关于杭州湾跨海大桥项目的学习报告
1 工程的地位和作用以及建设的目的和意义
杭州湾跨海大桥全长36 km,,是我国“五纵七横”国道主干线中同江~三亚沿海大通道和沈阳~海口高速公路跨越杭州湾的最便捷通道。杭州湾跨海大桥也是浙江省2010年规划建成的“两纵、两横、十八连、三绕、三通道”公路网主骨架的重要组成部分, 它的建设可以便捷有效地将宁波、舟山等浙东南地区与上海连接起来, 与沪杭、杭甬高速公路一起构成沪、杭交通圈。杭州湾跨海大桥起自嘉兴市郑家埭, 跨越杭州湾海域后止于宁波市慈溪水路湾。
大桥工程包括北引线、北引桥、北航道桥、中引桥、南航道桥、海中平台、南引桥和南引线及交通工程等沿线设施。在大桥前期工作过程中, 围绕建设条件、施工方案、结构安全性与耐久性开展了70多项专题研究, 为大桥最终建设方案的确定提供了科学依据, 并为大桥的顺利实施奠定了坚实的基础。
2 工程的技术标准
主要技术标准：
(1)道路等级:双向六车道高速公路。
(2)计算行车速度:跨海大桥为100 km/h,两岸引线为120 km/h。
(3)路基宽度:大桥宽33 m(不含锚索区), 两岸引线宽35 m。
(4)设计荷载:汽车--超20级, 挂车--120。
(5)最大纵坡:3%。
(6)桥面横坡:2%。
(7)设计洪水频率:1/300(大桥),1/100(引线) 。
(8)设计基准期:南、北航道桥采用100年, 引桥采用60年并采用全预应力结构。
(9)抗风设计标准:运营阶段设计重现期100年, 施工阶段设计重现期30年。
(10)通航标准:通航净高按设计最高通航水位5.19 m(1985国家高程基准) 起算, 北航道的主通航孔按3.5万t 级海轮标准及建设深水港条件设计, 通航净空为325 m*47 m,两侧副通航孔按1 000 t级海轮标准设计; 南航道的主通航孔按3
000 t级海轮标准设计, 通航净空为125 m*31 m,两侧副通航孔按300 t级海轮标准设计。
(11)地震基本烈度为IV 度。
(12)船舶撞击力。
3 工程的主要特点
(1)工程规模浩大
大桥工程全长36 km, 海上桥梁长度达35．7 km, 无论对大桥施工组织管理还是对将来运营管理都带来许多新的难题。
(2)自然条件较差
水文、气象条件复杂, 潮大流急, 有效作业时间短, 年均180 d左右。工程地质条件较差, 软土层深达-50 m, 南岸浅滩区10 km 范围内存在浅层沼气, 对大桥基础施工有影响。
(3)施工条件差, 制约因素多
南岸滩涂区长达9 km多, 施工作业条件受到限制。
(4)建设工期紧
大桥计划于2008年建成, 由于海上18 km长的引桥采用70 m整孔预制吊装方案, 受船机设备控制; 南岸滩涂区近10 km引桥采用50 m整孔预制梁上运梁方案, 仅有一个工作面, 海上作业距离长、工作量大, 要按期完成大桥建设, 必须重视施工方案和施工组织设计。
(5)结构耐久性和景观要求高
大桥处于海洋强烈腐蚀环境, 对大桥结构耐久性影响很大。另外大桥地处我国经济高度发达的长三角地区, 对大桥景观要求也很高。
4 工程总体设计原则和总体设计
根据大桥特定的建设条件和工程特点, 提出以下总体设计原则。
(1)全面贯彻“实用、经济、安全、美观”的技术方针, 充分吸取世界范围内建桥的新理论、新材料、新工艺和先进经验, 做到因地制宜。
(2)将大型化、工厂化、标准化的预制装配方案作为研究、确定杭州湾大桥桥型方案的指导思想, 有针对性地开发或引进海上作业的大型起吊及安装设备。
(3)重视景观设计, 力求造型美观, 总体上与周围环境协调。同时充分重视水环境和自然景观的保护。
(4)针对杭州湾的特点, 充分重视施工方案研究和施工组织设计, 贯彻/施工决定设计0的理念。
(5)针对杭州湾特定的建设条件, 采取相应的结构安全和结构耐久性措施及施工安全对策, 确保大桥建设安全和设计基准期内桥梁使用安全。
杭州湾跨海大桥总体设计包括平纵线形设计、桥跨总体布置及景观设计。大桥平纵线形力求平面顺畅、纵坡均衡, 在视觉上保持线形的连续性, 尽量避免长直线和小偏角, 在心理和生理上有安全感和舒适感, 并与沿线环境相协调。影响大桥平面线形的因素较多, 主要有北岸连接线、北岸海堤、乍浦港规划内河港池、北航道、南航道、南岸登陆点、南岸海堤、南岸连接线, 杭州湾水域流速流向分布、两岸岸线规划及路线线形的各项指标等。综合权衡各影响因素后, 大桥平面线形设计成美观流畅的S 形曲线。
影响大桥纵断面线形的影响因素也很多, 不仅受到最大纵坡、最小坡长、最大坡长等路线设计指标控制, 还受桥下通航、通车、通人的净空高度及桥头软土路基段的填土高度限制。大桥纵断面线形设计成两个大凸拱形, 使大桥纵断面线形生动活泼。大桥景观设计对全桥结构造型、色彩、各部分结构的美学元素构成、不同结构间的过渡、桥面系以及景观照明等进行系统的设计, 使大桥不仅雄伟、美观, 而且与周围环境协调和谐。
5 工程的结构构造组成及技术特点
(1) 桥跨布置
根据沿线主要控制地物和功能要求, 确定桥跨布置。
(2)北航道桥
北航道桥采用布跨为70 m+160 m+448 m+160 m+70 m=908 m钻石型双塔双索面钢箱梁斜拉桥, 半飘浮体系, 五跨连续结构。
索塔采用钻石形塔, 桥面以上为三角形结构, 以利于提高结构刚度和抗风稳定性; 桥面以下两塔柱收腿, 使整个塔呈钻石形。基础采用2.8 m直径的钻孔桩+承台的整体基础, 承台外周设防撞消能设施。斜拉索在索塔上通过整体钢锚箱进行锚固。
主梁采用扁平钢箱梁, 梁高3.5 m, 梁宽37.1 m, 钢箱梁采用工厂预制成组件, 组拼场组拼成节段, 标准节段长15 m,斜拉索与钢箱梁采用耳板锚固。
斜拉索采用平行钢丝成品斜拉索, 斜拉索采用塔上张拉方式。辅助墩和过渡墩采用矩形倒圆角断面, 基础采用2.5 m直径或2.8 m直径钻孔桩+承台基础。
(3) 南航道桥
南航道桥采用布跨为100 m+160 m+318 m=578 m的A 形独塔双索面钢箱梁斜拉桥, 三跨连续结构。
索塔采用A 形塔, 以利于提高受力性能和结构刚度及抗风稳定性。结构舒展和谐, 风格独特, 造型优美, 景观效果良好。基础采用2.8 m 直径的钻孔桩+承台的整体基础, 承台外周设防撞消能设施。斜拉索在索塔上通过整体钢锚箱进行锚固。
主梁采用扁平钢箱梁, 梁高3.5 m, 梁宽37.1 m, 钢箱梁采用工厂预制成组件, 组拼场组拼成节段, 标准节段长15 m,斜拉索与钢箱梁采用耳板锚固。
斜拉索采用平行钢丝成品斜拉索, 斜拉索采用塔上张拉方式。辅助墩和过渡墩采用矩形倒圆角断面, 基础采用直径2.5 m或直径2.8 m钻孔桩+承台基础。
(4)水中区引桥
水中区引桥采用70 m 跨径整孔预制吊装的连续箱梁结构, 一片预制梁的吊装质量为2 260 t,墩身采用矩形倒圆角断面, 基础采用钢管桩+承台基础。
(5)滩涂区引桥
滩涂区引桥采用50 m 跨径整孔预制梁上运梁的连续箱梁结构, 一片预制梁的自重为1 350 t,墩身采用矩形倒圆角断面, 基础采用钻孔桩+承台基础。
(6) 陆地区引桥
陆地区引桥受控因素较多, 根据控制地物跨越要求和经济性要求分别选择80 m、60 m、50 m、30 m跨径连续箱梁结构, 墩身采用矩形倒圆角断面, 基础采用钻孔桩+承台基础。
(7)海中平台
由于杭州湾跨海大桥海中桥长达30余km, 沿线又无可利用的岛礁, 加上南滩涂发育, 航行条件较差, 为了提高大桥施工工效, 降低海上施工的风险, 在海域中央设置海中平台一座。海中平台规模为12 000 ㎡左右, 平台东侧设置观光塔一
座。海中平台施工期间作为海上施工人员的生产、生活基地, 并兼作海中测量、通信的中继站。大桥运营期间作为海上紧急救援、旅游观光、海事管理的场所。
海中平台采用双层结构, 基础采用钻孔桩+钢管桩基础。一层平台采用预制梁板+湿接缝结构。二层结构根据功能进行建筑设计, 并以提高景观效果为目标。 6 工程建设所采用的管理措施
(1)质量管理
建立健全质量管理制度，加强对劳务工人的管理，严把原材料质量关，优化混凝土配合比，积极开展科研活动。
(2)主要技术管理
混凝土套箱与钢套箱的比较和决策，套箱结构的优化，承台混凝土两次浇注优化为一次浇注，70个现浇墩身改为预制安装问题，预制场及预制方案的确，墩身安装方案的调整，湿接头裂缝控制。
(3)进度管理
建立健全管理体系，科学编制进度计划，动态管理进度计划，加强与兄弟标段间协调。
(4)安全管理
健全安全管理网络，完善制度，实行全员风险抵押金制度，持教育和检查，强化船机设备的准入，加强细节管理。
7 工程建设投资及其资金筹措
杭州湾跨海大桥总投资共118亿元, 在118亿元的总投资中,35%的资金作为资本金, 其余的70亿元由银行贷款解决。在资本金中, 大桥两端的宁波和嘉兴, 分别出资90%和10%,共同组建宁波杭州湾大桥投资开发有限公司, 股东包括宁波交通投资开发有限公司和嘉兴高速公路有限公司, 占资本金总投人49.75%。其余资本金则出于民资, 共有17家民营企业组成的5个投资公司的民间资本占到了资本金投人的50.25%。其中杭州宋城集团17.3%,慈溪建桥投资有限公司占12.83%,雅戈尔占4.5%。70亿元的银行贷款中国家开发银行承诺贷款40亿元, 工商银行20亿元, 中国银行和上海浦发银行各5亿元。
8 工程在设计方面的创新点
大桥设计的集成创新：
(1)桥身设计
大桥总长36公里，设计者别出心裁把桥身设计成俯视为S 形蜿蜒横跨杭州湾.S 形设计是为了让海水顺利流过桥梁下方" 使大桥对水文与潮汐的影响降至最低。同时S 形桥梁还有一个实际功效, 即能够让驾驶员在又直又长的路面上不感觉单调避免走神或者瞌睡. 为进一步防止司机视觉疲劳大桥还把两侧的金属护栏从南至北漆成赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色，每5公里一种。如果从远处的水面上看，整座大桥就如一条横卧海上的“七彩长虹”大桥中部离南岸约14公里处建了一个面积约万余平方米的海中平台" 用匝道与大桥相连。平台上建有观光塔，游客可以俯瞰大桥的雄姿和波澜壮阔的大海。体现科技与人文结合的创新设计被完美地集成到了跨海大桥桥身上。
(2)桥塔设计
桥塔与桥身一样直观! 根据海水深度，杭州湾跨海大桥设有南北两个航道桥。南航道桥通航标准3000吨，设计为主跨318米A 型独塔（高202米）双索面钢箱梁斜拉桥；北航道桥通航标准35000吨，开始设计为主跨448米A 型双塔（高187米）双索面钢箱梁斜拉桥。后来发现如果北航道桥用A 字型塔，它在海上的基础台面将达长100米宽38米，差不多一个足球场大小，不但造价高，在恶劣海面上施工的风险也大大增加。于是设计人员提出新的方案，把北航道桥塔改成中间大下面小的钻石型，以减少水中承台面积，降低施工代价。当时有人顾虑北航道桥塔改成钻石型后不够伟岸挺拔，会与南航道的A 型桥塔不协调，但实际建成后并没有人觉得有问题，甚至还有人认为钻石型更峻拔。
(3)风障设计
杭州湾海域除了雾气、大雨外，还有一个特点是风也很大。据历史测量数据报告，这里8级以上的风力属于正常。桥上过大的横风，对汽车特别是大客车、面包车行驶带来很大危险。在否定了风太大时“关闭大桥”和“让汽车减速”的方案后，工程技术人员在大桥两侧栏杆上增加长2米、宽20厘米的圆弧形风障，风障是中间有空隙的挡板，既能够为高速行驶的车辆减少横风干扰，也保证了风
障自身安全。在杭州湾跨海大桥上行车，即使遇到11级大风，车辆受到的影响也只相当于8级风。这项额外增加成本的设计，体现了系统创新的要求。
(4)浅层天然气处理
大桥施工中还遇到了杭州湾土层中蕴含天然气的难题，将钢桩打入这类土层极为危险，失控喷出的天然气可能侵蚀桥梁地基，一有火花，还会点燃天然气，引发爆炸。另外，如果浅层天然气喷发将造成土层扰动，不仅对钻孔桩施工及桥基稳定性有较大危害，而且会影响栈桥施工及大桥建成后运营安全。为了解决这个问题，指挥部曾去曼哈顿向美国人取经，外国公司也没有碰到过这样的问题，但是他们说，如果工程交给他们做，天然气问题自然会解决。外国人拿不出办法，桥梁施工专家转向咨询在海上开采石油的中国专家，结果发明了“控制性放气法”：找出天然气最密集的区域，将装有压力阀的细管钻入天然气矿床，让天然气慢慢排出降低压力；在气量不大的区域则用勘探孔直接放气。集成了来自国内的他山之石问，题迎刃而解。
(5)定位系统设计
为了加快工程进度，工程团队在杭州湾南岸开工的同时，北岸也同时展开工程。各个独立的桥段必须精准地连接，钢管的安置与调整关系决定了工程的成功与否，传统的桥梁工程以目测方式确定钢桩位置，但跨海大桥总长36公里，加上大雨和浓雾的影响，目测法定位几乎不可能，大桥工程请导航公司专门设计了一套全球卫星定位综合系统，卫星定位参考站设在陆地，杭州湾两岸的两个基地台与运转着的通讯卫星成，一个三角参。这样每一根钢桩都有了自己的经纬度坐标。" 打桩时，打桩机上的全球卫星定位接收器会精确找到钢桩的具体位置，从而保证了全桥各个桩位的精准联系。
(6)数字管理设计
杭州湾跨海大桥是一座“数字化大桥”科研单位利用硬件及接口技术、网络及数据库技术、图像图形技术，建立了一套大桥管理养护系统，整座大桥设置中央监视系统，平均每公里就有1对监视器。对整体桥梁部位进行结构分解，形成22949个构件，并将采集数据的625张表与其相关联，提供一个完整的数据结构化检索方式；集成统一工程通讯及网络的组建，极大降低了基础网络建设成本；
可以实现长距离的多点无线视频图像传输及回送。这样，大桥的“身体健康”状况随时可以了解，有利于科学合理的管理和维护。
9 结语
杭州湾跨海大桥工程规模浩大，建设条件复杂, 该项目自2003年11月开工以来, 各项工作进展顺利, 在进度、质量、安全、成本控制等方面均取得了阶段性的成果, 这是各项措施有效性的体现。在杭州湾跨海大桥项目管理上采取的措施, 是根据企业自身条件和工程特点制定的, 有些并不具有代表性, 但对于类似工程具有一定的参考借鉴作用。