第三章 我国跨度大于千米的悬索桥（一）
截止2010年，我国已建、在建的跨度大于千米的悬索桥已达12座，其中已建的7座，在建的5座，见表3-1。
我国跨度≥1000m悬索桥主要资料 表3-1
序
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桥 名
舟山西堠门大桥 润扬长江大桥 南京长江四桥 江阴长江大桥 青马大桥 阳逻长江大桥 矮寨大桥 五峰山长江大桥 黄埔大桥南汊
位臵
浙江 江苏 江苏 江苏 香港 湖北 湖南 江苏 广东 贵州 安徽
主缆跨度布臵(m) 578+1650+485 470+1490+470 417+1418+357 369+1385+309 455+1377+300 250+1280+440 242+1176+116 330+1120+330 290+1108+350 268+1088+228 1080+1080
加劲梁型式
双塔两跨连续钢箱梁 双塔单跨双铰钢箱梁 双塔三跨钢箱悬索桥 双塔单跨简支钢箱梁 双塔双跨连续钢箱梁 双塔单跨双铰钢箱 双塔单跨简支钢桁梁 三跨连续钢桁梁 双塔单跨钢箱架 双塔单跨钢桁架 三塔双跨钢箱
桥宽
用途 建成年 2009 2005 在建 1999 1997 2007 在建 在建 2008 2009 在建 在建
36.0 公路 32.0 公路 33.0 公路 32.5 公路
轻轨 36.0 公、
33.0 公路 27.0 公路
公、铁
34.5 公路 24.5 公路 32.0 公路 36.7 公路
10 坝陵河悬索桥 11 马鞍山长江大桥 12 泰州长江大桥
江苏 390+1080+1080+390 三塔双跨钢箱
从世界范围来看，目前，全球已建、在建的跨度大于千米的悬索桥为30座(包括墨西拿海峡大桥)，我国占了40％，比例最高。其余的是美国、日本各4座，土耳其3座，英国2座，意大利、丹麦、瑞典、葡萄牙、挪威各1座。
这12座悬索桥多数各具特色。有世界首次使用的三塔双主跨悬索桥，如泰州长江大桥、马鞍山长江大桥；坝陵河大峡谷悬索桥的桥面至水面高约370m，比世界上最高的横跨阿肯色河之上320米的美国科罗拉多州皇家峽谷大桥还高出50m。矮寨大桥的桥面至谷底高差也达330m，且桥两端都紧接着隧道，施工条件极为困难；有目前已建成的跨度最大的公铁两用的悬索桥—青马大桥；有具备世界跨度最大的连续钢箱加劲梁的悬索桥—西堠门大桥，能经受颤振检验风速为78.7米/秒的考验（国际最高标准为17 级，风速为56.1~61.2米/秒。）；其扁平流线形分离式双箱断面是国际首次使用等等。
尽管在主跨跨度上我国距国际最大值尚有一定距离，但这12座跨度超千米的悬索桥的建设实践，已把我国悬索桥的科研、设计、施工、监控、运营管理、材料等各个领域的实际水平推向了世界先进水平，有些项目还进入世界领先水平，从而奠定了在世界上的地位。
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下面，将各桥的简要资料做个介绍；
第1节 舟山西堠门大桥
舟山大陆连岛工程是国家高速公路网甬舟高速公路(G9211)的主要组成部分。全长48km。起自舟山本岛的329国道鸭蛋山的环岛公路，经舟山群岛中的里钓岛、富翅岛、册子岛、金塘岛至宁波镇海区，与宁波绕城高速公路和杭州湾大桥相连接。舟山大陆连岛工程跨4座岛屿，翻9个涵谷，穿2个隧道。由浙江省交通投资集团投资130亿元建设。整座跨海大桥建成后，舟山与宁波的车程距离将缩短至一小时。与杭州的车程距离也将大大缩短，再加上已经建成的杭州湾大桥，舟山经杭州湾南岸到达上海的车程也将缩短到3小时，这将使舟山更紧密地融入长三角经济圈。全部工程中包括岑港、响礁门、桃夭门、西堠门、金塘5座大桥。西堠门大桥是第四座大桥，其走向由北向南，北端连接册子岛，南端连接金塘岛，横跨西堠门水道，项目全长5.452km，大桥长2.588km，为两跨连续钢箱梁悬索桥。
大桥按高速公路标准设计，双向四车道，设计行车速度为80km/小时，设计荷载：公路-Ⅰ级；行车道宽度：2×11.5 m；通航标准：通航净高为设计最高通航水位以上49.5 m，通航净宽为630m；设计基准风速：运营阶段重现期100年U10=41.12 m／s，施工阶段重现期20年U10=36.19 m／s；地震基本烈度：7度。设计使用年限；≥100年。
国家发改委于2005年2月1日正式批准立项。大桥设计单位是中交公路规划设计院，施工单位是四川路桥和公路二局等，监理单位是大桥局桥科院。2005年5月开工，2009年12月25日正式通车。造价约22亿人民币。建成后的悬索桥概貌见图X-1-1。
大桥为主跨1650 m的悬索桥，主缆跨度布臵为578 +1650+485m，加劲梁结构体系为两跨连续钢箱梁。南边跨引桥均位于金塘岛上，采用跨径为60m的预应力混凝土连续箱梁。总布臵简图见图3-1-2。
1，主缆 全桥两根主缆，其中心距为31.4m。主缆由在工厂预制的高强度镀锌平行钢丝索股(PPWS)组成，抗拉强度不小于1770 MPa，这是目前最高的强度。而且，首次实现大跨径悬索桥主缆钢丝的国产化。每根索股由127根直径5.25mm的钢丝组成，全桥通长的主缆由169个索股组成，主缆直径为0.855m（索夹外），理论垂度165.00m，矢跨比1/10。每根长约2880米，重约10614吨，长度和重量均为国内第一。
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图3-1-1 舟山西堠门大桥概貌 图3-1-2 舟山西堠门大桥总布臵简图
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北边跨由另加的6个背缆索股共175个索股组成，缆直径为0.87m，垂度21.32m，矢跨比1:27.2。南边跨由另加的2个背缆索股共171个索股组成，缆直径为0.86m，垂度4.44m，矢跨比1:109.7。主缆防护采用φ4 mm镀锌缠绕钢丝加涂装防护。
主缆施工中顺利实施了国内首次采用的由直升机牵引先导索过海，不但克服了桥位处水文、地质条件复杂无法采用传统牵引方式的困难，同时还实现了不影响通航的先例。在海岛季风、雨雾等不利气候的影响下，主缆架设时间用了不到五个月，速度是很快的。
2，吊索 采用钢丝绳吊索，标准水平间距18m。每侧吊点设2根吊索。全桥共119处吊点。吊索与索夹为骑跨式连接；与钢箱梁为销铰式连接。吊索分为两类：一类是受力较大和变形有特殊要求的北塔附近处长吊索和北边跨短吊索，为特殊吊索；另一类是除特殊吊索外的吊索，为一般吊索。一般吊索钢丝绳公称直径为60 mm，公称抗拉强度为1 770 MPa，北边跨短吊索公称直径为80 mm，公称抗拉强度为1860 MPa，北塔处长吊索采用了自行研发的公称直径为88 mm，公称抗拉强度为1960 MPa的吊索。最长吊索338米,是中国长度最长、直径最大、强度最高的钢丝绳吊索。对于悬吊长度大于20 m的吊索，悬吊长度的中央设臵减振架，减少吊索的风致振动。
3，加劲梁 大桥位于受台风影响频繁的海域，水文、地质、气候条件复杂，而我国此前尚无在台风区宽阔海面建造如此大跨径钢箱梁悬索桥的实践先例。为满足加劲梁的气动稳定性而进行多方案充分比选及风洞模拟实验验证后，确定采用扁平流线形分离式双箱断面。能适应本桥颤振检验风速高达78.74 m/s的要求。这是国际上首次使用。断面形式见图3-1-3。
上海同济大学、西南交通大学分别以1∶20和1∶40的比例对西堠门大桥抗风性能作了模型试验，结果发现当试验风速达到90米/秒以上，最大风速达到115米/秒以上时，西堠门大桥模型都未发生颤振现象。(目前，国际通用的“蒲福风力等级”的最高一级—17级风的风速为56.1~61.2米/秒，而西堠门大桥设计提出的颤振检验风速为78.7米/秒)。模型试验表明西堠门大桥抗风性能非常卓越。2007年9月至10月期间，“韦帕”“罗莎”两次台风侵袭舟山时，西堠门大桥桥上实测最大风力达到13级，正处于架梁期的大桥经受住了考验。
全部加劲梁长2220.8m，总重量30450吨，材质为Q345C。加劲梁梁宽为36 m(外到外)，高3.51 m，中跨宽跨比为1/47.1，高跨比为1/471.4。两个封闭钢箱横向间距为
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图3-1-3 舟山西堠门大桥横断面示意
图3-1-4 箱梁横向连结 图3-1-5 箱梁合拢在即
6 m。采用正交异性钢桥面板，箱梁顶板厚14 mm、16 mm，底板厚10 mm、14 mm，顶、底板均采用U形肋加劲，顶板U形肋厚8 mm，高0.28 m，间距0.6 m，底板U形肋厚6 mm，高0.25 m，间距0.95 m。
加劲梁标准节段长度为18 m，宽36米，高3.51米，每个标准节段内有箱形横梁及工字梁各一道，见图3-1-4。箱形横梁和工字梁的构造及其与封闭钢箱的连接方式是分离式双箱断面的关键构造，采取了一些构造措施，以确保横桥向力线的顺畅及构造的有效性。
全部加劲梁由中铁宝桥股份有限公司制作、吊装。钢箱梁共126节，每个标准梁段由
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66个块件组成，重约250吨；最长梁段长19.6米，重约360吨节段。钢箱梁节段由海运就位后，依靠缆载吊机和牵引系统向安装位臵荡移吊装。梁段接口之间全部采用焊接连接，钢箱梁通过焊于其上的锚箱耳板与主索拉杆连接。全部吊装工作耗时600天。
竖向支座布臵于北锚和南塔横梁上，每处两个，分别支承加劲梁的两个封闭单箱，类型为双向活动支座；横向抗风支座布臵在北锚、北塔和南塔三处，每处一对，北锚及南塔处的抗风支座均布臵在横粱上，位于桥梁中心线处，北塔处的抗风支座布臵两侧塔柱上；纵向粘滞阻尼器布臵在北锚和南塔横梁的钢筋混凝土挡墙上，每处两个，以限制加劲梁在动载作用下的纵向位移并减小动载结构反力。加劲梁两端分别设一道大型伸缩装臵，以适应较大的伸缩和转动变位。
为了保护“精工细作”的西堠门大桥钢箱梁在海洋环境中不遭受海洋盐雾大气的腐蚀，通过将纳米技术与封闭涂料相结合，成功研制了新型电弧喷涂层纳米改性环氧封闭漆，纳米环氧封闭漆能真正渗透进喷铝涂层内部，基本上填充了铝涂层内部的孔隙，起到了良好的物理封孔作用。
西堠门大桥新型分体式钢箱梁关键技术研究成果达到国际领先水平，已获2008年度中国公路学会科学技术一等奖。
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，塔 北塔位于老虎山，南塔位于金塘岛。承台以上塔高211.29 m。索塔为钢筋混凝土门式框架结构。索塔塔柱横向上端内倾，塔柱外侧线条两次倾斜，使桥面以下塔柱的锥度增大，产生强烈的美学效果。塔柱为钢筋混凝土箱形截面，上塔柱为等截面8.5 m(顺桥向)×6.5 m(横桥向)；自中横梁以下开始线性变化，到塔底，截面尺寸为12.0 X11.0 m。为避免裸塔产生涡激振动并美化索塔外形，经数值风洞选型后，在塔柱截面四角设臵了尺寸为70×70 cm的直角凹缺。塔柱壁厚自上而下顺桥向分别为1.2 m、1.4 m、1.6 m，横桥向为1.2 m、1.3 m、1.5 m，并在与横梁交接范围局部加厚。
图3-1-6 南塔示意图
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横梁采用预应力混凝土箱形断面，北塔设臵上、中两道横梁；南塔处因设有竖向支座，则设有3道横梁。横梁截面尺寸为6.1 m(宽度)×9 m(高度)，顶、底板和腹板厚度均为0.9 m；横梁内腔设有两道0.9 m厚的隔板。
每个塔柱下设承台，其平面尺寸为22.8×16.8 m，高度7 m。北塔两承台之间用高度为6 m、截面尺寸为10X 6 m的系梁联成哑铃型整体。南塔不设系梁。
索塔基础采用群桩基础，单桩直径为2.8 m，每个塔柱12根。桩基嵌入微风化岩层。为确保地基的稳定性，北塔加深桩长至40 m。南塔桩基嵌人微风化岩层3倍桩经。
索塔于2005年5月20日开工，南塔于2006年5月8日封顶，北塔于2006年5月14日封顶，共计浇筑塔身砼3.9万立方米。
5，锚碇 北锚碇位于册子岛西南角的岬角上，采用重力式扩大基础锚，南锚碇位于金塘岛大馒头山的一处山脊后，锚碇采用重力式嵌岩锚。
锚碇外形为：顶面倾斜，各侧面均3.5°内倾，后端面均为竖直面，南锚前端面内倾角为26°，北锚前端面内倾角为15°。锚块底面采用四级台阶齿坎构造：北锚碇每级台阶高为3.5 m，南锚碇每级台阶从下至上高度为12 m、5.7 m、5.7 m、2.9 m。
图3-1-7 北锚锭示意图 图3-1-8 南锚锭示意图
锚块为实体棱台结构，前锚室顶板、前墙及侧墙采用板式结构。南北锚碇的侧墙厚度分别为1.2m、1.0m。北锚锭共用混凝土79302m3，南锚锭共用混凝土69094m3。
预应力锚固系统采用无粘结式，由镀锌钢绞线、防腐油脂等成熟技术组成。本体系为可换式悬索桥锚碇预应力锚固体系，采用“镀锌钢绞线+防腐油脂”的防腐方案，预应力
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体系浸泡在防腐油脂中。预应力筋可以单根更换。由于该锚固系统的可更换性，从而使得其寿命不再成为全桥使用寿命的控制点，更为有效地保证了锚固系统的耐久性。
大桥已被美国国际桥梁大会（IBC）授予“古斯塔夫〃林德撒尔奖”。
第2节 润扬长江大桥
润扬长江大桥是我国跨长江公路交通体系的重要组成部分。在镇江扬州间渡口上游2km，西距南京长江第二大桥约60Km。北起江苏扬州，南接镇江丹徒，是江苏省规划的“四纵四横四联”公路主骨架和跨江公路通道的重要组成部分，全长35.66Km。其跨江大桥的主要工程为，北汊176+406+176m双塔双索面钢箱梁斜拉桥，长758m，南汊1490m单跨双铰钢箱梁悬索桥。是我国长江上第一座由悬索桥和斜拉桥组成的组合型桥梁，规模之大、技术含量之高，为当时我国桥梁建设史上所罕见。
大桥的设计车速；100km/h。设计荷载；汽-超20级，验算荷载挂车120。设计洪水频率； 跨江主桥 1/300。通航标准；主通航道；通航水位以上≥50×390（海轮），副通航道24×700（船队）。抗震设防基本烈度：VII度。行车道；6车道。有效宽度31.5m。
大桥由中交公路规划设计院设计，中港二航局、路桥集团等单位施工。2000年4月开工，2005年4月提前半年通车竣工。耗资50.38亿元。建成后悬索桥概貌见图3-2-1。
图3-2-1 润扬长江大桥2005年4月30日全桥通车
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南汊桥主桥是单跨双铰钢箱梁悬索桥，主缆跨径布臵为470＋1490＋470；见图3-2-2。 两主缆平面间距34.3m，垂跨比1/10。承受6.8万吨拉力。每根主缆由184根束股组成，每束股由127丝Φ5.3mm镀锌高强钢丝组成，抗拉强度1670Mpa，竖向排列成正六边形，重约1.04万吨。主缆外径分别为895mm（索夹处）、906mm（索夹外）。主缆安全系数采用2.5。主缆缠丝采用的是国内首次使用的“S”型钢丝，施工技术难度很大。索股锚头采用套筒式热铸锚，在铸钢制成的锚杯内，浇铸锌铜合金。施工采用预制平行钢丝索股法（PPWS法）。主缆架设牵引距离之长，牵引重量之大，均创当时国内第一。
图3-2-2 润扬长江大桥总布臵简图
主缆系统还第一次在国内采用“通干燥空气法”进行除湿防腐，确保大桥使用寿命。经检查，该系统运行一年后，主缆内相对湿度小于60%。为提高加劲梁整体刚度，在主缆跨中设臵了中央扣，将主缆和加劲梁扣紧。这是国内首次使用。见图3-2-3 及图3-2-4。它有效地改善了短吊索受力，减小了活荷载引起桥面的纵向位移，同时增强了整体刚度。
图3-2-3 中央扣外形图 图3-2-4 中央扣构造
吊索材料选用耐久性好的平行钢丝束股（PWS），为1670MPa的镀锌高强钢丝，钢丝直径5.0mm，其外采用PE防护套防护。吊索上下锚头均采用叉形热铸锚。锚杯内浇铸锌铜合金。
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加劲梁是单孔双铰钢箱梁，断面布臵为带风嘴的扁平流线型闭口钢箱梁，主体结构采用Q345一D钢，为全焊结构。总宽38.7m，中心高3.0m，高跨比1／497，宽跨比1／38.5m。顶板和斜腹板厚14mm，底板厚10mm。采用8mm的U型肋和球头钢加劲。横隔板纵向间距3m。吊索与耳板为销接。由于在加劲梁上（国内首次）设臵了风稳定性板，
提高了大桥的颤振稳定性，节约了工程造价。桥面上做双层环氧沥青混凝土铺装。
图3-2-5 润扬长江大桥南汊主跨加劲梁断面布臵
箱梁在工厂预制，每两个预制标准段焊接连成一个标准吊装段，吊装重量约471t。见图3-2-5。最重节段520吨。是当时国内最重的一节钢箱梁。钢箱梁设计分为47个吊装梁段进行吊装，梁段总长1485.23m，总重量为21000余吨。
悬索桥主塔为门式结构，塔高215.58m，设三道单箱单室箱型预应力钢筋混凝土横梁，其设计梁高分别为10.0m、8.0m、8.0m，三道横梁均采用\"钢管立柱全支架法\"施工。塔柱为箱型截面。中、下塔柱为RC结构，上塔柱PC结构。每侧承台外形尺寸均为21.6×21.6×6.0m，承台之间由19.744×12.0m等厚的单箱双室的箱型系梁相联呈哑铃形，施工时于承台和系梁接合部位设后绕段。基础为32根Φ2.8m的钻孔灌注桩。桩长平均53（北）--57m
（南）。按嵌岩桩设计。
大桥锚碇设计采用重力式锚体、预应力锚固系统。锚体长64.272m、宽53.7m、高42.59m，主要由锚块、散索鞍墩、鞍部后浇段、后锚块侧墙及预应力锚固部分组成。北锚锭基础平面尺寸为69×50m，开挖48m深，座落在花岗石基岩上。锚区土层松软，基岩裂隙发育，岩面起伏大。
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采用中港二航局的地下连续墙的施工方案。墙厚 图3-2-6 主 塔
1.2m。每4m高度设一道钢筋混凝土支撑。其锚碇基础平面尺寸为69m×50m，深达50m，挖土方近17万方。在开挖深度到20m时，钢筋混凝土支撑的变形接近危险界限，后在距地下连续墙外侧23m处，重新修起一道高压旋喷桩墙以加固，保证了顺利完成施工。北锚碇施工相继攻克了一系列国际前沿技术，达到了国际先进水平：把国内大型深基坑纪录由32m一下子改写为48m，且在中国桥梁建设中创下了一次连续浇注15800方混凝土的纪录，
南锚锭基础平面尺寸为66.5×50m，高29m,为大体积钢筋混凝土结构。见图3-2-8，施工方案采用第二公路局的钻孔灌注桩排桩加冻结止水围护结构，内部上下设六道钢筋混凝土支撑体系。围护结构平面尺寸达69×54.6m，排桩嵌入基底以下7m。共用排桩140根,桩长35m,直径1.5m。基础施工时成功地在国内首次采用了排桩冻结法.以人工制冷把摄氏零下28度的盐水注入地下，在基坑四周形成厚1.3m、深40m的冻结帷幕墙体，作为基坑的封水结构，把地下水挡在墙外,以排桩及内支撑系统抵抗水土压力。外側用冻结孔144个，冻结壁厚1.3m，注浆孔74个，卸压孔288 个。施工过程中挖至4.5m深时，坑壁PC支撑开裂，经检查，系盐水没冻结，后改用液氮法冻结的办法，解决问题。
图3-2-7 南锚锭及施工围护示意
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图3-2-8 南锚锭背面 图3-2-9 南锚锭正面
悬索桥主要工程数量如下；
主 缆 21000吨 吊 索 506吨 鞍座、索夹、中央扣 1787吨 钢箱梁 21000吨 其他钢材 22000吨
索系统用钢量23295吨占总用钢量66295吨的百分之三十五 索系统的用钢量与钢箱梁的用钢量之比为1.11∶1 混凝土 46万方 桩基（Ф2.8m） 2×32根
图3-2-10 润扬长江大桥全桥远景
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