杭州湾大桥设计说明分解.docx

1、杭州湾大桥设计说明分解 说 明1. 设计范围本册图纸为杭州湾跨海大桥施工图第二卷 北航道桥第一册 总体设计，内容主要包括：地质剖面、平面、桥型总体布置、主要构件一般构造、施工流程及主要工程材料数量。交通工程、安全设施、桥梁景观、桥涵标及桥面系未包括在本册内。2. 设计依据杭州湾大桥工程设计第一合同段合同书（合同编号：HT-SJ-2001-01）。杭州湾大桥初步设计文件及其补充文件。交通部交公路发2003313号文对杭州湾跨海大桥初步设计的批复。杭州湾大桥工程指挥部甬嘉桥指200342号文。杭州湾跨海大桥有关专题研究成果。3. 设计规范3.1 设计遵守的主要规范公路工程技术标准（JTJ 001-

2、1997）。公路工程抗震设计规范（JTJ 0041989 ）。公路桥涵设计通用规范（JTJ 0211989）。公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ 0231985）。公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ 0241985）。公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 0251986）。公路工程结构可靠度设计统一标准（GB/T 502831999）。公路桥涵施工技术规范（JTJ 0412000）。公路工程地质勘察规范（JTJ 0641998）。公路工程水文勘测设计规范（JTG 0302002）。3.2 设计参考的主要规范海港水文规范（JTJ 21398）。海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范（J

3、TJ 2752000）。桥梁用结构钢（ GB/T 7142000 ）。低合金结构钢（GB 159194）。港口工程混凝土设计规范（JTJ 26798）。港口工程桩基工程规范（JTJ 25498）。水运工程混凝土施工规范（JTJ 26896）。水运工程混凝土质量控制标准（JTJ 26996）。公路桥梁抗风设计指南。 日本本州四国联络桥抗风设计基准及说明（1976年参照标准）。公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2003 报批稿）。公路工程技术标准（JTG B01-2003）。4. 主要技术标准根据交通部交公路发2003313号文对杭州湾跨海大桥的批复意见，主要技术指标如下：桥

4、梁等级：全线采用双向六车道高速公路标准建设。计算行车速度： 100km/h。桥面宽度： 33m（不含锚索区），见图1。 注：图中单位为cm。图1 桥梁宽度设计荷载：汽车超20级，挂车120。最大纵坡：2.8%。桥面横坡：2%。设计洪水频率：1/300。结构设计基准期： 100年。抗风设计标准：运营阶段设计重现期100年，V10（1/100）=39m/s；施工阶段设计重现期30年，V10（1/30）=34.8m/s。 通航标准：通航净高按设计最高通航水位5.19m（1985国家高程基准）起算，主通航孔按3.5万吨级海轮标准及建设深水港条件设计，主通航孔通航净宽325m，净高47m；边通航孔按10

5、00吨级海轮标准设计，边通航孔通航净宽110m，净高28m。 地震基本烈度为度。 船舶撞击力 船舶撞击力表 表1通 航 孔代 表 船撞击速度(m/s)船撞力（MN）横桥向顺桥向主通航孔5000t多用途船4.030.015.0边通航孔1000t沿海货轮4.09.44.7其它指标均按交通部部颁公路工程技术标准（JTG B01-2003）执行。5 水文、地质5.1 水文潮汐特征杭州湾属强潮河口，潮汐类型为不规则半日浅海潮，并有明显的日潮不等现象。北航道桥潮汐特征值可根据附近乍浦水文站长期验潮资料以及2000年9月和1999年56月桥区短期验潮资料进行分析，成果详见表2（潮位基准面采用1985国家高程

6、基准）。 潮汐特征值 表2项 目乍浦郑家埭实测最高潮位（m）5.544.904.104.94发生日期1997.8.19实测最低潮位 （m）-4.01-2.97-2.96-3.0发生日期1930.9.24平均高潮位 （m）2.523.312.953.33平均低潮位 （m）-2.12-2.00-2.19-2.02最大潮差 （m）7.577.446.987.4发生日期1962.8.2最小潮差 （m）2.393.52.39发生日期平均潮差 （m）4.655.305.135.32平均涨潮历时5:275:225:195:23平均落潮历时6:597:017:066:59设计水位 设计年极值高水位 表3频 率

7、P（%）0.33125102050重 现 期（a.）30010050201052潮 位 (m)6.155.805.555.305.054.784.42 设计年极值低水位(m) 表4频 率P（%）9998重 现 期（a.）10050潮 位 (m)-3.58-3.56 设计高、低水位 表5设计高水位（高潮累积频率10）3.54m设计低水位（低潮累积频率90）-2.75m设计流速桥位各水文测点涨、落潮垂线平均最大流速 单位（m/s） 表6重现期（年）乍浦站潮差（m）垂线平均最大流速垂线号200120023008.4Vf1.982.68Ve2.772.021008.2Vf1.932.62Ve2.701

8、.97207.8Vf1.852.50Ve2.561.88可能最大流速V2.512.81注：Vf 涨潮流速，Ve落潮流速设计波要素设计波要素 表7重现期（a.）方位H1%（m）H4%（m）H13%（m）（s）300NE5.404.653.817.36ENE6.275.444.538.04E5.154.433.627.16ESE5.314.573.747.25SE5.124.413.607.15100NE4.994.283.507.04ENE5.985.174.307.85E4.824.143.386.94ESE4.974.273.497.04SE4.774.093.346.8320NE4.273

9、.662.986.52ENE5.314.883.797.36E4.293.682.996.52ESE4.313.713.036.53SE4.273.652.976.51注：计算水位的重现期与波浪相同。桥墩冲刷计算北航道桥过渡墩冲刷计算和试验成果表 表8桥墩类型计算条件冲刷前高程(m)一般冲刷(m)河床演变(m)局部冲刷(m)冲刷后高程(m)方法一：公路工程水文勘测设计规范B8（B13）300年一遇风暴潮-12.377.6-26.9方法二：NHI桥墩冲刷评价手册（美国）B8（B13）300年一遇风暴潮-12.30.978.4-28.6方法三：桥墩冲刷模型试验（河口所）B8（B13）300年一遇风

10、暴潮-12.317.3-29.6 北航道桥辅助墩冲刷计算和试验成果表 表9桥墩类型计算条件冲刷前高程(m)一般冲刷(m)河床演变(m)局部冲刷(m)冲刷后高程(m)方法一：公路工程水文勘测设计规范B9（B12）300年一遇风暴潮-12.378.3-27.6方法二：NHI桥墩冲刷评价手册（美国）B9（B12）300年一遇风暴潮-12.30.979.6-29.8方法三：桥墩冲刷模型试验（河口所）B9（B12）300年一遇风暴潮-12.319-31.3 北航道桥索塔墩冲刷计算和试验成果表 表10桥墩类型计算条件冲刷前高程(m)一般冲刷(m)河床演变(m)局部冲刷(m)冲刷后高程(m)方法一：公路工程

11、水文勘测设计规范B10（B11）300年一遇风暴潮-12.3710.8-30.1方法二：NHI桥墩冲刷评价手册（美国）B10（B11）300年一遇风暴潮-12.30.9714.9-35.1方法三：桥墩冲刷模型试验（河口所）B10（B11）300年一遇风暴潮-12.321.8-34.1注：由于理论计算的冲刷值比试验值略小，设计值偏安全地以桥墩局部冲刷模型试验结果控制。5.2 工程地质北航道桥工程区段为K52+069.000K52+977.000。桥位区段表层为亚砂土，厚度为1.36.6m。其下由上至下分布土层如下：1层 亚砂土：饱和，软塑，厚度3.508.85m。层 淤泥质亚粘土：饱和，流塑，局

12、部软塑，厚度1.6011.50m。1层 淤泥质粘土：饱和，流塑，局部软塑，厚度3.409.40m。 2层 粘土：饱和，软塑，厚度6.35m。1层 粘性土：以亚粘土为主，局部为粘土，饱和，软塑，土质较均匀，厚度0.8010.10m。2层 亚砂土：饱和，软塑硬塑，微具层理，厚度1.3011.60m。3层 亚粘土：饱和，硬塑，厚度2.8013.10m。3透层 亚砂土、粉砂：饱和，亚砂土软塑，粉砂中密，局部为亚粘土，厚度1.5013.70m。层 亚粘土：饱和，硬塑，局部软塑，厚度2.606.15m。 1层 亚砂土：饱和，硬塑或密实，厚度4.9025.40m。1夹层 亚粘土：饱和，软塑，厚度5.1012

13、.50m。11层 亚粘土：饱和，软塑，局部硬塑，厚度3.206.10m。21层 亚粘土、粘土：饱和，软塑，厚度6.1010.45m。22层 粘土、亚粘土：饱和，软塑，厚度2.4015.80m。 透层 亚砂土、粉砂：饱和，硬塑或密实，厚度1.607.90m。层 中细砂：饱和，密实，厚度4.0015.95m。层 粘性土：饱和，硬塑，厚度5.2016.40m。夹层 粉细砂：饱和，密实，厚度4.307.80m。层 粉细砂：饱和，密实，厚度1.3016.00m。夹层 亚粘土：饱和，硬塑，厚度3.5012.20m。层 亚粘土：饱和，硬塑，厚度0.904.70m。层 中细砂：饱和，密实，厚度7.4010.8

14、0m。 层硬塑的粘性土、层灰黄色密实粉细砂、夹层硬塑亚粘土，层位分布稳定。均是理想的桩基持力层。各层土的力学性能参数见表11。北航道桥各土层力学性能参数表 表11层号岩性地基土容许承载力0（kPa）钻孔桩沉 桩桩周土极限摩阻力i（kPa）桩端极限承载力R（kPa）桩周土极限摩阻力i（kPa）1亚砂土1203035淤泥质亚粘土902530透亚砂土12030401淤泥质粘土8025302粘土8030401粘性土18045552亚砂土20050603粘性土1904555透亚砂土1604050粘性土27565751亚砂土、粉砂245654500701夹亚粘土160455511亚粘土、亚砂土210506

15、021粘土2004525005522亚粘土23050270060细砂、中砂26075450085粘土、亚粘土35080450090夹粉细砂26075500085粉砂、细砂320906500100夹粘土38580630095亚粘土、粘土4101006400120中细砂45010080001205.3 水文地质桥位区勘探深度范围内的地下水主要为第四系松散岩类孔隙水。按埋深条件可分为潜水、微承压水及承压水。潜水：主要分布于海底表层，含水介质为亚砂土。微承压水：主要分布于埋深30m左右的土层中，含水介质为亚砂土、粉砂。第一层承压水：埋深50m左右，含水介质为亚砂土、粉细砂。第二层承压水：埋深80m左右

16、，含水介质为中粗砂。根据海水及浅层地下水分析结果和公路工程地质勘察规范（JTJ064-98）判定：地下水对混凝土无腐蚀性，海水对混凝土具弱腐蚀性。6 主要材料及性能6.1 普通钢筋采用级钢筋（公称直径小于12mm）和级或级钢筋（公称直径大于等于12mm）三种，级钢筋必须符合国家标准（GB13013）的有关规定，级、级钢筋必须符合国家标准（GB149998）的有关规定。级钢筋抗拉设计强度Rg=240MPa，抗压设计强度Ry=240MPa，标准强度Rgb=240MPa，弹性模量Eg=2.1105MPa。级钢筋抗拉设计强度Rg=340MPa，抗压设计强度Ry=340MPa，标准强度Rgb=340MP

17、a，弹性模量Eg=2.0105MPa。级钢筋抗拉设计强度Rg=380MPa，抗压设计强度Ry=380MPa，标准强度Rgb=380MPa，弹性模量Eg=2.0105MPa。6.2 环氧树脂涂层钢筋环氧树脂涂层钢筋应符合现行行业标准环氧树脂涂层钢筋（JD 3042-1997）和杭州湾跨海大桥施工技术规范专用条款的规定6.3 普通钢材采用Q235-A、Q345-C、D和Q390-D，必须符合国家标准（GB/T159194）的有关规定， Q235-A屈服强度为235MPa，抗拉强度 375MPa，弹性模量Eg=2.1105MPa；Q345-C屈服强度为345MPa，抗拉强度470MPa，弹性模量Eg

18、=2.1105MPa； Q390-D屈服强度为390MPa，抗拉强度490MPa，弹性模量Eg=2.1105MPa。6.4 螺栓高强度螺栓应符合GB 1228-91的要求，螺母应符合GB 1229-91的要求，垫圈应符合GB 123091的要求。普通螺栓的材料应符合GB 70088或GB 307788的要求。6.5 耳板材料耳板材料采用高强度结构钢，其各项性能指标应满足表12、表13的要求。化学成分（Wt%） 表12CSiMnPSCuNiCrMoB 0.16 0.550.601.50 0.02 0.0150.150.500.401.500.400.800.150.60 0.005力学性能 表1

19、3取样方向屈服强度sMPa抗拉强度bMPa延伸率5%冷弯试验180d=2a冲击试验试验温度取样方向AkvJ横向 665 760 16完好常温纵向 47-20 27销接连接件采用ZG35CrMo，性能指标应符合YB/T 036.3-92的要求；销轴材料采用40Cr，性能指标应符合GB 3077-88的要求。耳板销孔衬套材料采用SF-1（钢背塑料三层复合轴承材料），主要物理机械性能应满足表14的要求。SF-1材料的物理机械性能 表14项 目SF-1最大抗压强度（MPa）280使用温度（）-150+270线膨胀系数（1/）310-5导热系数（Cal/seccm）0.1摩擦系数值0.050.1（动）、

20、0.10.15（静）6.6 焊接材料焊接材料应结合焊接工艺，通过焊接工艺评定试验进行选择，保证焊缝性能不低于母材，工艺简单，焊接变形小，所选焊条、焊剂、焊丝均应符合相应国家标准的要求。CO2气体保护焊的气体纯度应大于99.5% 。6.7 斜拉索钢丝、锚具及斜拉索防护材料斜拉索采用直径为7mm的高强度低松弛镀锌钢丝，应符合GB5223-85及表15要求。 冷铸锚锚杯及螺母采用40Cr，坯件为锻件，符合GB 3077-88要求。 斜拉索用高强钢丝技术要求 表15序号项 目技 术 指 标1公称直径7.0（+0.08,-0.02）mm2圆度 0.04mm3横截面积38.48mm24抗拉强度 1670M

21、Pa5屈服强度 1410MPa6延伸率 4.0%（L=250mm）7弹性模量（1.952.10）105MPa8反复弯曲 4次（R=20mm）9卷绕3d8圈10松弛 2.5%（0.7G.U.T.S,1000h,20）11疲劳应力幅360MPa（上限应力0.45b,N=2106次）12锌层单位质量 300g/m213锌层附着性5d2圈，不起层，不剥离14硫酸铜试验5次（每次1min）15伸直性：弦与弧 的最大自然矢高 15mm（弦长1000mm）16自由圈升高度 0.15m斜拉索外包高密度聚乙烯材料应符合表16、表17的技术要求。内层黑色高密度聚乙烯材料技术要求 表16序号项 目技术指标1密度0.

22、9420.978g/cm22熔融指数0.2g/10min3拉伸强度20MPa4断裂伸长率600%5邵氏硬度606维卡软化点1157脆化温度-708冲击强度25kJ/m29耐热应力开裂96h10耐环境应力裂性IU Igcpalco 6301500h11碳黑含量2.30.3%12碳黑粒度20m13碳黑分散度色谱法显微镜法4000合格14100168小时空气箱老化拉伸强度保留率断裂伸长率保留率85%85% 外层黑色高密度聚乙烯材料技术要求 表17序号项目技术指标1密度0.9420.978g/cm22熔融指数0.45g/10min3拉伸强度20MPa4断裂伸长率600%5邵氏硬度606维卡软化点110

23、7脆化温度-708冲击强度25kJ/m29耐热应力开裂96h10耐环境应力裂性IU Igcpalco 6301500h11100168小时空气箱老化拉伸强度保留率断裂伸长率保留率85%85%12耐光色牢度7级6.8 混凝土承台采用C30混凝土、桩基础采用C30水下混凝土、承台封底混凝土采用C20水下混凝土，墩身采用C40混凝土，索塔采用C50混凝土，其技术标准应符合交通部部颁标准的有关规定。混凝土按海工防腐混凝土配置，混凝土用水泥、砂、石料避免采用可能发生碱集料反应的材料。6.9 预应力钢绞线索塔横梁预应力采用15-22钢绞线，上塔柱斜拉索锚固区环向预应力采用15-12钢绞线。预应力钢绞线技术

24、标准应符合ASTM A416-98、270级的规定，公称直径为15.24mm，标准强度为1860MPa，计算弹性模量为1.95105MPa，锚具采用15-22、15-12型，包括锚垫板、锚头、夹片和螺旋筋等均采用相应的配套产品，其产品质量应符合设计要求。预应力材料应严格检验并符合有关标准。6.10 钢筋连接器直径大于或等于25mm的钢筋采用机械连接方式接长，其中桩基钢筋笼接长采用钢筋冷挤压套筒或镦粗直螺纹套筒；承台、墩身、索塔采用镦粗直螺纹套筒连接；接头等级为级，其技术标准应符合JGJ 107-2003和JGJ 108-96的有关规定。6.11 钢筋焊网防裂钢筋网采用直径为5mm间距为1010

25、cm的带肋钢筋焊网，产品应符合YB/T 076-1995的有关规定。7 设计要点7.1 过渡墩墩身及基础设计B8、B13号墩为过渡墩，承台采用水流适应性强的圆形分离式承台，B8号墩承台顶面设计标高为2.0m，B13号墩承台顶面设计标高为3.0m，B8、B13号墩承台直径均为13.0m，厚度为4.0m，每个承台下设4根直径为2.5m，护筒直径为2.8m的钻孔灌注桩，每个过渡墩下共设8根钻孔灌注桩，B8号基础桩长为95m，B13号基础桩长为96m，B8、B13号墩基桩底标高为-97m；桩底进入土层平均深度分别为6m和12m。为了增强下部构造的景观效果，墩身采用矩形圆倒角断面分离式薄壁墩，墩身上部尺

26、寸为6.25m（横桥向）5.88m（顺桥向），下部尺寸为6.25m（横桥向）4.0m（顺桥向），B8号墩高为45.535m（主桥侧）、45.169m（引桥侧）；B13号墩高为44.535m（主桥侧）、44.169m（引桥侧）；墩身除上部6m段顺桥向呈曲线变化，余均为直线变化。为确保承台及墩身的耐久性，在承台中及墩身浪溅区（标高+10.2m以下）使用环氧树脂涂层钢筋并根据试验使用钢筋阻锈剂。 7.2 辅助墩墩身及基础设计B9、B12号墩为辅助墩，均考虑船撞力的作用。承台采用水流适应性强的圆形分离式承台，承台顶面设计标高为4.0m，承台直径均为17.0m，厚度为4.0m，每个承台下设7根直径为2.5