影响 在本项目中，与斜拉桥连接的高架桥的桥墩非常高，且路面高度变化剧烈，不能忽略桥墩高差对隔震桥梁动力性能的影响，为了能够更加直观真实的反应桥墩高差对桥梁动力性能的影响，通过振动台试验的方法，分析研究桥墩较大高差对桥梁动力性能的影响。 3 ）行波效应的影响 行波效应是由地震波在不同支承点处到达时间的差异造成的，为了考虑地震波在传播过程中到达结构不同支座时会发生时间的延迟现象。本研究内容将通过振动台试验研究的方法研究行波效应的影响。 振动台试验内容 减隔震设计技术 减隔震设计技术 减隔振支座布设 减隔震设计技术 铅芯橡胶 高阻尼橡胶 高阻 尼橡胶 铅芯橡胶 双曲面球形 双曲面球形 双曲面球形 通过抗风试验研究，确定在钢箱连续梁内设置 TMD ，以抑制钢箱梁在运营期间可能出现的涡激共振。 钢箱连续梁涡激共振抑制 技术 钢箱连续梁涡激共振抑制 技术 试验荷载及加速加载试验荷载应采用中国桥梁设计规范车辆荷载轴载的 1.5 倍（即考虑超载重量比为 50% ），单轮重 5.25 吨 钢桥面铺装正常工作设计温度为 0℃ ～ 75℃ 在 75℃ 温度条件下，要求铺装与正交异性钢桥面板之间的粘结强度（粘结层的拉拔强度试验）不小于 3MPa 、钢板与铺装层或铺装层与铺装层之间抗剪强度（粘结层的抗剪强度试验）以 3MPa 为控制目标 在混合料的抗流动性研究中，动稳定度试验采用不低于 75℃ 实施并进行验证，验证结果应满足相关要求 在 75℃ 条件下，高温车辙试验控制加载次数最多为 5 万次，破坏标准为产生车辙深度 25.4mm 在 0℃ 条件下，加速加载试验低温加载次数到 2 万次后停止试验；升温到 15℃ 后进行铺装结构体系疲劳性能试验，疲劳试验控制加载次数最多为 200 万次，破坏标准为出现横向收缩裂缝或轮迹带疲劳裂缝 其余技术指标应满足相关技术标准、规范、规程、指南等要求 钢桥面铺装 加速加载试验研究 在已对浇注式沥青和环氧沥青开展一定程度研究基础上，对香港钢桥面铺装 MA 方案和采用德国 GA 工艺生产的 MA 铺装方案 （简称为 GMA 方案） 进行平行研究 在常规原材料、配合比、混合料、结构 - 铺装复合结构等试验研究基础上，专门补充 开展加速加载试验 （ APT ）， 以期 获得最直接检验 通过加速加载试验研究，能够在短短几个月内就能模拟车辆荷载对桥面铺装数十年的作用效果 无论采用哪种加速加载实验系统，应用于正交异性大跨径钢桥面铺装体系的研究并不多，国内外在桥面铺装加速加载试验研究方面也仅仅处于起步阶段，至今没有很好地积累足尺模型加速加载试验的技术与方法，与结构工程领域相比技术严重落后，少有的试验结果与其落后的工程实际也不能很好吻合。考虑到港珠澳大桥工程的特殊性与重要性，其加速加载试验需要实现技术上的重大突破方能真正发挥验证试验的作用 钢桥面铺装 加速加载试验研究 钢桥面铺装 加速加载试验研究 高温性能试验 针对 MA 、 GMA 体系 ， 低温和疲劳性能试验以 MA 体系为主 。 高温性能试验采用单轴双轮组，在试验温度 60℃ 且施加荷载为接地压强 0.7Mpa 的车轮压应力荷载水平下运行 疲劳性能和低温性能评价采用力学分析得到的最不利应力状态为控制目标（试验施加荷载水平为单轴单轮 1.5 倍轴载（中国汽车设计活载）即单轴 5.25 吨），试验运行温度分别为 20℃ ，采用足尺箱梁的部分节段进行试验，试验节段边界约束条件应反映实桥受力状况并能够模拟实桥最不利荷载状况 技术创新： 建立三维有限元模型，分析温度作用、汽车荷载作用等耦合作用下铺装层内以及铺装与钢桥面板间的应力（应变）变化情况，为钢箱梁结构设计、桥面铺装结构设计以及节段加速加载试验提供充分的基础数据 通过理论分析、数值模拟和试验验证等手段，形成具有有实用价值的完整的钢桥面铺装加速加载试验设计方法和成套技术 约 200mm 钢桥面铺装 加速加载试验研究 加速加载实验系统 MLS66 总体布置特点 国内外罕见。由于边跨未设斜拉索，在竖向，主梁兼具斜拉桥（有索区）和连续梁（无索区）的受力特性，上部结构传给桥墩的力较大；在横向，由于钢主梁柔度大，当辅助墩顶主梁横向自由时，该处极限静风横向位移虽很小，但 E3 水准地震作用下横向位移达 0.37m ，具备了足够的阻尼装置耗能行程 青州航道桥基于全桥静动力性能最优为目标的约束体系 全桥抗震约束体系优选 桥梁纵向约束体系 横向 受力性能目标：改善辅助墩及过渡墩的墩身及基础的受力，同时使 两者 受力趋于协调 、 构造规模相当；降低辅助墩处主梁在 E2 水准地震作用下的横向位移及相应梁端平面转角 对于结构的横向约束体系，综合比选了 4 种约束体系，最终选择体系 4 计算模型考虑了两侧非通航孔桥影响 青州航道桥基于全桥静动力性能最优为目标的约束体系 青州航道桥基于全桥静动力性能最优为目标的约束体系 索塔处：设置具有横向水平承载力要求的竖向球型钢支座、纵向活动，设置横向支座，设置带纵向静力限位功能的阻尼装置；辅助墩处：设置竖向的双向球型钢支座，设置横、纵向阻尼装置；过渡墩处：设置具有横向水平承载力要求的竖向球型钢支座、纵向活动，设置纵向阻尼装置。 其他技术创新 青州航道桥钢结形撑设计及其与混凝土塔柱连接技术 斜拉索塔端锚固构造在国内首次设计采用耐候钢锚箱 超大 节段采用大吨位浮吊 整体 吊装 技术 ，吊装重量 达 3600t 青州航道桥 在施工过程中不设置临时墩，而代之以临时抗风索 为利于环保，桥面排水采用边沟收集、集中过滤的方案 高度重视并落实健康、安全、环境保护（ HSE ）管理体系要求的设计创新 全寿命周期费用最优理念在项目设计中的体现及应用 …… 结语 从当今我国桥梁建设技术水平来看，仅从某方面而言，港珠澳大桥桥梁的技术难度不算很大，但结合项目的建设条件、目标和需求来看，其综合建设技术难度和水平却是世界级的。 如何建成“景观美、品质高、寿命长”的精品工程，甚至成为经典的传世之作，必须积极主动、因地制宜、实事求是地提升建设理念、践行创新技术、深化细节设计，这是我国桥梁建设水平与发达国家的差距所在，也是我们的努力方向。 基于此，在总体建设理念指导下，港珠澳大桥开展了多项技术创新 （新材料、新结构、新技术、新工艺、新产品、新设备） ，以期为实现 其 宏伟目标奠定坚实基础，并为国内后续桥梁工程提供示范。 谢 谢 ！