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鄂黃第二過江通道(燕磯長江大橋及接線)項目地處湖北黃岡和鄂州交界處,為雙層過江橋梁,是湖北花湖機場的核心配套工程。該項目上層是6車道高速公路,起于黃岡大廣高速,至鄂州市燕磯鎮連接武鄂高速公路,全長26.344km;下層是4車道城市快速路,起于黃岡江北一級公路,過江后跨鄂東大道、吳楚大道連接鄂州城市快速路,全長9.381km。過江通道雙層合建段長7.898km。
燕磯長江大橋主跨1860m,采用不同垂度四主纜雙層鋼桁梁懸索橋方案。四主纜千米級懸索橋,國內首創;四主纜不同垂度千米級懸索橋,世界首創;外纜放置于雙層鋼桁梁橋面以下,設計新穎,為千米級懸索橋國內首次應用……
在上述諸多“首創”、“首次運用”的背后,凝聚著項目勘察設計方中交第二公路勘察設計研究院有限公司(以下簡稱中交二公院)設計團隊的智慧和心血。近日,楚天都市報極目新聞記者專訪該設計團隊負責人丁少凌,解析這座世界級橋梁背后的創新密碼。
燕磯長江大橋離鄂州花湖機場僅5公里,受航空限高、航道限寬、斷裂帶限位等因素影響,建設條件復雜。大橋設計采用1860m跨徑不同垂度四主纜懸索橋結構體系一跨過江,結構新穎,為世界首創。
中交二公院設計團隊負責人丁少凌介紹,燕磯長江大橋與常規同等跨徑的雙層懸索橋相比,主塔高度低60多m,這就意味著“矮個子”要有“壯身體”,所以大橋采用超大錨體結構和高強度超厚壁門式主塔結構,以提高大橋的承載力。
極目新聞記者獲悉,燕磯長江大橋的多項數據邁入“世界級”:為目前世界跨度最大的四主纜懸索橋(已建成的四主纜懸索橋有美國主跨1298m維拉札諾橋、主跨1066.8m的華盛頓橋);主跨1860m雙層懸索橋,為目前已建在建的雙層橋梁跨度世界第2;主跨1860m,為目前國內已建在建的橋梁跨度第3名、世界第5名……
多項世界紀錄的背后,凝聚著設計團隊的創新與智慧:四主纜不同垂度方案,主纜直徑可控制在1.0m左右,減小了主纜高強鋼絲在索鞍等處的彎曲次應力、有效降低了主纜、索鞍、索夾的規模和施工難度,提高了主纜受力性能;外纜與鋼桁梁下弦連接,主纜垂度增加了一個桁梁高度,從而提高了主纜垂跨比和承載效率;內纜跨中垂點位于上層橋面以上,可利用內纜采用纜載吊機架設鋼桁梁,保證了加勁梁施工效率,方便了施工;內、外邊纜前后錨固,單纜錨固系統尺寸較小,錨碇受力更均勻,減小了錨碇工程規模;外纜懸吊下弦、內纜懸吊上弦的不同垂度四主纜體系,提高了結構阻尼和抗風性能。
四主纜不同垂度懸索橋方案的應用,對于懸索橋突破2000m,邁向3000m乃至更大跨度,在新型結構體系方面進行了前瞻性的研究和有益的嘗試。
值得一提的是,四主纜中兩根外纜采用1960MPa,兩根內纜采用2100MPa高強鋼絲。2100MPa是世界范圍內最高強度的鋼絲(目前已建成的世界最大跨度懸索橋土耳其土耳其恰納卡萊大橋主纜強度1960MPa)。燕磯長江大橋采用高強鋼絲,有效降低了主纜的自重,提高了懸索橋承載效率內外纜垂度不同,受力不同,通過不同的強度,實現了內外主纜直徑相同,索鞍、索夾的規格相同,減少了相應的構件加工種類,提高了制造加工效率。
在燕磯長江大橋上,焊接式索夾得到規模使用。相對于傳統的鑄造式索夾,焊接式索夾性能保持不變;焊接工藝的采用,使得索夾的壁厚減薄,大幅降低了索夾的重量。同時焊接工藝成熟,避免了鑄件的質量不均勻性。全焊式索夾的成規模使用,屬國內外首次,代表了世界范圍內索夾的最高技術水準。
橋塔采用C60高強混凝土,提高塔身強度同時,有效減小了塔身橫斷面面積;塔柱施工采用造塔機,鋼筋在工廠內整節段預制,現場吊裝,施工條件好,施工便捷,達到國際先進水平;鋼桁梁差異化地采用Q420qd和Q345qd鋼材,減輕了結構自重的同時,提高全橋經濟性;黃岡側錨碇采用8字形地下連續墻基礎,蜂窩狀隔艙;地下連續墻基礎縱向全長125.5m,國內已建規模最大;蜂窩狀隔艙受力合理,同時造型優美。
“綜合考慮構造物的耐久性、維護便利性、環境適應性,以全壽命成本理念開展大橋設計。”中交二公院設計團隊介紹,在橋梁的設計中,采用除濕系統提高主纜耐久性,確保主纜使用壽命;錨碇內索股采用氧化聚合型包覆防腐蝕技術體系(簡稱OTC)防護,在提高錨碇內索股防腐安全度的同時,減少了錨碇內主纜除濕機的使用,大幅降低了錨室內的能耗,節能環保。
大橋主纜錨固采用前后錨,同時將主纜散索中心提高至橋面以上;在錨碇混凝土方量不變的情況下,鄂州側錨碇通過增大基底面積,減小基坑開挖深度,采用淺挖基礎,減小了基坑開挖工作量,對周圍山體開挖小、對周圍建筑物影響小,符合綠色建筑內涵。
針對世界范圍內曾發生的懸索橋吊索斷裂事故,燕磯長江大橋吊索銷軸橫向采用關節軸承,短吊索采用騎跨式吊索,提高吊索柔性,以適應懸索橋的頻繁變形,長吊索采用銷接式,提高吊索本身耐久性,從而全面系統地提高了吊索的耐久性。
針對正交異性鋼橋面板易疲勞開裂進行重點研究,提出輕、重車道分類設計方案;同時橋面板U肋采用國內外先進的雙面焊工藝,提高梁體的疲勞性能。
考慮到橋塔處支座大位移、同時承受拉、壓、轉的工況,借鑒國外成功經驗,采用塔連桿支撐,運營期僅需更換銷軸即可,大幅提高了懸索橋塔梁交匯處豎向支撐的使用壽命。
燕磯長江大橋項目建成通車后,將聯通鄂州機場,串聯鄂州、黃岡的沿江發展軸。從鄂州機場經大橋可向北直通武鄂、大廣等高速公路。項目通車后,15分鐘內就可以從鄂州順豐機場抵達黃岡市區,使機場腹地大大延伸,暢通長江南北兩岸快速交通,加強區域路網聯系,發揮區域路網整體互通互聯優勢。對湖北國際物流核心樞紐的實現、促進湖北省的社會經濟均衡發展具有十分重要的意義。