“牵手”群岛 梦桥飞渡——宁波舟山港六横公路大桥总体设计

宁波舟山港六横公路大桥工程起于舟山六横岛干岩互通，终点位于宁波柴桥枢纽，总长29.6km。全线工程主要包含3座通航孔桥及其余引桥、互通等。3座通航孔桥为双屿门特大桥（主跨1768m单跨吊钢箱梁悬索桥），青龙门特大桥（主跨2×756m三塔钢箱梁斜拉桥）及梅山水道桥（主跨260m斜拉桥）。项目建设条件复杂，建设难度大，耐久性要求高。提出了强/台风海域超大跨径悬索桥抗风措施，海域超大跨多塔斜拉桥适宜结构体系和耗能关键装置；为实现快速化施工，首次采用型钢劲性骨架组合结构索塔及整体式安装的型钢劲性骨架组合结构横梁；为实现倾斜岩面及小空间作业，提出了大直径管柱式基础；为提高海域桥梁耐久性，应用了玄武岩纤维复合材料（BFRP）网格及新型海域钢管桩涂装体系。

宁波舟山港六横公路大桥一期工程起于宁波梅山互通，终点位于柴桥枢纽，总长10.8km；二期工程起于舟山六横岛干岩互通，终点位于宁波梅山互通，总长18.8km。

工程按设计速度100公里/小时高速公路标准设计，采用双向六车道（一期）/四车道（二期），计划建设工期5年。项目拥有“连岛、连港、联网”三重意义。项目地理位置如图1所示。

图1 六横公路大桥项目地理位置

建设条件复杂：桥址区风大浪高，水深流急，船舶通行密集。1/100设计基准风速达44.3m/s，双屿门通航孔桥是世界上抗风难度最大的桥梁之一。年有效作业时间仅9个多月，提升海上施工效率是重难点之一。

通航孔桥建设难度大：主跨1768m的双屿门主桥是世界上跨径最大的单跨吊悬索桥，主跨2×756m的青龙门主桥是世界上跨径最大的三塔钢箱梁斜拉桥。两座世界级桥梁，建设难度大，技术含量高。且大桥建成后，将成为地标建筑，景观和文化要素要求高。

海洋环境耐久性要求高：项目地处象山港口外，舟山南部海域，属于典型的海洋环境，结构耐久性要求高，结构设计和施工品质要求严格。

大桥运营条件复杂，防灾减灾技术要求高：大桥连接舟山与宁波，承担六横岛和宁波港口的集疏运功能，且规划通行危化品。此外青龙门大桥跨越5万吨级航道，船舶撞击风险高。

宁波舟山港六横公路大桥工程主要包含3座通航孔桥：主跨1768m双屿门通航孔桥，主跨2×756m青龙门通航孔桥，主跨260m梅山水道桥及其余引桥（双屿门东引桥、青龙门东西引桥等）、互通（干岩互通，佛渡互通，梅山互通等）等。

全线主要工程分布及总体概略布置如图2所示。 

图2 不同倾斜构件的排水路径

双屿门大桥为主跨1768m单跨吊钢箱梁悬索桥。缆跨布置为（600＋1768＋645）m，矢跨比为1:9.5。主缆横向间距34.1m，标准索距18m。纵向采用半漂浮体系，塔梁间设置摩擦阻尼器及限位挡块。横向设置抗风支座。桥型布置如图3所示。

图3 双屿门大桥桥型布置图

六横侧主塔位于冲蚀岩滩和剥蚀矮丘，地层主要为强风化和中风化熔结凝灰岩，佛渡侧主塔位于小郭巨围垦区，为浅滩，地层主要为海积淤泥和淤泥质粉质黏土，基岩为中风化熔结凝灰岩。

索塔基础采用圆形承台+群桩基础，以中风化凝灰岩为桩尖持力层。

索塔采用门形索塔，矩形空心箱形断面。关键节点区域采用型钢混凝土组合截面，提高刚度及截面承载力，其余位置采用普通钢筋混凝土截面。

六横侧塔高246.3m，佛渡侧塔高254m，两侧索塔均设置三道横梁，下横梁梁高10.5m，中横梁梁高10m，上横梁梁高9m。索塔构造及型钢劲性骨架布置如图4所示。

图4 双屿门大桥索塔构造（六横侧）/m

主梁采用分体式钢箱梁，梁高3.5m，标准梁宽40.1m，吊索锚固在风嘴上，主缆横向间距34.1m，平底板宽5.6m，外侧斜底板宽4.75m，内侧斜底板宽4.7m。两侧箱体采用连接箱进行横向连接，横向间距6m，连接箱顺桥向宽度6m。

图5 双屿门大桥钢箱梁构造/mm

六横侧采用重力式锚碇，结合地形地质变化采用左右锚体不同的异形扩大基础重力式锚，IP点标高58m，入射角17.234°，散索段长度为30m，锚跨长度为26m，混凝土约9.7万方，挖方约11.4万方。

佛渡侧采用隧道锚，分左右两侧，锚塞体嵌入中风化凝灰岩。散索鞍支墩根据地形条件按左右不等高设计，支墩基础采用扩大基础，基底均落入中风化岩层。

锚塞体长45m，采用圆端型实心断面；散索鞍支墩主要承受散索鞍传递的主缆压力，采用矩形断面实心墩，支墩顶面到主缆 IP 点垂直距离 6.2m，墩中心线倾斜角 64.6°；散索鞍支墩扩大基础采用矩形截面，截面尺寸为 12.5m×12.5m，基础厚 5m。

青龙门大桥桥跨布置为119+231+2×756+231+ 119m 的三塔连续钢箱梁斜拉桥，主桥全长2212m，边中跨比0.463，边跨设辅助墩；斜拉索采用双平面索布置，标准索间距为15m，边跨密索区间距9m。为提高中塔刚度，边中塔采用“大小伞”布置，边塔27对拉索，中塔21对拉索。

青龙门大桥采用半漂浮体系，中塔塔梁之间设置纵向固定限位球钢支座；边中塔设置横向抗风球钢支座，过渡墩设置横向限位耗能装置，静力工况约束横向位移，地震工况减震耗能，索塔处塔梁之间设置纵向黏滞阻尼器（共12个）。 

图6 青龙门大桥桥型布置图/cm

索塔采用宝瓶造型，呼应“观音佛渡”寓意。塔高均为249m。横梁净跨径约30.3m，跨中高7m，根部高约7.6m。拉索通过钢锚梁锚固在索塔内。

不同于双屿门大桥索塔，青龙门大桥全塔采用型钢劲性骨架混凝土组合结构，索塔构造如图7所示。

图7 青龙门大桥索塔构造/m

主桥采用整体式扁平钢箱梁，主梁梁高4m，标准节段长度15m，全宽33.5m（含风嘴），底板宽15.6m，风嘴长度为3.5m。箱内设置2道实腹式纵隔板，斜拉索通过钢锚箱锚固于边腹板外侧。 

图8 青龙门大桥钢箱梁构造/mm

梅山水道桥跨径布置125+260+ 125=510m，平面位于R=2657.6m的平曲线上。采用双塔双索面混凝土梁斜拉桥。结构体系采用半漂浮体系，索塔处设置纵横向阻尼器。

主梁采用双肋板式π形截面，主梁宽36m；高3m，标准段顶板厚0.32m，主肋底板标准段宽2.2m。

索塔采用门式索塔，高96.0m。设置两道横梁，横梁靠近塔柱区域设置了圆弧形钢筋混凝土装饰板。索塔内拉索通过索鞍锚固。索塔构造如图9所示。

图9 梅山水道桥索塔构造

双屿门东引桥位于火烧山嘴，上部结构采用40m跨径T梁，桥梁按上下行分幅进行设计，单幅桥梁宽度12.5m，单幅横向布置6片T梁。

下部结构均采用直径9m的管柱式基础+墙式墩+大挑臂预应力盖梁的整体式桥墩。管柱式基础为圆形截面实心柱式结构，埋深8m～24.5m。

图10 双屿门东引桥典型断面构造/m

青龙门东西引桥上部采用70m跨径节段预制悬拼箱梁，东引桥均采用5跨一联，西引桥采用6跨及5跨一联。

下部结构为预制空心墩+现浇承台+钢管桩（个别基岩埋深不足，采用钻孔桩），陆域侧浅水区采用钻孔桩+现浇墩身。钢管桩直径为1.6m、1.8m、2m三种规格，持力层为中砂或强风化凝灰岩。图11所示为青龙门引桥典型桥型布置。

图11 青龙门引桥典型桥型布置/m

为提高强/台风海域超大跨径悬索桥抗风稳定性，主梁采用分体式钢箱梁，分体箱间距6m，采用连接箱进行横向连接。此外，钢箱梁在局部区域进行细节优化，消减了竖弯和扭转涡振。优化细节如下——

1.国际上首次采用中央格栅

2.国际上首次采用交叉横梁风障

3.国内首次将护栏底座与钢箱梁外侧线形连续流线过渡

图12 分体式主梁的颤振和涡振控制技术

中塔刚度是三塔斜拉桥设计的关键焦点与难点，由于塔两侧既无辅助墩和过渡墩，也没有端锚索，导致主梁挠度、斜拉索疲劳应力幅和塔底内力,比双塔斜拉桥大得多。南京五桥采用纵向钻石形索塔，通过纵向打开的方式提高刚度；黄茅海大桥设置5对辅助索提高中塔刚度来增强受力性能；宁波舟山港主通道采用边中塔“大小伞”布置，通过将跨中荷载更多地引入边塔，改善全桥力学性能。

对于青龙门大桥，采用了边中塔“大小伞”布置的方式，其中边塔设置27对拉索，中塔设置21对拉索。

此外，合理采用一系列其他控制措施，经济、合理、美观的提升结构刚度。包括——

1.约束主梁中塔处纵向位移；

2.加强中塔截面；

3.优化边中塔高度；

4.合理设置辅助墩；

5.适当提升主梁刚度。

基于抗震计算，优化超大跨径三塔斜拉桥约束体系，措施如下——

1.中塔和边塔设置纵向阻尼器；

2.过渡墩设置横向耗能装置；

3.中塔限位挡块在静力作用下发挥作用；E2地震下受剪破坏，进而纵向阻尼器发挥耗能作用。

青龙门大桥约束体系布置如图13所示。基于上述设计，降低了主跨2×756m的青龙门主桥索塔与主梁内力，结构受力满足要求。

图13 青龙门大桥约束体系

国内外相关研究表明，型钢劲性骨架组合结构承载力高、刚度大，并具有良好的延性和耗能性能，因此具有良好的抗震性能，同时简化配筋，提高施工安装效率。已在建筑工程领域广泛应用。

项目首次采用型钢劲性骨架组合结构索塔及整体式安装的型钢劲性骨架组合结构横梁。型钢-混凝土组合结构如图14所示。

图14 青龙门大桥型钢-混凝土组合结构索塔

索塔型钢在功能上分为结构型钢和施工型钢，结构型钢参与结构受力，简化结构配筋，同时与施工型钢组成完整的劲性骨架。

塔柱型钢劲性骨架于工厂进行预制，并完成钢筋部品和预拼，根据型钢+钢筋整体骨架的吊重和吊高，现场采用浮吊或塔吊进行吊装并完成节段连接，实现快速化施工。

索塔横梁采用无支架施工法。双屿门大桥通过塔柱预埋件与提升系统，提升横梁型钢+钢筋整体预制骨架；青龙门大桥通过浮吊提升横梁型钢+钢筋整体预制骨架。后安装模板，浇筑横梁混凝土，实现索塔横梁快速施工。

双屿门东引桥地势纵横向起伏剧烈，基岩埋深浅，且受海洋生态红线制约，群桩基础及排架墩基础设计和施工受限，工作空间小。

双屿门东引桥设计首次采用了直径9m的大直径管柱式基础。基础顶部采用减少开挖量、对周边环境影响小的削竹式支护方式，开挖削竹式洞口采用锚杆+钢筋混凝土衬砌进行支护；管柱式基础采用水磨钻+挖机开挖工艺，下挖过程中强风化段采用H型钢+拼装波纹板进行支护，中风化段采用锚杆+钢筋网片+喷射混凝土进行支护。开挖至设计标高后，绑扎钢筋，浇筑基础混凝土。

图15 管柱式基础构造

玄武岩纤维是以火山岩为原料经1500℃高温熔融后快速拉制而成的连续纤维，其外观为金褐色，属于非金属的无机纤维。

玄武岩纤维复合材料（BFRP）网格因具有轻质、高强、耐腐蚀、与混凝土热膨胀系数一致、节点强度高、粘结性能优异等优点，可配置在混凝土结构的保护层中，有效缓解和控制混凝土长期在外部荷载作用下的裂缝开展和衍生，显著提升索塔结构长期耐久性和抗震性。此外，大体积混凝土的裂缝产生于内外的温度差，外侧混凝土拉应力较大，裂缝首先在外部出现，BFRP 网格保护层厚度可远小于钢筋网片所需要的保护层厚度，因此抗裂效果较好。

BFRP网格在索塔结构中布置及控裂机理如图16所示。

图16 BFRP网格布置及控裂机理

为提高海域桥梁混凝土结构的耐久性，青龙门通航孔桥索塔塔柱底部10m范围、承台侧面和塔座，以及青龙门引桥墩身底部3m范围和承台侧面设置净保护层为25mm的BFRP网格，网格尺寸5cm×5cm。

对于海域钢管桩以及钢护筒，相关工程经验显示，传统高性能普通双层（含磨砂型）环氧粉末涂装和高性能加强双层环氧粉末涂装的耐冲击、耐磨性和重载荷的划伤性能较差。在处于潮汐区的钢管涂层容易受到船舶停靠、抛锚、夹桩施工及承台施工导致的涂层磨损。此外钢管在海水和泥下的分界区域由于冲刷也会造成防腐涂层损伤，影响钢结构的耐久性。防腐涂层的修复较为困难，且价格昂贵。

中科院宁波材料技术与工程研究所，针对海洋工程钢管应用领域，研究了纤维表面化学改性及无损均匀分散技术、功能填料分散技术，揭示复合涂层的防腐机理，优化涂料配方和涂装工艺，研发了高性能增强纤维熔结环氧复合防腐涂层。此新型涂层具有较好的抗冲击性、耐磨性、耐划伤性、硬度、耐阴极剥离等性能指标。

为提高海域钢管桩耐腐蚀性，青龙门引桥承台下水位变动区 8.2m 范围（标高+1.2m～-7m）钢管桩采用总厚度≥1000μm 高性能增强纤维熔结环氧粉末涂层防腐。其中底层环氧粉末涂层厚度≥400μm；增强纤维面层厚度≥600μm。

宁波舟山港六横公路大桥项目是完善宁波舟山港海陆联动集疏运网络、促进甬舟一体化发展的战略性工程。项目建设条件复杂，建设难度大。

项目提出了多项设计创新以解决建设关键问题，主要包括：超大跨度三塔斜拉桥结构体系；海域大跨径悬索桥抗风稳定性措施；新型组合结构索塔及快速施工技术；海域桥梁耐久性保证措施等。

目前，本项目已开工建设，建设过程中还将遇到一些技术问题（科研、设计、施工、试验等），希望能得到国内外桥梁界的大力支持和帮助。

说明：六横大桥包括主跨1768米的双屿门大桥和主跨756米的青龙门三塔斜拉桥，均由中交公路规划设计院有限公司和浙江数智交院科技股份有限公司联合体设计。