1.概況
汀九橋?yàn)橄愀廴柛删€主要部分之一，連接青衣島及大欖隧道，大大縮減往來偏遠(yuǎn)的新界西北區(qū)及市中心的時(shí)間，亦可經(jīng)毗鄰的青嶼干線，到達(dá)香港國際機(jī)場。它位處寬900m及水深10～29m的藍(lán)巴勒海峽。主橋采用（127+448+475+127）m 三塔結(jié)合梁斜拉橋（圖1）。
圖1 汀九橋全景
香港位于亞熱帶，年平均氣溫和總降雨量分別為23℃及2214mm，年平均受15次臺風(fēng)吹襲，最高風(fēng)速達(dá)118km/h。
大橋采用六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)使用年限120年；設(shè)計(jì)速度100 km/h；橋梁寬度(不含整流罩) 18.8m (雙梁每條寬度)；荷載標(biāo)準(zhǔn)：車輛荷載 HA + 45單位HB (根據(jù)英國運(yùn)輸部標(biāo)準(zhǔn)BD37/88)；設(shè)計(jì)風(fēng)速80 m/s陣風(fēng)、50 m/s平均時(shí)速 ；船舶撞擊荷載 220,000噸級海輪于時(shí)速8浬之撞擊 ；地震基本烈度按修訂麥加利烈度表7級；通航凈空：凈高61m，凈寬不小于240m。
2．主橋結(jié)構(gòu)
汀九橋全長1177m, 為三塔四索面四孔連續(xù)加勁梁斜拉橋。從汀九端開始，橋跨布置為 127m + 448m + 475m + 127m = 1177m (圖2)，兩個(gè)主跨長度不一，是由于中央塔選擇在最淺水的位置。主梁為雙鋼和混凝土結(jié)合梁，高1.78m，每條梁寬18.8m (不含整流罩)，中間開槽 6m，沿橋身縱向每隔13.5m以鋼橫梁相連。斜拉索索面按扇形布置，共384根，標(biāo)準(zhǔn)索距為13.5m。索塔為獨(dú)柱式結(jié)構(gòu)，位于兩條主梁之間，并以橫向斜拉索加固，塔高160 – 196m，每座索塔頂部兩側(cè)均安裝有鋼拉索錨箱。汀九塔和青衣塔均由長30m、寬24m和厚5.75m的筏形地基支承。中央塔地基由52根直徑2.5m 鉆孔樁組成，鋼筋混凝土承臺，長37m、寬33.2m、厚6m。
圖 2 橋型布置
?。?）索塔基礎(chǔ)
汀九橋位處繁忙的馬灣航道旁，巨型貨船熙來攘往，三座索塔均設(shè)有船舶防撞措施防止索塔被船只撞擊，分別以馬蹄形的混凝土結(jié)構(gòu)、人工島及海堤形式建造。汀九塔和青衣塔均由長30m、寬24m和厚5.75m的筏形地基支承。中央塔地基則由52根直徑2.5m 鉆孔樁組成，樁長平均為27m，鋼筋混凝土承臺長37m、寬33.2m、厚6m。
圖 3 橋塔地基
在三個(gè)索塔地基之中，以中央塔為最大(圖 3)，混凝土用量達(dá)5,800m3，澆灌大體積的混凝土結(jié)構(gòu)，須遵從嚴(yán)格的規(guī)范，以免因溫度過高而引起的早期裂縫及產(chǎn)生長遠(yuǎn)的強(qiáng)度下降問題。在灌注過程中，共用四艘躉船從青衣運(yùn)送36輛混凝土攪拌車往工地，并使用四臺流動混凝土泵機(jī)?；炷另毣旌弦夯鋮s，以降低溫度，另外又在承臺內(nèi)安裝了一個(gè)利用海水循環(huán)散熱的泠卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有三層鍍鋅鋼管，連接四臺獨(dú)立泵機(jī)。每條鋼管直徑50mm。整個(gè)澆灌工程在75小時(shí)內(nèi)完成，規(guī)模之大破了當(dāng)時(shí)香港的紀(jì)錄。為監(jiān)測混凝土的最高核心溫度及不同位置的溫差，安裝了42個(gè)熱電偶，在澆灌完成后連續(xù)監(jiān)測達(dá)兩星期，監(jiān)測結(jié)果能滿足規(guī)范的要求。
?。?）索塔
圖 4 施工中的橋塔
三座索塔均采用外型修長的單支柱設(shè)計(jì)(圖4)，每座索塔頂部兩側(cè)均裝上外置的鋼拉索錨箱。索塔兩側(cè)于主梁下均設(shè)置橫鋼梁，兩側(cè)橫鋼梁末端分別連接上下共4組橫向穩(wěn)定索，穩(wěn)定索向上直達(dá)塔頂，下接索塔下部離水面42m錨固，形成穩(wěn)固的菱形橫向穩(wěn)定系統(tǒng)(圖5)。索塔內(nèi)設(shè)有一個(gè)豎井，安裝了爬梯、機(jī)電設(shè)施及由齒輪帶動的升降機(jī)。每座索塔由三段截面不同的塔身組成，以中央塔為例，塔身截面由下而上分別為18 x 10m, 14 x 10m 及 5.5 x 10m，段與段之間由一個(gè)轉(zhuǎn)換層連接，從而將索塔內(nèi)巨大的應(yīng)力有效地分布及傳遞至下段。
圖 5 橋塔
索塔主要以滑模建造法建成?；b置由高1.2m的內(nèi)外鋼板組成滑模工程晝夜不停進(jìn)行，模板的上移速度約為每天3.5m。
由于鋼拉索錨箱將巨大的索力轉(zhuǎn)至混凝土索塔 (圖6)，混凝土塔頂中需設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋及水平環(huán)形鋼筋束加固。預(yù)應(yīng)力鋼筋束依循塔身的弧度安裝，垂直間距約為0.68m至2.44m。
圖 6 鋼拉索錨箱和塔頂?shù)倪B接
(3)主梁
主梁由鋼梁及混凝土板疊合建成，每條主梁由87 節(jié)標(biāo)準(zhǔn)梁段組裝而成，每節(jié)長13.5m、寬18.77m、厚1.78m(圖7)。主梁使用4 索面斜拉索以半飄浮體系承托，大大縮減主梁的橫向跨距。以一座設(shè)置6車道及雙路肩的斜拉橋來說，這樣纖薄的梁身，實(shí)屬罕見。另外，薄身的主梁有助提升橋梁的抗風(fēng)穩(wěn)定性。
每節(jié)梁段的鋼格柵均由兩條縱向及三條橫向鋼梁所組成，上面鋪上12塊預(yù)制混凝土橋面板，再在面板接縫澆灌混凝土。鋼格柵預(yù)先在工場以焊接方式拼裝，而梁段則在工地以高拉力摩擦螺栓拼接。
圖 7 主梁
(4)斜拉索
斜拉索采用高強(qiáng)度鍍鋅平行鋼絞線(圖8 、圖9)，共384根，另外縱向及橫向穩(wěn)定索分別有64及8根，總重共3,060噸。每根拉索的鋼絞線數(shù)量不一，由最小17至最多58根。每根拉索均裝設(shè)3重防腐保護(hù)措施，除了鋼絲經(jīng)鍍鋅處理外，每根鋼絞線還包上高密度PE套，最后在整束絞線再套上高密度PE保護(hù)套，此保護(hù)套表面纏繞螺旋線，以抑制拉索的風(fēng)雨振。橋塔的縱向及橫向穩(wěn)定索更裝上阻尼器，在竣工后的9年內(nèi)，沒有發(fā)生任何超出規(guī)范的風(fēng)雨振。拉索張拉采用鋼絞線張拉法，只需使用輕便手提式單索千斤頂，此張拉法更能令鋼絞線索力一步到位，不用進(jìn)行多次索力調(diào)整，具省時(shí)和省卻大型機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)。
圖8 鋼塔頭內(nèi)的錨固
圖 9 錨固
(5) 整流罩及縱向穩(wěn)定索
由于橋面寬、跨度大、及香港位處臺風(fēng)地帶，風(fēng)力強(qiáng)大，為確保大橋抗風(fēng)穩(wěn)定性，主梁須進(jìn)行節(jié)段和全橋氣動彈性模型風(fēng)洞試驗(yàn)，對橋梁風(fēng)致振動進(jìn)行了全面的分析研究。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，施工狀態(tài)在最不利的 +5° 風(fēng)攻角時(shí)的顫振臨界風(fēng)速大于63 m/s；成橋狀態(tài)在 0° 風(fēng)攻角時(shí)顫振臨界風(fēng)速大于101m/s，完全滿足抗風(fēng)穩(wěn)定性要求。
為提高主梁氣動穩(wěn)定性，橋身邊緣設(shè)置整流罩，在進(jìn)行節(jié)段模型風(fēng)洞測試時(shí)，共測試30多種主梁和整流罩的不同組合。由于橋塔采用獨(dú)柱式設(shè)計(jì)，縱向剛度比較低，故中央塔須加裝縱向穩(wěn)定索，在全橋氣動彈性模型測試中，確定了縱向穩(wěn)定索能大幅減少中央塔因強(qiáng)風(fēng)引致的過度撓曲及位移，完全滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求?？v向穩(wěn)定索長465m，位冠世界最長的斜拉索。
3．汀九橋工程的招標(biāo)、設(shè)計(jì)和建造
（1）招標(biāo)
由于汀九橋?qū)ο愀鄣慕煌ňW(wǎng)絡(luò)非常重要，故此需在最短的時(shí)間內(nèi)竣工，工程合約以 “設(shè)計(jì)及建造”的形式批出，使建造和設(shè)計(jì)工作能在相若的時(shí)間內(nèi)同步進(jìn)行，建造工程在合約批出后約四個(gè)月隨即開展。最后整個(gè)“設(shè)計(jì)及建造”的工程僅在44個(gè)月內(nèi)完成。
?。?）設(shè)計(jì)
時(shí)間、經(jīng)濟(jì)和外觀是本橋設(shè)計(jì)時(shí)三個(gè)必須謹(jǐn)重考慮的因素，本橋的設(shè)計(jì)充分反映出設(shè)計(jì)師在這些方面所付出的心思，從以達(dá)致完美的效果，當(dāng)中包括：
1）為能達(dá)至省時(shí)和減省成本的目的，斜拉索采用4索面的方案，可使橫向的跨度縮短，從而把主梁的重量減輕及將整體結(jié)構(gòu)自重降低，同時(shí)亦使索塔和主梁外形變得纖巧和富時(shí)代感。另外，在設(shè)計(jì)索塔外型時(shí)，亦考慮使用快捷省時(shí)的滑模施工方法。
2）一般混凝土索塔，外表乏味，但汀九橋索塔頂部外加裝了黃色鋼拉索錨箱，配襯菱形橫向穩(wěn)定索系統(tǒng)及主梁下的一對白色鋼橫梁，此混合布置外形優(yōu)美，整座索塔恰似古代帆船的桅桿，與周圍環(huán)境構(gòu)成一幅美麗的圖畫，體現(xiàn)了藝術(shù)和技術(shù)天衣無縫的配合。
圖 10 橋南端岸邊船舶防撞設(shè)施
(3) 建造
較特別的工程項(xiàng)目包括：
1）建造三座索塔的船舶防撞設(shè)施中，其中以青衣塔的馬蹄形混凝土結(jié)構(gòu) (圖10)難度最高。它高28m，其中20m置于水面以下，須采用爆破方法在水底開鑿石坑，然后在石坑內(nèi)安放96根H型預(yù)制鋼筋混凝土樁柱，筑成一道半徑為29m的馬蹄形圍堰。圍堰樁柱嵌接臨時(shí)鋼導(dǎo)架加固后，并用導(dǎo)管法在石坑澆灌水下混凝土加固樁柱底部，然后澆灌混凝土填滿樁柱間之空隙筑成防水圍堰，當(dāng)圍堰內(nèi)的海水排凈后，澆灌約8,000m3的混凝土筑成平坦的地臺，繼而在地臺中心位置澆筑橋塔基礎(chǔ)，最后在外圍筑建約10,000m3的馬蹄形船只防撞結(jié)構(gòu)。
圖11 橋塔頂部的建造程序
2）索塔建造時(shí)，須解決在200m高空將重達(dá)200t的鋼拉索錨箱和混凝土塔頂?shù)难b嵌問題。在建造混凝土塔頂時(shí)，先以滑模法澆筑狀似音叉的南北支柱，然后在頂部裝上臨時(shí)的懸臂式支架，再在支架上加裝重型吊機(jī)把鋼拉索錨箱從地面吊升至塔頂東西兩端就位(圖11)，然后于鋼拉索錨箱與索塔間之空隙澆滿混凝土，待混凝土強(qiáng)度足夠后，再張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋將鋼拉索錨箱牢牢鎖固于混凝土塔柱上。
3）至于架設(shè)標(biāo)準(zhǔn)梁段時(shí)，需使用置于橋面末端的起重機(jī)吊裝預(yù)先裝嵌的橋身鋼格柵，然后張拉拉索及鋪設(shè)預(yù)制混凝土橋面板，最后澆灌混凝土橋面板的接縫(圖12)。而位于索塔兩側(cè)的鋼格柵則使用安裝在塔頂?shù)闹匦偷鯔C(jī)吊裝 (圖13)。由于主梁兩端位于土坡之上，不能用平板拖車或躉船運(yùn)送橋身鋼格柵就位，所以須用擺臂起重機(jī)將橋身鋼格柵的構(gòu)件逐一吊起，再在現(xiàn)場架設(shè)。架設(shè)每節(jié)標(biāo)準(zhǔn)梁段需時(shí)4天，全橋75節(jié)標(biāo)準(zhǔn)梁段則在4個(gè)月內(nèi)裝嵌完成。
圖 12吊裝梁段
4．橋梁的巡檢通道和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)
汀九橋在設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮巡檢通道的要求，以便日后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作。除了在每座索塔內(nèi)均安裝電梯和人行梯 外，在主梁底設(shè)有永久的移動平臺，更為拉索和索塔設(shè)置巡檢小車，以便檢測人員可在近距離檢測有關(guān)結(jié)構(gòu)。橋上亦安裝了一套橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng) (橋監(jiān)系統(tǒng))，主要是考慮到傳統(tǒng)的檢查方法無法全面評估整座橋梁的結(jié)構(gòu)健康和安全狀況。橋監(jiān)系統(tǒng)的作用是監(jiān)測大橋在服役期的結(jié)構(gòu)健康變化和進(jìn)行結(jié)構(gòu)評估工作，以作出配合的應(yīng)
變措施，例如進(jìn)行特別檢查和維修等工作。橋監(jiān)系統(tǒng)配備300多個(gè)傳感器及有關(guān)附件，其中包括風(fēng)速儀、溫度儀、應(yīng)變儀、車重量度儀、加速儀、位移儀、人造衛(wèi)星定位系統(tǒng)等。
圖 13 橋塔下梁段的架設(shè)
5.主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
(1)汀九橋成功地解決多項(xiàng)復(fù)雜的工程問題，包括建造海中基礎(chǔ)、澆灌大體積混凝土結(jié)構(gòu)、高空裝嵌鋼拉索錨箱于混凝土索塔外及安裝超長縱向穩(wěn)定斜拉索。
(2)工程合約以“設(shè)計(jì)及建造”形式批出，促使大橋僅在44個(gè)月內(nèi)竣工。
(3)首次在國內(nèi)使用4索面、獨(dú)柱式索塔和特薄主梁的斜拉橋設(shè)計(jì)，大大減少所需建材，達(dá)致經(jīng)濟(jì)及快捷的目標(biāo)。
(4)一般混凝土索塔外表乏味，而汀九橋索塔卻體現(xiàn)了藝術(shù)和技術(shù)的完美結(jié)合，大橋外貌極具時(shí)代感，三座索塔儼如帆船的桅桿，矗立于藍(lán)巴勒海峽，構(gòu)成一幅美麗的圖畫。
(5)首創(chuàng)于索塔頂部外裝置巨型鋼拉索錨箱，以解決安放大量錨固于索塔內(nèi)的問題。以中央塔為例，共有160個(gè)拉索錨固，數(shù)目之多，締造了世界紀(jì)錄。索塔縱向穩(wěn)定索亦是全世界最長的斜拉索。
(6)汀九橋具極強(qiáng)的抗風(fēng)穩(wěn)定性，除索塔穩(wěn)定索外，其余斜拉索均不須加裝阻尼器，大橋啟用至今，并沒有出現(xiàn)任何超出規(guī)范的的風(fēng)雨振。
汀九橋的設(shè)計(jì)獨(dú)特而創(chuàng)新，施工技術(shù)水平達(dá)世界領(lǐng)先地位，曾獲詹天佑土木工程大獎，被世界橋梁界選為20世紀(jì)最美麗的15座橋梁之一。
6. 有關(guān)資料
橋名 : 汀九橋
橋型 : 三塔四索面四孔連續(xù)加勁梁斜拉橋
主跨徑 : 475m + 448m
橋址 : 香港特別行政區(qū)
設(shè)計(jì)單位 : 由德國舒拉茲波格曼結(jié)構(gòu)工程師與香港博威工程顧問有限公司聯(lián)營
施工單位 : 汀九聯(lián)營建筑公司 (由西班牙艾氏安立公司、新西蘭德能有限公司、德國旭建有限公司和香港保華建筑有限公司聯(lián)營)
混凝土用量 : 58,000m3
鋼材用量 : 10,500t
造價(jià) : 20 億港元
建成日期 : 1998年5月
