常泰长江大桥主航道桥有哪些设计亮点？|主航道|斜拉桥|桥塔|沉井|钢箱

常泰长江大桥位于长江下游扬中河段，连接江苏省泰兴市与常州市，是《长江经济带综合立体交通走廊规划》中的公铁共用过江通道，是《江苏省高速公路网规划（2017－2035年）》中如（皋）常（州）高速的一部分，也是《江苏省沿江城市群城际轨道交通网规划（2012-2020年)》中的都市圈城际铁路，这意味着常泰长江大桥将是一座集高速公路、城际铁路、普通公路三种交通运输方式于一体的大跨度桥梁。

常泰长江大桥搭载6车道高速公路、双线城际铁路和4车道普通公路，最大限度地节约桥位资源、保障安全、提升桥梁使用功能。同时，为尽量减少桥梁建设对长江航运的影响，主跨将由1176m的斜拉桥跨越长江主航道。

常泰长江大桥主航道桥世界级的超大跨度、超大荷载带来了世界级的难题与挑战，大桥的设计建造也是一个用创新迎接挑战的过程。

图1 工程地理位置示意图

公铁荷载非对称布置

常泰长江大桥主梁采用上下层布置，上层桥面布置双向6车道高速公路，下层桥面上游侧布置两线城际铁路、下游侧布置4车道普通公路。下层桥面采用非对称布置，公路、铁路界限分明、便于交通疏解和管养。同时两岸接线线形指标较优，减少了夹心地块，节约了两岸土地资源。但由于普通公路和铁路恒载差异较大，结构恒载在横桥向不对称，结构设计中采用上下游不同强度等级的材料保证结构受力满足要求，施工控制中通过钢桁梁杆件工厂制造长度和斜拉索索力调整，实现良好的成桥线性。

图2 平面布置图

图3 非对称布置方案横断面图（单位：cm）

温度自适应塔梁纵向约束体系

常泰长江大桥作为超千米的超大跨度斜拉桥，如若继续采用传统的半漂浮体系，梁端位移幅值达2.8m，幅值过大，不利于伸缩装置的设计和运营期的维修养护。

图4 温度自适应塔梁约束体系示意（单位：m）

设计中采用了 “温度自适应塔梁约束体系”，即将梁上约束点设在主梁温度不动点（A点），采用温度敏感性极低的碳纤维复合材料（CFRP）连杆AB和AC作为纵向约束，改变了风荷载与活载的传力路径，降低了主塔弯矩，同时不增加温度荷载产生的内力，实现塔梁约束体系对温度的完全自适应。

减冲刷减自重台阶型沉井

为了承受桥梁上部结构的巨大荷载，经多方案比选，常泰长江大桥主塔采用沉井基础。如采用常规沉井结构，则沉井的平面尺寸和埋深均达到近百米。平面大尺度厚壁钢筋混凝土结构存在易开裂的难题；沉井埋深大又意味着工期的延长与施工风险的增大。由此催生了优化沉井基础结构形式的新思考。

设计中提出了台阶型减冲刷减自重沉井基础，并进行了深入的专项研究。施工时，沉井台阶以上的外井壁作为可拆除临时结构，其自重可帮助沉井下沉，并具有挡沙作用；在下沉到位后，对临时外井壁进行拆除，形成台阶型沉井，减小了沉井入土深度，降低了施工风险，同时减轻了运营时的重量，减小了地基反力，改善了冲刷影响，保证了结构运营安全。

图5 台阶型沉井基础方案(单位：m)

节段内全焊接双层桥面钢桁梁

主航道桥钢桁梁总长2440m，根据受力分别采用了Q370qE、Q420qE、Q500qE三种不同强度级别的钢材，标准节段采用2个节间全焊接整体制造、运输、吊装。钢梁整体结构复杂、存在非对称恒载，且各位置节间受力不尽相同，为此，在设计过程中贯彻了精细化设计的方针，减少材料耗费的同时保证结构安全、耐久。

上下弦杆采用箱形截面，腹杆根据不同受力要求采用工字形或箱形截面。上层桥面采用横肋、节点桁架横梁和纵梁支撑的正交异性板整体桥面，下层桥面采用钢箱整体桥面。平行钢丝成品斜拉索直径7mm，上下游采用相同规格、不同强度级别，上游铁路侧斜拉索抗拉强度为2100MPa，下游公路侧抗拉强度为2000MPa。

图6 钢桁梁效果图

空间钻石型主塔

以往的分析研究及工程实践表明,斜拉桥跨度增大时，荷载效应增长最快的是桥塔弯矩。常泰长江大桥主航道桥的超千米级跨径与同时运营的不同种类荷载，将产生数值巨大的荷载效应,主塔如果采用材料为C60混凝土的平面钻石型桥塔,下塔柱底的顺桥向尺寸将达到21m，断面壁厚接近3m。为了控制由于结构尺寸增大造成大体积混凝土早期开裂的现象,将每个塔肢一分为二,形成空间钻石型桥塔。

图7 空间钻石型桥塔

上塔柱索塔锚固是斜拉桥的关键构造，设计中提出了“钢箱—核芯混凝土组合”新结构。核芯混凝土放置在截面中心位置，主要用于承受上塔柱的轴向压力，外围钢箱主要充分利用钢材抗压、抗拉强度都很高的材料优势，提供抗弯抗压能力，有效实现了材料分区受力的设计目的。

空间钻石型桥塔与锚固区钢箱—核芯混凝土组合结构，既优化了结构，使得桥塔的“内在”受力模式安全可靠，也因此推动了结构尺寸的缩减，改善了全桥特别是公路桥面视角的“外在”景观效果。

图8 锚钢箱—核芯混凝土组合结构

2025实现通车

在中国桥梁迅速崛起并引领世界的今天，不断刷新世界纪录的桥梁跨度、结构尺寸、材料强度、建设速度等，彰显着中国桥梁无可比拟的“硬实力”。

同时，我们也理应思考，桥梁的建造如何最大限度地节约资源、保障安全、提升桥梁功能；如何利用创新来进行应对各种技术挑战，体现中国桥梁建设的“软实力”。

在2020年这个特殊的年份，正如毛主席在《送瘟神》中所写：“红雨随心翻作浪，青山着意化为桥”，常泰长江大桥的建设者们秉承着伟大的抗疫精神，稳步推进工程建设，目前主桥沉井基础已经实现高精度着床并完成第一阶段下沉，在社会各界的关心支持和广大参建者的齐心努力之下，大桥必将于2025年初顺利建成通车！

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2020年第5期总第97期

作者 / 蒋振雄秦顺全郑清刚李镇

作者单位 / 江苏省交通工程建设局