项目名称：厦漳跨海大桥北汊主桥及南引桥工程
设计单位：招商局重庆交通科研设计院有限公司
项目介绍：
一、工程总体介绍与项目规模
厦漳跨海大桥工程是福建省规划“八纵九横”干线公路网中沿海大通道在闽南金三角区域的关键工程，是目前福建省最大的跨海桥梁，被誉为“福建第一桥”。工程起自厦门至成都国家高速公路厦门海沧至漳州天宝段的青礁枢纽互通，跨越厦门湾，经海门岛，止于漳州龙海后宅，与漳州开发区疏港一级公路和招银疏港高速公路相连接。
厦漳跨海大桥北汊主桥及南引桥工程是厦漳跨海大桥的重要组成部分。其中，北汊主桥为主跨780米的半漂浮体系双塔空间双索面钢箱梁斜拉桥，其跨径布置为95＋230＋780＋230＋95＝1430m。北汊桥可满足三万吨级船舶安全通航，建成时在同类桥梁中居国内第六、世界第九。桥型布置图见图1．
图1 厦漳跨海大桥北汊主桥桥型布置图
北汊主桥钢箱梁含风嘴全宽38．0m，中心线处高度3．5m，如下图所示。主梁标准节段长度15m，采用桁架式纵隔板，最大起吊重量约315t；其余梁段采用浮吊安装施工，最大起吊重量约361t。
图2 厦漳跨海大桥北汊主桥主梁标准横断面（cm）
全桥采用1670MPa平行钢丝斜拉索，共200根，最大型号PES（C）7－253，其中最长约408．5m，单根最大重量约32．4t。拉索梁端锚固采用锚拉板形式，标准间距15m，塔上锚固采用钢锚梁形式，标准间距2．3m。
索塔采用钻石形，包括上塔柱（高81m）、中塔柱（高96．5m）、下塔柱（高49．5m）和下横梁，采用C50混凝土。主墩承台尺寸42m×29m×6．5m，下设置36根φ2．5～φ3．0m变径桩，桩基采用C35水下海工混凝土。为满足抗震受力的需要，考虑钢护筒参与受力。
北汊南引桥全长3962．4米，为预应力混凝土连续箱梁，共分为12联，桥跨组合为：【2×（6×67．7）＋4×（5×70）＋5×（6×50）＋（3×50＋2×35）＋20】米，其中67．7m和70m跨径采用短线法节段预制拼装施工，50m跨径采用移动模架施工。桥梁纵面位于半径R＝40000m的凹曲线及直线段上；桥梁平面位于半径R＝1690m的圆曲线、缓和曲线及直线上。引桥全部采用铅芯隔震橡胶支座，其下部桥墩采用花瓶墩。
大桥的主要技术标准如下：
（1）设计车速：100km／h。
（2）公路等级：双向六车道高速公路。
（3）荷载等级：公路－Ⅰ级。
（4）设计基准期：100年。
（5）设计水位：
设计最高通航水位：历史最高潮位，7．78m（厦门基面）；
设计最低通航水位：理论最低潮位，0．22m（厦门基面）。
（6）通航标准：
通航3万吨级集装箱船、3．5万吨级散货船，净高53米，净宽375米。
（7）地震设防标准：地震基本烈度7度，设防烈度8度。
（8）设计风速：桥位区离平均海平面10m高度处，概率1／100的10分钟平均最大风速VS10＝39．7m／s。
二、技术先进性与创新性
厦漳跨海大桥北汊主桥及南引桥工程的建设条件复杂，是我国集风浪潮及地质条件之最的跨海大桥之一。建成时北汊主桥主跨世界排名第九、国内排名第六，目前厦漳大桥仍为中国十大跨海大桥，其设计对我国海湾桥梁建设具有重要技术意义。厦漳大桥也是深处西南腹地重庆的勘察设计企业首次主力承担跨海大桥设计。大桥设计前后开展了一系列的专题研究，采用了一系列的先进技术，大桥的设计水平达到了国内先进水平。本项目的难点和先进性主要体现在如下几点：
（1）形成了沿海恶劣风环境下大跨径斜拉桥抗风设计技术
桥址处为强台风区，风灾风险较大，开展了北汊主桥颤振试验、全桥气弹模型试验、抖振分析、大比例节段模型涡振实验研究，对大桥抗风性能进行了准确的评价，并采取了在主梁风嘴上加装水平分流板、调整栏杆扶手形状等抗风措施，解决了大桥工程建设安全性与经济性之间的矛盾。北汊主桥抗风研究成果达到国际先进水平。
图3 厦漳跨海大桥北汊主桥全桥气弹模型试验
（2）开展了全世界首例大跨径斜拉桥全桥地震模拟试验，形成了强震区液化土地基基于性能的大跨径斜拉桥抗震设计技术
大桥地处地震多发区，地震设防烈度为8度。同时，场地存在砂土液化、严重液化等问题，需考虑饱和软土震陷影响。基于性能的抗震设计思想，提出了“中震不坏，大震有限损伤”的合理设计理念，设计制作了1∶50的有机玻璃全桥模型，开展了全世界首例大跨径斜拉桥全桥地震模拟试验（图4），设置纵向阻尼器提高了大桥的抗震性能。本项目的抗震设计经验支撑了行业标准《公路桥梁抗震设计规范》（JTG／T 2231－01－2020）及《公路斜拉桥设计规范》（JTG／T 3365－01－2020）的修编。
图4 厦漳跨海大桥北汊主桥地震台试验
（3）研发了滑动限位式铅芯隔震橡胶支座，形成了基于性能的连续梁桥隔震设计技术
研发了滑动限位式铅芯隔震橡胶支座，该支座在橡胶本体顶部设置四氟板，梁底设不锈钢板；同时在橡胶本体四周设置抗震挡板。在地震作用下，该支座与梁体将经历从自由滑动到支座与梁体挡板顶紧的过程，滑动铅芯橡胶支座转换为普通铅芯橡胶支座，既能有效降低多跨连续梁高墩地震响应，又解决了温度、收缩徐变等附加弯矩过大的问题，确保了结构的安全，并节省了工程投资。本项目的抗震设计经验支撑了行业标准《公路桥梁抗震设计规范》（JTG／T 2231－01－2020）及《公路斜拉桥设计规范》（JTG／T 3365－01－2020）的修编。该成果荣获2015年度福建省科学技术进步奖二等奖。
（4）形成了沿海复杂地质条件下大跨径斜拉桥长短桩、超长桩结合群桩设计技术
受f2、f3风化槽的影响，桥址区多被第四系全新统冲海积层所覆盖，岩性主要为淤泥、粘性土、砂土和砾卵石土，厚度变化大，约20～75m，同时夹杂了大量球状风化体；下伏基岩以花岗岩为主，起伏不平，强风化带厚度在35～60m，其下为弱风化岩体，弱风化顶面埋深达71～98m，针对上述复杂地质情况，本项目采用了长短桩、超长桩、变径桩和钢护筒作为永久结构参与受力相结合的设计，并对部分地质较差的桩基采取注浆工艺，既保证了承载力，又节约了工程造价。
（5）形成了缓和曲线段空间扭曲混凝土箱梁短线匹配法预制拼装设计施工关键技术
北汊南引桥为预制节段拼装箱梁桥，部分设有设有缓和曲线变横坡段，变横坡段超高采用箱梁结构扭曲调整。箱梁的竖曲线通过梁段立面预制成直角梯形来实现，箱梁顶、底面长度不同；箱梁平曲线的实现通过梁段预制成直角梯形。厦漳桥北汊南引桥建设时，70m跨径空间扭曲箱梁预制、拼装技术研究尚未见相关研究成果。本项目通过管理、设计、施工科研等各方的通力协作，因地制宜地对预制、运输、拼装过程及工艺进行了优化，研究成果对于推动我国节段预制拼装技术的进步起到了积极的作用。
（6）提出了钢锚梁－钢牛腿组合式索塔锚固体系
在传统设计中，拉索通过齿块锚固于桥塔内壁，使得塔壁局部受力复杂，并需设置大量的环向或“井”字型预应力避免塔壁开裂。北汊主桥的索塔锚固采用的钢锚梁－钢牛腿组合构造形式，使得塔壁仅需承受较小的拉索不平衡力，中上塔柱无需设置预应力筋，使得桥塔构造得以简化，并节省了工程投资。该锚固体系支撑了行业标准《公路斜拉桥设计规范》（JTG／T 3365－01－2020）的修编。
图5 厦漳跨海大桥北汊主桥钢锚梁
（7）创造性地将风险思想引入桥梁船撞研究中，采用桥梁结构的失效概率进行船撞安全评估，建立了一整套完善的评估流程和评估方法
北汊主桥北通航孔设置在规划的海沧港区集装箱和多用途泊位作业区水域，通航代表船型为3万吨级集装箱船。桥位下游为10万吨级和5万吨级集装箱泊位，上游为3万吨级集装箱泊位和3．5万吨级散货泊位，通航环境复杂。将风险思想引入桥梁船撞设计，采用桥梁结构的失效概率来进行船撞安全评估，建立了一整套完善的评估流程和评估方法。
（8）形成了一套海工混凝土桥梁耐久性设计的方法和措施
桥位处常年气温较高，湿度大，是典型的海洋性气候，海水含盐度高，含氯度大，涨落潮的干湿侵蚀效应、海洋大气的腐蚀环境，对大桥的耐久性有极大影响。在设计过程中，针对大桥的不同结构、不同部位进行相应的耐久性设计，主要有采用海工砼，涂层防腐、增加受力钢护筒壁厚和增加钢筋保护层厚度等，形成了一套海工混凝土桥梁耐久性设计的方法和措施。
（9）应用了拉索腐蚀断丝状态感知新技术，显著提升了桥梁管养品质
投入运营后，应用了拉索腐蚀断丝状态感知新技术，解决了桥梁拉索腐蚀断丝这一隐蔽结构损伤状态感知难题，为斜拉索状态信息准确获取提供了技术支撑，显著提升了桥梁管养品质。该成果荣获2019年国家科技进步奖二等奖。
三、产生的经济、社会效益和推广应用等
厦漳跨海大桥北汊主桥及南引桥工程是一个在强风强震复杂地质条件下，集1座特大跨径斜拉桥主桥、海上长大连续结构引桥和多种施工工法于一体的大型跨海桥梁系统工程，属世界级的大桥工程。本工程的建成通车并融入海西高速路网，给该区域带来巨大的交通新格局变化，不仅推动了厦漳同城化的进程，同时对整体海西区域经济发展起到了重大的拉动作用，成为海西产业群、城市群、港口群联动的重要支点，产生的经济效益显著。
大桥投入运营后，应用了拉索腐蚀断丝状态感知新技术，为拉索状态信息准确获取提供了技术支撑，延长了检测周期，并能及早进行损伤检测、预警及适时维修，有利于延长桥梁使用寿命。该技术的应用可节约检测成本100万元／年，避免中断交通导致的间接经济损失300万元／天，延长服役寿命带来的间接经济效益月800万元／年。
项目获得授权发明专利3项，实用新型专利3项，发表论文51篇（其中SCI／EI 17篇），培养博士生1名、硕士生6名，形成了一流的人才队伍。大桥的建设克服了地质条件复杂、台风气候、腐蚀性强、耐久性要求高等挑战。形成了沿海复杂地质条件下大跨径斜拉桥长短桩、超长桩结合群桩设计技术；形成了强震区液化土地基基于性能的大跨径斜拉桥抗震设计技术；研发了滑动限位式铅芯隔震橡胶支座，形成了基于性能的连续梁桥隔震设计技术；形成了沿海复杂风环境下大跨径斜拉桥抗风设计技术；引入风险思想，采用桥梁结构的失效概率进行船撞安全评估，建立了一整套完善的评估流程和评估方法；提出了钢锚梁－钢牛腿组合式索塔锚固体系；形成了一套海工混凝土桥梁耐久性设计的方法和措施；形成了空间扭曲混凝土箱梁短线匹配法预制拼装设计施工关键技术；应用了拉索腐蚀断丝状态感知新技术，显著提升了桥梁管养品质。本项目部分研究成果已纳入2部国家行业规范，推动了我国大跨径斜拉桥建设技术的进步，在国内外产生积极影响，由此带来巨大的社会效益。
