1.概況
湛江海灣大橋位于粵西雷州半島東北側(cè)，大橋全長3981m ,主橋主跨480m混合梁斜拉橋（圖1）。
圖1：湛江海灣大橋全景
橋址所處湛江海灣，瀕臨南海，橋位處海面寬2.5km，最大水深20m，具有10m等深線的距離寬約800m。潮流占絕對主導(dǎo)地位，為往復(fù)流。橋址區(qū)為第四系地層所覆蓋，基巖埋深達(dá)250m。湛江地處南亞熱帶，屬季風(fēng)氣候，夏秋常有熱帶氣旋侵襲，最大風(fēng)力在12級以上。年平均氣溫23.1℃，年平均降水量1534.6mm。
大橋采用一級公路兼顧城市快速道路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度80km/h，雙向四車道，遠(yuǎn)期考慮六車道劃線；通航標(biāo)準(zhǔn)：通航船舶等級50000t級散貨海輪，通航凈高48m，凈寬不小于400m；設(shè)計風(fēng)速：45.1m/s（10m高10分鐘百年一遇平均最大風(fēng)速）；地震烈度：7度，按8度設(shè)防。
2.主橋結(jié)構(gòu)
主橋設(shè)計應(yīng)解決所面臨的強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)震及湛江特有地層軟基等問題，經(jīng)多方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，跨越主航道采用主跨480m雙塔雙索面混合梁斜拉橋，其跨徑組成為180+480+180m，其中180m邊跨又分為60+120m兩個小跨，成為五跨連續(xù)結(jié)構(gòu)全長840m（圖2），橋面寬28.5m，主梁為混合梁，流線型閉合式箱梁，梁高3.0m，其中每側(cè)邊跨61.8m為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，剩余761.4m為鋼箱梁；塔梁交叉處及各墩墩頂均設(shè)置縱向大位移量活動支座，為了抵抗縱橋向地震作用，在塔梁交叉處梁底設(shè)有STU抗震支座；鋼箱梁橋面鋪裝采用5cm環(huán)氧瀝青混凝土，混凝土橋面鋪裝采用7cm改性瀝青混凝土。
圖2 總體布置（單位：cm）
?。?）塔墩基礎(chǔ)
主塔墩（47、48號墩）（圖3）基礎(chǔ)設(shè)計既要滿足結(jié)構(gòu)自身受力需要，又要能抵抗50000t 級散貨船舶撞擊力的作用。根據(jù)船舶撞擊力及防撞方案研究報告，塔墩基礎(chǔ)最大正撞擊力為84MN，經(jīng)防撞裝置消能后撞擊力降低至63.2MN。本橋兩個塔墩基礎(chǔ)均采用31根直徑2.5～2.9m變截面鉆孔摩擦樁基礎(chǔ)，樁長分別為104m（47號墩）及100m（48號墩）。承臺平面為尖端型，端部倒圓，厚6.5m。
圖3：塔墩基礎(chǔ)圖
圖4 主墩柔性消能防撞設(shè)施
塔墩采用浮式消能防撞設(shè)施（圖4），該設(shè)施沿承臺周邊布置，外形輪廓長62m，寬43m，高10m，單側(cè)壁厚6.5m。防撞設(shè)施主體外面還設(shè)置消能箱，并系圓筒形橡膠件。本橋防撞設(shè)施通過退縮、轉(zhuǎn)向的方式不僅可以削弱船舶撞擊的能量，保護(hù)橋墩，而且對船舶和防撞設(shè)施本身都可起到保護(hù)作用。
?。?）主塔
主塔采用大半徑曲線形鋼筋混凝土塔柱（圖5），單箱單室截面，C50混凝土。塔高155.11m，橋面以上塔高103m。中、上塔柱呈曲線形，內(nèi)外曲線均為曲率相同的圓曲線，半徑360m，圓心分別位于相應(yīng)曲線頂端的平面內(nèi)，這樣處理，實現(xiàn)塔柱截面尺寸的逐漸變化，適應(yīng)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的需要，又方便施工。橫橋向曲線形兩塔柱在頂端微合，中間以弧形板連接。上、下圓弧均與塔柱內(nèi)側(cè)曲線相切。塔柱截面外輪廓縱橫向尺寸從頂部的6.0m×3.2m逐漸過渡至塔根的8.0m×8.0m，截面壁厚0.7m～1.3m。
圖5 主塔
為了承受中、下塔柱反向在橫梁內(nèi)產(chǎn)生的拉力，在橫梁內(nèi)配置19Φs 15.24mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線。斜拉索錨固在主塔錨固區(qū)塔柱內(nèi)壁的鋸齒塊上，為了克服斜拉索的水平分力在錨固區(qū)塔柱截面內(nèi)產(chǎn)生拉力，在錨固區(qū)截面四周布置了直徑32mm精軋預(yù)應(yīng)力粗鋼筋。
塔柱主筋采用φ32鋼筋，截面配筋率≥1％，下塔柱浪濺區(qū)內(nèi)，直徑32mm主筋采用環(huán)氧涂層鋼筋。另外主塔內(nèi)所有臨時及永久性鋼構(gòu)件均應(yīng)經(jīng)過鍍鋅或涂鋅處理，鋅層厚度不小于120μm。
塔柱采用爬模施工，上、下橫梁采用膺架法施工。
?。?）主梁
湛江地區(qū)是全國大陸風(fēng)速最高的地區(qū)，為了減小結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載效應(yīng)，主梁采用流線型閉合式箱型結(jié)構(gòu)，單箱三室結(jié)構(gòu)，混合梁結(jié)構(gòu)型式，每側(cè)邊跨61.8m為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，剩余761.4m為鋼箱梁。
1) 鋼箱梁
主橋鋼箱梁位于半徑14006.299m的豎曲線上，其兩端分別與伸過46號墩和49號墩1.8m的混凝土箱梁通過結(jié)合段連接，全長716.4m。鋼箱梁底部為半徑72.5m的圓弧，兩側(cè)配有風(fēng)嘴，橋梁中線處梁高3.0m，兩側(cè)風(fēng)嘴處梁高1.3m(圖6)。斜拉索在鋼箱梁上采用錨拉板結(jié)構(gòu)形式錨固，索距16m(圖7)。
鋼箱梁頂板厚14mm，其下順橋向焊有6mm厚、間隔600mm全橋連續(xù)的U型縱肋，U型縱肋開口寬300mm，高260mm，穿越橫橋向3.2 m間距的橫隔板或橫梁，組成正交異性結(jié)構(gòu)的鋼橋面板；箱梁底板厚12mm，以間隔800mm的U型縱肋加固；箱梁外腹板厚24mm，間距27.7m，其上與箱梁頂板及斜拉索下錨點的錨拉板焊連；箱梁內(nèi)腹板間距9.8m，除內(nèi)力較大的區(qū)段及分段連接處采用實腹板結(jié)構(gòu)外，其余內(nèi)腹板均為空腹式結(jié)構(gòu)，內(nèi)腹板的設(shè)置大大增強(qiáng)了箱梁的整體剛度，減小剪力滯后現(xiàn)象。橫梁是連接錨點或支點的較強(qiáng)橫隔板，除支點處和首對斜拉索處的橫梁有其特殊性采用實腹板結(jié)構(gòu)外，其余橫梁及普通橫隔板均設(shè)計成空腹式結(jié)構(gòu)，但兩端剪力較大區(qū)段仍保留為實腹結(jié)構(gòu)，中間部分采用空腹式結(jié)構(gòu)，由角鋼加拼接板連接上下橫肋形式。
斜拉索在鋼箱梁上采用了錨拉板結(jié)構(gòu)形式，這種錨固方式傳力直接，構(gòu)造簡單，制造、安裝和養(yǎng)護(hù)都比較方便。錨拉板結(jié)構(gòu)直接焊接于鋼箱梁頂面的橋面板上，錨拉板厚20～40毫米，分為上、中、下三部分，上部和中部開槽，將壁厚20～40毫米無縫鋼管制成的錨管嵌于錨拉板上部槽口中，兩側(cè)用熔透焊縫互相連接；下部直接焊在主梁外腹板頂?shù)臉蛎姘迳稀?
圖6 鋼箱梁
圖7 鋼箱梁錨拉板錨固技術(shù)
鋼箱梁沿橋縱向分成51個節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長16米，重約200噸，采用正裝法制造。為了保證鋼梁線型－－豎曲線和中心線的準(zhǔn)確，組裝長度不應(yīng)小于5個節(jié)段，并按順序組拼，每次完成拼裝3個節(jié)段，留下兩段接拼。設(shè)計已考慮豎曲線及恒載對梁長壓縮等的影響。
2)預(yù)應(yīng)力混凝土主梁
主橋兩側(cè)邊跨均為61.8m長的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，單箱三室結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)外形與鋼箱梁保持一致，橋面寬28.5m，梁高3m(圖8)。截面頂板和內(nèi)腹板厚均為0.25m，外腹板與風(fēng)嘴相結(jié)合，形成實體結(jié)構(gòu)，可滿足斜拉索錨固的需要，底板標(biāo)準(zhǔn)截面厚0.22m。在兩墩頂附近區(qū)段，截面有所加厚。斜拉索在梁上采用鋸齒塊錨固，索距8m。在兩斜拉索及其之間均設(shè)一道腹板厚0.3m的橫梁，橫梁間距4m。
主梁縱向布置7股Φj 15.24mm鋼絞線索和通長的直徑32mm預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，其中直徑32mm預(yù)應(yīng)力粗鋼筋為施工用索，配合混凝土的澆筑逐段張拉、錨固。在混凝土梁與鋼箱梁結(jié)合段，配有連接用的直徑32mm預(yù)應(yīng)力粗鋼筋。橫梁均配置Φj 15.24mm鋼絞線，根據(jù)橫梁受力差異，不同橫梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線的數(shù)量、規(guī)格和排列有所不同。
邊跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用滿布膺架法分段現(xiàn)澆施工。
3)結(jié)合段構(gòu)造
主梁鋼－混凝土結(jié)合段設(shè)置在距輔助墩中心線1.8m處，這種布置可充分利用位于墩頂主梁橫梁來實現(xiàn)力的傳遞，減少施工難度。盡管結(jié)合段處于支點負(fù)彎距區(qū)，但由于斜拉橋軸力較大，支點負(fù)彎距相對較小，且配置有足夠的負(fù)彎距束，使全截面處于受壓狀態(tài)，對結(jié)構(gòu)耐久性無任何不利影響。鋼－混凝土結(jié)合段的內(nèi)力傳遞及其構(gòu)造特點如下：
a) 結(jié)合段的鋼箱梁套在預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁之外，深入混凝土梁2.0m左右，并且全斷面連接使其成為一體。兩種材料在此區(qū)間的重疊，也避免了結(jié)構(gòu)在材料上的突變。
b) 箱梁的上、下翼緣板通過抗剪焊釘與混凝土梁體牢固結(jié)合，并利用混凝土箱梁內(nèi)的縱向預(yù)應(yīng)力束加以錨固，形成彎矩的傳遞。
c) 通過端承壓板緊貼在混凝土實體橫梁的側(cè)面上，傳遞軸向力。梁中的剪力則通過端面焊釘?shù)玫絺鬟f。
d) 而兩種梁體在剛度上相差4倍，為了避免剛度的突變，由在鋼箱梁上、下翼緣板的U形加勁肋上加焊T肋并逐漸變高而得到緩解。鋼箱套于混凝土梁之外，也起到緩解剛度突變的作用。
?。?）斜拉索
斜拉索采用φ7鍍鋅高強(qiáng)鋼絲束斜拉索，扇形布置，Rby=1670MPa，雙層護(hù)套防護(hù)，內(nèi)層為黑色高密度聚乙烯，外層為淺灰色高密度聚乙烯。全橋斜拉索有85φ7、109φ7、139φ7、151φ7、163φ7、187φ7、199φ7共7種類型，合計56對112根斜拉索，最長斜拉索245.5m，單根重量16.5t，全橋斜拉索鋼絲凈重790t。斜拉索表面設(shè)有凹坑，梁端設(shè)有體外減振器，以抑制斜拉索風(fēng)雨振。
?。?）施工監(jiān)控
主塔施工期間，全長210m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁即可縮短工期，又使主跨鋼箱梁架設(shè)變?yōu)閱螒冶燮囱b施工，大大降低施工風(fēng)險，工程質(zhì)量易于保證。
鋼箱梁架設(shè)采用橋面吊機(jī)進(jìn)行懸臂對稱安裝，期間對邊跨預(yù)應(yīng)力混凝土主梁采用滿布膺架法進(jìn)行現(xiàn)澆施工，邊跨合龍后，成為單懸臂繼續(xù)進(jìn)行鋼箱梁安裝，直至主跨合龍。在鋼梁架設(shè)過程中，每對斜拉索均采取“一拉到位”的原則，但在掛索初期，為保證安全，前3對斜拉索采取“二拉到位”的原則。
圖9 鋼箱梁吊裝
3. 主要技術(shù)特點和創(chuàng)新點
主橋采用混合梁斜拉橋體系，最大限度地改善了結(jié)構(gòu)受力性能，即減輕橋梁自重，又增大橋梁剛度，降低塔根彎距，有利于塔墩基礎(chǔ)設(shè)計。此外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面也有多項技術(shù)突破。
(1)塔墩防撞設(shè)計技術(shù)
湛江海灣大橋主孔通航按50000t級散裝貨輪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，塔墩采用浮式消能防撞設(shè)施，不僅可以削弱船舶撞擊的能量，保護(hù)橋墩，而且對船舶和防撞設(shè)施本身都可起到保護(hù)作用。
1）本橋率先采用柔性消能防撞設(shè)施，經(jīng)仿真數(shù)值分析可使船舶撞擊力下降35％左右，效果明顯。
2）該防撞設(shè)施設(shè)計合理，可達(dá)到雙層功效。
3）該防撞設(shè)施具有較強(qiáng)適應(yīng)性，可在不同水位條件下滿足不同船舶撞擊力的需要，且易于維護(hù)管理。
(2) 斜拉索在鋼箱梁上錨固設(shè)計技術(shù)
索梁錨固采用錨拉板型式，結(jié)構(gòu)簡潔，制造方便，易于安裝與維護(hù)。由于該錨固結(jié)構(gòu)還從未在鋼箱梁斜拉橋上使用，其技術(shù)難點在于：錨拉板與箱梁頂板連接、錨拉板與錨拉筒連接、錨拉板面外受力、疲勞等方面。
1）為改善錨拉板根部復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，通過加大錨板長度與下端寬度，使斜拉索錨頭盡量遠(yuǎn)離連接焊縫，以便索力傳至該焊縫時應(yīng)力均勻且水平較低。
2）為改善錨板根部焊縫處鋼箱梁頂板Z向受拉性能，對該處箱梁頂板進(jìn)行了局部加厚，并嚴(yán)格控制錨拉板及其與之焊接的加厚頂板的鋼材硫、磷含量，板厚方向應(yīng)滿足Z35級拉伸性能要求。
3）為解決拉板與錨拉筒焊縫根部應(yīng)力較大及集中的問題，通過有限元分析與試驗研究，選取合理的圓弧半徑予以緩解。
4）為解決錨拉板中部安裝錨具開孔對錨板截面的削弱，沿斜拉索中線方向在錨拉板兩側(cè)面對稱設(shè)置了兩道加勁肋，予以補(bǔ)強(qiáng)，同時兼顧錨拉板面外受力問題。
(3)曲線型主塔設(shè)計技術(shù)
本橋處于強(qiáng)風(fēng)強(qiáng)震環(huán)境，塔形構(gòu)思時，優(yōu)先采用A字形等具有空間穩(wěn)定幾何形態(tài)的結(jié)構(gòu)形式，以滿足結(jié)構(gòu)受力需要。同時，考慮湛江是廣東最南端的花園式海濱城市，橋塔等高大建筑還應(yīng)與城市環(huán)境相協(xié)調(diào)，力求結(jié)構(gòu)與建筑藝術(shù)的和諧統(tǒng)一。運(yùn)用線形變換手段，將橋面以上原本直線形塔柱設(shè)計成曲線形向上頂端凝聚，使整個主塔具有火炬狀升騰氣勢，富有生機(jī)，寓意湛江市后繼勃發(fā)。
曲線形火炬狀橋塔造型突破了當(dāng)時國內(nèi)斜拉橋主塔現(xiàn)有模式，為國內(nèi)首創(chuàng)，氣勢磅礴，新穎美觀，很好地與成為城市人文自然景觀相融合。
本橋主塔造型新穎美觀，在施工過程中經(jīng)受了多次臺風(fēng)的考驗，充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的安全性。
(4)流線型空腹鋼箱梁設(shè)計技術(shù)
1）帶風(fēng)嘴的閉合流線型鋼箱梁抗風(fēng)性能優(yōu)越，成橋狀態(tài)顫振臨界風(fēng)速高達(dá)150m/s以上, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主梁顫振臨界檢驗風(fēng)速。
2）設(shè)置內(nèi)腹板可以增強(qiáng)箱梁剛度，減小剪力滯后現(xiàn)象，便于主梁制造、定位與架設(shè)。
3）橫隔板與內(nèi)縱腹板采用空腹結(jié)構(gòu)，增大了箱內(nèi)透空率，改善箱內(nèi)作業(yè)環(huán)境，有利于制造與后期維護(hù)，體現(xiàn)以人為本的設(shè)計理念。
4）箱內(nèi)采用空腹式結(jié)構(gòu)，使全橋正交異性鋼橋面板的變形性基本協(xié)調(diào)一致，延長橋面鋪裝使用壽命。
5）本橋采用空腹式鋼箱梁，在不影響結(jié)構(gòu)受力的前提下，經(jīng)濟(jì)性好，鋼材用量指標(biāo)僅為450kg/m2
4、有關(guān)資料
橋 名：湛江海灣大橋
橋 型：雙塔雙索面混合梁斜拉橋
跨 徑：480m
橋 址：廣東省湛江市
設(shè)計單位：中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司
施工單位：廣東省長大公路工程有限公司
中鐵山橋股份有限公司
上海浦江纜索有限公司
混凝土用量：79582.8m3
鋼材用量：170001KN
造 價：7.3億
建成日期：2006年12月30日
