采用<<便航式跨海浮桥>>方案之(二)

摘要：我国琼州海峡水的深度较大，采用桥梁和隧道方案的困难都很大，<<便航式跨海浮桥>>是一种简便、实用和经济的解决方案。本文对通航、主航道桥、浮桥、衔接桥和付航道桥的结构原理、365JT设计、防护和365JT施工等问题，提出初步的方案探讨。

关键词：通航 主航道桥 浮桥 衔接桥 付航道桥

在“桥梁与隧道工程网”上看到”大庆油田有限责任公司第七采油厂” 工程365JT技术大队高大放的文章：”<<便航式跨海浮桥>>项目可行性初步分析”和”关于在琼州海峡修建世界上第一个<<便航式跨海浮桥>>的建议”以后，感到问题提得很好，思路新颖，很有创意。浮桥和潜浮隧道相结合的形式，组合连接比较方便，满足了通航需要，浮桥的结构简单，工程造价比较合理，是一种解决跨海困难的好形式。

<<便航式跨海浮桥>>是利用浮力原理，体现了船舶结构的特点，对地基的依赖性小，不象桥梁和隧道完全支承于地基上。其结构的受力直接和明确，荷载能及时被船体浮力所平衡，使用的材料较少，比较经济合理。若主、付航道都采用桥梁的形式，与中间深水困难部分采用浮桥相结合的形式，也比单纯采用桥梁和隧道形式的困难小，工程造价也较合理。故<<便航式跨海浮桥>>方案是跨海浮桥与桥梁或隧道形式的组合，技术都是可行的，具有各自的特点和风格。主航道采用桥梁时，航道的通航净空高达60米以上，通航孔跨径很大，引桥长达2公里多，水深度较大，工程的施工难度很大。可使通航孔桥梁位置尽量靠近岸边，将一端部分引桥作在陆地上，以减小深水桥梁的施工困难。但是需要增加桥梁长度，工程造价不会比隧道更经济，但是管理工作较少，行车环境更好。

本文对桥梁与浮桥的组合形式进行研讨，作为<<便航式跨海浮桥>>的比较方案。它也充分发挥了跨海浮桥的优越性，工程投资总额较小，能够及早解决跨越海峡的公路365JT交通困难。以琼州海峡的<<便航式跨海浮桥>>方案为例，对航道、桥梁、浮桥、衔接桥的设计、预制、浮运、安装、防护和管理问题，提出初步的方案作探讨。

一、航道

1、重要性

琼州海峡是我国的内海，也是重要的海上交通要道，需要作详细的调查研究，要经过海运、海事、鱼业、海军、石油、国土、环保等多方面的协商，经过国家主管部门确定，才能定出合理的航道标准。主航道将是跨径1500米以上的悬索桥，付通航孔的桥梁跨径300米。

2、方式

琼州海峡采用<<便航式跨海浮桥>>方案，航道的位置按通航需要、地形、地质条件和施工方案来确定。海峡的特点是宽达20公里，两岸水深度较浅，中部水在120~150米左右，平均水深50米，最大浪高3.3米，潮位差3.6米。海峡两岸分属广东和海南省，为方便通航和管理，在广东岸设3500米桥梁作主航道，海南岸设3000米桥梁作付航道，中间深水段设13500米浮桥。采用桥梁、浮桥和桥梁的组合形式，能够充分利用地形条件，方便施工和通航，较为现实合理。通常船舶的航行规律是靠近海岸，岸上的目标便于导引航向。

3、要求

主航道上桥梁的航道深度，应由船舶的吃水深度来定，要满足最大船舶和特殊要求的需要。30万吨的超级油轮，吃水深度22.2米。考虑到将来的发展需要，预留一定的安全余地，航道深度以低潮位为准，采用最小的水深度24米。主航道的宽度按1500米考虑，可满足通航需要。付航道按通行5000吨级的船舶考虑，通航孔设跨径300米的桥梁，能够满足通航需要。

4、管理

主、付航道简称为北、南航道，以方便大、小船舶的区分和识别。需要设置航道的管理机构，航道的设置情况和航行管理规定应公告，并设无线电台引导，必备应急救援设施。航道应设置灯塔和通航标志，标明浮桥的禁航位置。尤其要重视夜航问题，以免发生航行事故。

二、浮桥

1、特点

浮桥利用浮力原理，是科学和经济实用的。只要解决了通航问题，浮桥作为解决跨越深海困难，无疑是好的方案。浮桥是以船作桥，采用的是船舶原理和技术。浮桥要求船舶长、宽度和体积很大，排水量达万吨以上，可获得很大的稳定性和减少相互连接。浮桥的桥面宽度拟采用双向6车道(0.5+16+2+16+0.5=35米)的标准，以免发生车道堵塞影响行车。浮船的长度定为150米，以减少伸缩缝，利于行车安全。浮桥的桥面采用整体现浇钢筋砼板，面层为沥青砼。桥面板即为浮船的甲板，它与船体桁架结合成为整体受力，结构的整体刚度大，自重很大，活载比例较小，集中力能够双向分散传布至船体，故变形很小。

2、风浪

琼州海峡受台风的影响严重，瞬间最大风力12级，8级大风全年仅有6天时间，10级大风全年仅2天时间。台风的破坏力量很大，是严重的自然灾害，无法抗拒，只能防避。台风到来时，需要封闭交通。风力对浮桥的影响，可设桩基或抛锚作定位和平衡稳定。锚拉链条长度受潮位变化的影响，在船上设置的转向定滑轮和吊重作自动调整。浮船的高度为4.5米，吃水深度2.2米，波浪最大高度达3.3米，桥面墙式护栏高度加高为1.6米，既为防波浪，也保证行车的绝对安全。浮船的两侧作成流线型，起到破浪和预防的消能作用。波浪的能量大，破坏的作用大，是浮桥问题的关键。故对浮船两侧作加强处理，保证有足够大的抗变形刚度。并设置钢筋砼园形锥体，以削弱波浪的破坏能量，作为防护措施。

3、结构

作浮桥的浮船有其特点，船舱空间无使用要求，可自由设置纵、横向加劲桁架。钢筋砼桥面板的长、宽度都大，适宜设置纵、横向加劲桁架来支承荷载和分散传至船体，减小船体变形。加劲桁架的弦杆与桥面板和船体相结合，形成复合钢管砼结构，成为双向的板桁结构，整体的刚度很大。浮船起囤船作用，加劲桁架起倒船舶龙骨作用。加劲桁架采用复合钢管砼，结构的整体刚度大，加工焊接简便，腹杆采用钢丝网水泥砂浆作长效防护。浮船受车辆和风浪的作用，总纵向弯曲和横向弯、扭变形较大，内力组合情况复杂。在纵向加劲桁架弦杆内加设预应力钢绞线束，形成预应力复合钢管砼桁架。整个船体成为预应力结构，纵、横向的抗弯、扭刚度加大，可保证稳定与和安全。

浮船的关键是防护，船体钢板和加劲肋型钢适宜采用低合金的船用钢板，具有较强的防腐能力，钢板必须预留耐腐蚀的厚度。为加强船体钢板的防护，外表面焊接锚固钢筋，采用8厘米厚度的钢筋网和钢丝网喷射砼，再用水泥砂浆抹光，形成复合钢板砼结构。可增强船体钢板的抗变形刚度，使钢板厚度经济合理。浮船划分为几大密闭隔仓，以备局部检修和应急保险。船舱内空气不流动，内壁钢材腐蚀不严重，可采用环氧沥青漆防护。亦可采用钢筋网和钢丝网喷射砼，实现浮船的长效防护。钢丝网水泥砂浆的防裂性能好，水泥船的成功应用即先例，是钢铁锈蚀防护的简便和实用措施。

4、预制

浮船体形很大，可以在船台上建造船体，作好防护处理以后下水，再作桥面甲板。也可以采用干船坞进行预制，干船坞也作为浮桥的永久维修设施，可以备万一再造新船和对浮桥进行维修更换。干船坞本身就是一个大型造船厂，可作为一个造船企业来生产经营，并回收建设船坞的投资。亦可在广州新建的龙穴岛30万吨干船坞预制。

5、连接

浮船采用铰连和橡胶减震连接，以适应浮船的浮动变形需要。结合考虑到浮船维修的可能性，采用拉、压和减震组合的哑铃形球饺连接，连接装置构造简单、安全可靠、经久耐用和装拆更换方便。桥面采用标准的异型型钢伸缩缝，可以保证行车的舒适。

6、照明

浮桥应设路灯照明，以改善行车条件，保证行车的安全，也是浮桥的明显标志，以免船舶夜间误航和撞桥事故发生。

三、衔接桥梁

因浮桥的高度随潮位而便化，故必须设置衔接桥梁，以适应坡度变化的需要，改善行车的条件。潮位变化高度达3.6米，应设置80米跨径单孔桥梁，采用复合钢管砼系杆拱较好。它的跨径很大，抗风稳定性好，预制加工方便，便于浮运安装和架设施工，外形也美观，无防护的麻烦。衔接桥由浮桥端部浮船支承，即特制设有100米纵坡和能够支承3200吨重的浮船，浮船加大吃水深度，加劲桁架作特别加强。浮船能够自动的适应潮位变化，实现纵坡的变化调节。

四、主航道桥梁

1、桥梁型式

⑴ 主通航孔桥

主通航孔桥梁的设置位置，在满足航道要求以后，应该尽量靠近岸边，以便将水中的锚碇设在较浅的海中，可减小施工难度。主通航孔桥梁的跨径为1500米，只适合采用悬索桥方案，边孔的跨径适合采用400米。为了减小锚碇的难度和体积，悬索桥采用斜张桥与悬索桥相组合的形式，以减小悬索拉力。即两边400米为各自平衡的斜张桥，跨中700米为悬索承载的悬索桥。悬索桥留一段空载索段的形式，笔者在西藏达孜大桥上已采用过，实践证明可行。斜张桥自身平衡承担了800米桥长重量，悬索桥只负担700米桥长重量，悬索内力和锚碇的重量都可减小一倍。悬索桥桥面长度700米，悬索的跨径是1500米，内力作功的路程长，悬索的材料不能节省，斜张桥部分需要另用材料。这样实现1500米的特大跨径，施工的技术难度较小，尤其是减小海中的基础施工困难。

⑵ 付通航孔桥

付通航孔桥梁采用400米桥长，以便与通航孔部分400米的悬臂长度相平衡，再加设锚墩作平衡稳定，施工较方便。

1、加劲桁架

加劲桁架梁采用钢桁架，桁架的高度大，抗弯刚度很大。斜张桥的斜拉索和吊杆便于采用比较大的间距，可以减少斜拉索和吊杆的数量。更便于通航孔斜张桥与悬索桥相互衔接段的变形协调。钢桁架梁的通风效果较好，抗风稳定性好。现代的栓焊钢桁架梁形体简洁美观，养护比较方便，使用经验成熟。斜张桥区段加劲桁架的弦杆也很适合采用钢管砼，而腹杆采用钢管，悬索桥区段采用钢管结构。这种管式桁架杆件便于采用钢丝网水泥砂浆，实现长效防护。

2、横梁桁架

横梁支承间距大，适合采用高度大的钢桁架，桁架刚度大，能够满足承受重大活载的需要。横梁桁架变形小，能够提高正交异性板钢桥面的刚度，有利于桥面钢板与沥青砼的结合，保证沥青砼桥面的使用寿命。横梁桁架上弦杆采用复合钢管砼，腹杆采用钢管结构，可在下弦杆钢管内布设无粘结预应力筋。并采用钢丝网水泥砂浆，实现长效防护。

3、桥面板

采用倒梯形空腹肋的正交异性钢桥面板，适当加大桥面钢板的厚度和刚度，以保证沥青砼桥面的结合，提高沥青砼桥面的使用寿命。倒梯形空腹肋底板之间采用钢板焊接封闭，形成闭合箱形，底板外采用钢丝网水泥砂浆作长效防护。桥面板应与加劲梁桁架上弦杆相结合受力，形成板桁结构，以满足平衡斜拉索的巨大压力。斜张桥区段的桥面板按轴压力需要，可在边侧8米变宽采用桥面板灌注砼，以增强抗压能力。

4、风构

桥面板起到了上部水平风构的作用，下部水平风构采用型钢或钢管结构，也采用钢丝网水泥砂浆作长效防护。

5、塔架

主航道桥的跨径很大，又为斜张桥和悬索桥的组合形式，塔架具有斜张桥弯矩大的特点。塔架高度达300米，施工的难度很大。采用复合钢管砼塔架，钢管和钢管砼作为劲性骨架使用，使高塔架的施工较方便。复合钢管砼具有钢和砼两种材料的特点，强度较高，韧性

很好，抗震性好，安全可靠。将钢管砼的钢管紧箍力作用作分离计算以后，复合钢管砼的计算已能采用组合叠加方法解决，实际是一种特殊形式的钢骨砼，利用劲性骨架作高塔的升模施工很方便。斜拉索和悬索平面布置呈外张形式，对桥面横向稳定有利。塔架顺桥方向的立面形式为复式“A”字形刚架，柱底部为分离矩形截面，柱中部为分离“凸” 形截面 ，柱顶部为箱形。采用在水平的复合钢管砼杆件内加预应力，以平衡两边斜拉索的水平分力。刚架的复合钢管砼水平横撑仅设中部，以便斜拉索张拉锚固。塔架横桥方向立面的形式为矩形刚架或桁架，横向连接都设在柱两侧，能满足横向抗风稳当需要，采用复合钢管砼和钢管砼骨架施工都较方便。

6、塔架和锚碇基础

由于主航道桥的跨径很大，塔架和锚碇基础的内力巨大。深水中的塔架和锚碇基础体积很大，适合采用大型的钢沉箱基础下沉开挖和堆石灌浆技术。陆地上锚碇的施工条件好，采用明挖施工方便。塔架基础也可采用桩基础，需作方案比较选定。

7、主缆防护

悬索桥的主缆防护很重要，是保证大桥安全的关键。现在采用的传统主缆防护方法还不够完善，主缆仍然需要经常维护。采用不锈钢板组合导管复合防护，施工方法简便，比较经济合理，能够实现长效的防护。斜拉索和吊杆也可以采用不锈钢板组合导管复合防护，保证缆索系统安全可靠。

8、节点：

桁架节点按复合钢管砼原理处理，即钢管作相贯焊接，相互间焊加劲肋板加强，按节点板的形式和大小加强配置钢筋，再浇灌节点内（钢管接头）、外（节点板）砼。节点都采用复合钢管砼，节点刚度大，复合钢管砼的韧性好，可起到钢节点板的作用。

9、吊点牛腿：

在加劲桁架外侧设牛腿作吊点，横梁桁架上弦杆钢管在加劲桁架上弦杆钢管之下，可利用横梁桁架上弦杆钢管外伸作牛腿，并在加劲桁架上弦杆钢管上加焊钢管加强牛腿，二牛腿钢管焊加劲肋板和加强钢筋，钢管内、外作成复合钢管砼牛腿。它具有足够大的抗弯、剪刚度，构造简单，施工简便，可保证使用安全。

10、引桥

引桥采用较大的路线纵坡，以便减小引桥的长度和规模。引桥上部采用跨径50米的预应力混凝土T形梁，下部采用桩基础和排架墩，施工简便。

11、桩基

在水深80米内的浅海中，采用直径3米以下的钻孔桩基，施工是可行的。

五、付航道桥梁

为了方便通航而设付航道桥，主孔跨径300米，边孔跨径160米，引桥跨径50米，通航孔净空高度36.5米、宽度180米，可通行5000吨级船舶。采用复合钢管砼组合桁架梁桥，

桥面板形同箱形刚构桥，桥面以下结构采用复合钢管砼桁架，实际为板桁结构，自重较轻。它便于采用挂蓝和预应力悬拼施工，并分钢管、钢管砼和外包钢筋砼三个阶段组合形成，施工安全方便，结构的韧性好，无防护麻烦。同理应设置航道的管理和标志，以及夜间照明，保证航行和行车的安全。

六、造价估计

双向6车道标准的桥梁造价，在珠江三角洲地区大约是：30、40米简支梁桥为10万元/延米，120米连续刚构桥为20万元/延米，350米钢箱梁斜拉桥为51万元/延米。付航道桥3000米，造价2380x12+620x25=44060万元。衔接桥160米，造价160x25=4000万元。浮桥长度12780米，造价12940x18=232920万元。主航道桥5500米，造价2300x60+3200x15 =186000万元。20公里海峡宽度，桥梁总长21.44公里，总造价估计约44060+4000+232920+186000=466980万元，平均造价约2.1781亿元/公里。

本方案采用双向6车道的35米宽度标准显得过高，采用双向4车道的25米宽度标准也可行，可以减小工程的材料数量和施工难度。按桥宽度的比例作简单折减，总造价估计约466980x25/35=333557万元，平均造价约1.5558亿元/公里。若不考虑折减，也是经济的。

七、结束语

<<便航式跨海浮桥>>是切实可行的新结构，其特点还有待于人们去认识。浮桥是一种新观念，设计上耐久、稳定、安全和经济的浮桥，可称为水上（称蓝色）公路。浮船的耐久性是最重要的问题，采用砼防护钢板的复合钢板结构，防护作用有保证。对琼州海峡的特殊情况，综合采用主航道桥梁、浮桥和付航道桥梁的组合方案，发挥浮桥这种水上公路的特长，能够减少技术难度，防护工作量少，比较经济合理，这种模式对其它海峡也有实用意义。

海南岛是我国唯一地处热带气候的地区，是自然资源丰富的宝岛，长夏无冬的旅游资源开发前景十分广阔。海南省是泛珠三角区域经济9+2的成员，今后随着区域经济的发展需要，解决琼州海峡的公路交通问题，已不会很久远了。工程的投资效益前景很好，采用杭州湾的集资模式，资金也不难解决。有了安全、经济和实用的方案，相信工程项目是会早日提上议事日程的。