多塔悬索桥的新进展 在桥梁总高度受限、通航净空要求高、车道总数达12个、台风高发影响区如何设计出可靠耐久、经济可行、行车舒适、造型优美的方案，是巨大的设计挑战，建设中的瓯江北口大桥通过技术创新，取得了多塔悬索桥的新进展。 在中国长江三角洲南翼的浙江省，瓯江自西向东直接奔向东海，它的入海口宽达9公里，分为北汊和南汊。瓯江是一条山溪性潮汐河流，最大涨潮流速2.0 m/s，退潮流速2.8 m/s，水深约10～15m。瓯江北岸为龙舌山，南岸为广阔河口平原，上部是40～50m厚海积淤泥质土，中部深厚卵石层，底部基岩深度超过130m。作为重要交通通道，该处规划有高速公路G15W3和国道G228，而南汊大桥已经于2018年通车，修建北口大桥势在必行。
多塔悬索桥的新进展
在桥梁总高度受限、通航净空要求高、车道总数达12个、台风高发影响区如何设计出可靠耐久、经济可行、行车舒适、造型优美的方案，是巨大的设计挑战，建设中的瓯江北口大桥通过技术创新，取得了多塔悬索桥的新进展。
在中国长江三角洲南翼的浙江省，瓯江自西向东直接奔向东海，它的入海口宽达9公里，分为北汊和南汊。瓯江是一条山溪性潮汐河流，最大涨潮流速2.0 m/s，退潮流速2.8 m/s，水深约10～15m。瓯江北岸为龙舌山，南岸为广阔河口平原，上部是40～50m厚海积淤泥质土，中部深厚卵石层，底部基岩深度超过130m。作为重要交通通道，该处规划有高速公路G15W3和国道G228，而南汊大桥已经于2018年通车，修建北口大桥势在必行。
大桥项目业主为温州市交通发展集团。设计单位是ZJIC和中铁大桥院。其中南塔、南锚碇、南锚碇沉井基础、主缆架设及加劲梁吊装等由中交二航局施工。北塔、北锚碇由中交一公局施工。中塔及中塔沉井基础由中铁大桥局施工。钢桁梁由中铁宝桥和中铁山桥制造。主缆和吊索由浦江缆索和法尔胜制造。索鞍、索夹由四川天元和武船机械制造。技术支持团队为西南交大和同济大学。
瓯江口地处台风影响区，设计基本 风速为43.2m/s。
瓯江北汊分南北两个航道，南侧为主通航孔，单孔双向通航3万吨集装箱货轮，北侧副通航孔，单孔单向通
航3000吨杂货船和3万吨级修造船，南北两通航孔的净空分别为474×53.5m和274×53.5m。
瓯江北口大桥桥位距离温州龙湾机场8.5km，处于航空限高区，要求塔顶高程不超过154m（黄海高程）。
如何在桥梁总高度受限、通航净空要求高、车道总数达12个、台风高发区设计出可靠耐久、经济可行、行车舒适、造型优美的方案，是巨大的设计挑战。
经过大量方案研究、比较，最终瓯江北口大桥采用了一座三塔悬索桥，两主跨分别跨越两个通航孔的方案，北塔基础将置于岸上，南塔位于规划码头前沿线之后，既满足了高度限制，也满足了水利与环保的要求，同时还降低了基础施工难度和船撞风险，本桥主跨布设见下图 2。
北侧锚碇基岩出露，选择了重力式锚碇。中塔水深约 15m ，地质上层覆盖约 45m 淤泥层， -60m 标高以下为卵石层，设计对沉井和群桩基础方案进行了比选，从工程造价、防船撞能力角度选择了沉井基础。南锚碇区软弱层厚约 63m ，其下为承载力较好的卵石层。由于南锚碇区软弱层厚，持力层为卵石层，透水性强，因而采用沉井基础。从工程造价与实践经验角度出发，北塔与南塔选择了群桩基础，外形为 H 型的混凝土塔。
瓯江北口大桥需要兼顾高速公路与国道过江的交通需求，因而需要设置 12 个车道，设计展开了钢桁梁方案与宽幅扁平三分体钢箱梁的比选，最终从抗风性能、结构刚度与实践经验角度选择了高度为 12.5 米的华伦式桁架作为加劲梁。受制于桥塔高度、通航净高，因而采取将吊点设置在加劲梁下弦的横梁外侧，以加大主缆矢跨比，达到 1/10 。桥跨布置为 230+800+800+348m ，结构体系为四跨连续。
中国已建成的三塔悬索桥采用钢塔或钢混组合塔的方式，通过降低中塔刚度，从而减少主缆在中塔两侧的不平衡水平力。而本桥位于瓯江入海口，受潮汐和台风影响，防腐及抗风要求高。混凝土中塔能较好满足这一要求，防腐性能好，养护工作量少，同时抗风稳定性较钢塔提高 30% ，造价降低 1.3 亿元。通过前期研究，中塔选择了刚度较为适中的倒 V 型混凝土塔（图 3 ）。
混凝土中塔增大了结构刚度，中塔处主缆和索鞍抗滑移是巨大的技术挑战，为此 ZJIC 与西南交大于 2014 年开展了大量的试验研究，采用竖向摩擦板索鞍方案取代传统索鞍。竖向摩擦板取代了传统索鞍的隔片，其底部与鞍座熔透焊接，板厚 12cm~16cm 。此方案充分提高索鞍的整体抗滑能力，得到了试验与研究验证，同时提出了名义摩阻系数计算方法，本桥索鞍名义摩阻系数达到 0.39 ，对应抗滑安全系数超过 2.63 。
通过高摩擦性能索鞍的研发，设置混凝土倒 V 中塔，三塔悬索桥刚度达到了 1/605 ，颤振稳定性达到了 114m/s 。
瓯江北口大桥于 2017 年 1 月 4 日主体结构正式开工，到目前为止，瓯江北口大桥处于加劲梁吊装阶段
（新闻发表时，加劲梁安装已经完成）
，预计 2022 年项目全体交工。
温州瓯江北口大桥中塔和南锚碇的沉井基础是首次在深厚软土地质条件下实施的超大型沉井基础。其中中塔沉井基础于 2019 年 11 月 5 日封底完成。南锚碇沉井基础于 2020 年 3 月 24 日封底完成。
中塔沉井首节钢沉井在工厂拼装成整体后，运输至墩位处，完成定位、着床，然后浇筑井壁混凝土、取土下沉、钢沉井接高，交替施工直至完成沉井下沉。南锚沉井为陆域沉井基础，先对上层土层进行砂桩处理后，现场拼装首节钢壳沉井，然后浇筑混凝土进行接高、取土下沉、井壁接高交替施工完成沉井下沉。沉井取土下沉阶段采用了多种取土机械，包括抓斗、空气吸泥机、绞吸机、正循环钻机、反循环钻机，历经防护层、淤泥、淤泥质黏土、卵石层等不同土层的下沉施工，克服了复杂地质条件下沉井取土下沉的难题。
图6 中塔沉井基础
中塔主索鞍由四川天元制造，为了实现索槽底部的窄深空间中完成对摩擦板与鞍体的高质量焊接工作，特此研发了窄间隙焊接机器人，通过超声相控阵检测，焊接质量一流。
图8 狭窄缝隙焊接机器人
温州瓯江北口大桥主缆采用平行索股法（ PPWS 法）架设工艺，为确保在中塔高摩擦性能索鞍的窄深索槽中的主缆索股的安装，研发了索股入鞍专用机器，大幅提高了主缆索股的架设效率和质量，历时 41 天完成 169 根通长索股和 6 根背索索股架设（单缆），刷新了纪录。主缆架设时采用了西南交大研究团队研发的主缆索股标尺索股定位架设法，在白天温度变化剧烈的情况下实现了主缆索股的精确定位架设，提高了主缆索股架设效率。
本桥吊点位于下横梁，给梁段安装带来了巨大挑战。前期研究了浮吊安装与缆索吊机安装方案，鉴于通航安全、经济性考虑选择了缆索吊机安装方案。跨中主梁主缆相交区段采用分体式缆载吊机 + 大型整体式缆载吊机接力上吊方式安装，分体式缆载吊机单机起吊能力达 350 吨，上升速度为 7.5m/s ，整体式缆载吊机起吊能力达 1000 吨，上升速度为 15m/s 。具体步骤为：
4. 安装分体式缆载吊机，并吊装加劲梁至设计位置；
5.
解除临时接长吊索，将加劲梁与永久吊索连接，完成加劲梁吊装
。
经多方努力，第一片加劲梁于 2021 年 7 月 13 日安全、顺利完成了安装工作。其他梁段采用整体式缆载吊机进行安装，于 2021 年 12 月 15 日完成加劲梁安装。
温州瓯江北口大桥项目在设计、施工、运营养护的全过程中引入 BIM 技术。在设计过程中利用 BIM 技术辅助设计。施工阶段通过利用 BIM 技术针对人员、机械、物料、管理、环保等各建设参与元素进行管理，进而实现项目在质量、安全、进度等全方面管理，之后， BIM 平台将转换成运营养护平台。
瓯江北口大桥通过技术创新，在多塔悬索桥刚度与经济性方面取得了新进展。施工阶段攻克了深厚软土地基上沉井施工难题，数次经历台风影响，克服了新冠疫情的影响，建设者们正在全力以赴开展施工作业，确保 2022 年按计划通车。
本文英文稿由Bridge Design and Engineering杂志发表
翻译：肖刚
编辑：张贤卿
审核：王昌将
