7精心组织精心设计坚持创新争创设计精品(张喜刚).docx
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1、 全国公路勘察设计工作会议交流材料精心组织,精心设计,坚持创新,争创设计精品2004年4月 目 录1. 设计工作概况11.1 项目地理位置及主要功能11.2 主要技术标准21.3 总体设计概况41.4 设计工作开展情况52. 经验与体会62.1 设计理念62.1.1 对项目的理解和认识62.1.2 设计工作原则82.1.3 设计工作总体目标92.2 设计工作组织和技术质量管理102.2.1 项目组织管理体系和管理办法102.2.2 设计工作总体策划132.2.3 技术质量管理182.3 关键技术问题研究202.4 设计工作特色和体会263. 思考与建议301精心组织 精心设计坚持创新 争创设计
2、精品-江苏苏通大桥设计经验介绍张喜刚中交公路规划设计院1. 设计工作概况1.1 项目地理位置及主要功能苏通长江公路大桥(简称“苏通大桥”)位于江苏省东南部长江口南通河段,连接苏州、南通两市,北岸接线始于江苏省公路主骨架“横三”线 宁(南京)通(南通)启(启东)高速公路,与连(连云港)盐(盐城)通(南通)高速公路相接;南岸接线终于江苏省公路主骨架“连三”线 沿江高速公路太仓至江阴段,与苏(苏州)嘉(嘉兴)杭(杭州)高速公路相接。上游距江阴长江公路大桥约82 km,下游离长江入海口约108 km。具体位置见图1.1-1桥位示意图。图1.1-1 桥位示意图苏通大桥是交通部规划的黑龙江嘉荫至福建南平国
3、家重点干线公路跨越长江的重要通道,也是江苏省公路主骨架之一赣榆至吴江高速公路的重要组成部分,对于长江两岸干线公路网的形成和连通发挥着重要的作用,在国家及江苏省公路运输网中均占有重要地位。1.2 主要技术标准a. 公路等级:平原微丘区全封闭双向六车道高速公路;b. 计算行车速度:100 km/h;c. 桥梁结构设计基准期:主桥100年,辅桥和引桥60年;d. 车辆荷载等级:汽车超20级,挂车120;e. 桥面净空及标准横断面:桥梁标准宽度34 m;f. 纵坡:3%;g. 横坡:2%;h. 抗震设防标准桥位区地震基本烈度度,抗震设防标准见表1.2-1。表1.2-1 跨江大桥抗震设防标准桥梁设防地震
4、概率水平结构性能要求结构校核目标主桥P1:100年10(重现期950年)主要结构处于正常使用极限状态主要结构校核应力P2: 100年4(重现期2450年)主要结构处于承载能力极限状态,控制位移或变形主要结构校核极限承载能力或考虑延性校核极限承载能力;校核位移和变形辅桥和引桥P1:50年10(重现期475年)结构利用延性抗震主要结构校核极限承载能力P2: 50年2(重现期2475年)控制位移或变形校核位移或变形i. 抗风设计标准运营阶段设计重现期 100年施工阶段设计重现期 30年j. 设计洪水频率:1/300;k. 跨江大桥设计水位:见表1.2-2 ( 表中高程为85国家高程系统 )。 表1.
5、2-2 跨江大桥设计水位一览表300年一遇设计洪水位(m)20年一遇最高设计通航水位(m)98保证率最低设计通航水位(m)5.294.30-1.46l. 通航标准根据专题研究成果,经交通部批准,通航标准采用如表1.2-3所示。 表1.2-3 通航净空尺度和通航孔数量一览表通航孔名称航道类型代表船型通航净空尺度(m)通航孔数量净宽净高主通航孔单孔双航道5万吨级集装箱船(3800TEU)8916214.8万吨级远期大型散货船驳船队辅助通航孔单孔单航道9000吨级散货船驳船队220242专用通航孔单孔双航道7000吨级散杂船220391洪季上行孔单孔单航道1000吨级江轮70151m. 船舶撞击力标
6、准 经船舶撞击力标准专题研究,采用船桥撞损年概率水平为10-4,主桥、辅桥连续刚构桥、引桥采用的船舶撞击力标准如表1.2-4 表1.2-6所示。表1.2-4 主桥船舶撞击力标准通航孔桥墩船撞力(MN)横桥向顺桥向主桥南边跨近塔辅助墩40.6020.30远塔辅助墩13.306.65过渡墩12.006.00主通航孔南塔墩126.7063.35北塔墩130.6065.30主桥北边跨近塔辅助墩40.6020.30远塔辅助墩13.196.60过渡墩11.915.96表1.2-5 辅桥连续刚构桥船舶撞击力标准通航孔桥墩船撞力(MN)横桥向纵桥向专用通航孔南主墩49.8124.91北主墩40.9320.47
7、表1.2-6 引桥船舶撞击力标准通航孔桥墩船撞力(MN)横桥向纵桥向北引桥、辅桥(中引桥)、南引桥可通航孔墩2.331.1651.3 总体设计概况初步设计和技术设计阶段结合跨径选择与布置,对桥型方案及结构方案均进行了深入研究和比较。苏通大桥的总体设计情况如下。全桥总体布置组合为: (1430) + (3x1150) + (50 + 975) + (1075) m预应力混凝土连续梁桥 + (2100 + 300 + 1088 + 300 + 2100)m钢箱梁斜拉桥 +(575)m预应力混凝土连续梁桥 +(140 + 268 + 140)m钢连续梁桥 + (31150)m预应力混凝土连续梁桥。含
8、桥台全长8210.10 m。全桥各部分采用桥型及结构方案、施工方案如表1.3-1所示。 表1.3-1全桥各部分采用桥型及结构方案、施工方案一览表项 目桥型及结构方案施工方案主桥桥型七跨连续钢箱梁斜拉桥结构体系纵向带限位功能阻尼约束基础主塔钻孔灌注桩(桩底注浆)利用钢护筒搭设施工平台钻孔成桩,并采用套箱浇筑承台近塔辅助墩远塔辅助墩及过渡墩主梁扁平封闭钢箱梁边跨、索塔区梁段利用大型浮吊吊装,其余梁段采用桥面吊机垂直起吊,边跨设置临时墩索塔倒Y形塔,RC结构,索塔锚固区采用钢锚箱塔柱用爬模现浇,钢锚箱采用预制吊装斜拉索平行钢丝斜拉索整束吊装、张拉、调整辅桥连续刚构桥桥型预应力混凝土连续刚构基础主墩钻
9、孔灌注桩(桩底注浆)搭设施工平台钻孔成桩,并采用套箱浇筑承台过渡墩钻孔灌注桩搭设施工平台钻孔成桩,并采用套箱浇筑承台墩身矩形空心墩,RC结构爬模现浇主梁变截面预应力混凝土箱梁挂篮悬浇引桥桥型预应力混凝土连续梁桥30m跨径基础钻孔灌注桩开挖式浇筑承台墩身矩形空心墩,RC结构爬模现浇主梁预应力混凝土箱梁移动支架现浇50m跨径基础钻孔灌注桩搭设施工平台钻桩,并采用套箱浇筑承台墩身矩形空心墩,RC结构爬模现浇主梁预应力混凝土箱梁滑模现浇75m跨径基础钻孔灌注桩搭设施工平台钻桩,并采用套箱浇筑承台墩身矩形空心墩,RC结构爬模现浇主梁预应力混凝土箱梁采用架桥机预制节段悬拼,部分体外预应力1.4 设计工作开
10、展情况苏通大桥前期工作始于1991年,并于1997年12月由中交公路规划设计院、上海市隧道工程轨道交通设计研究院在前期研究成果的基础上正式编制完成了南通长江公路通道预可行性研究报告。2001年6月,国家发展计划委员会下达了经国务院批准的项目建议书,苏通大桥项目正式立项。苏通大桥的工程可行性研究工作始于1999年7月,2001年8月,经江苏省组织预审后编制完成了正式工程可行性研究报告并上报。鉴于工可报告推荐主桥方案为主跨超千米的斜拉桥,技术难度较大,编制单位对工程方案又做了进一步深化研究,交通部和江苏省也于2001年12月邀请国、内外著名桥梁专家在南京召开了“苏通长江公路大桥技术研讨会”,随后通
11、过了交通部行业审查。中国国际工程咨询公司也于2002年2月初组织专家进行了评估。在国家计委对本项目工程可行性研究报告的审批过程中,设计单位又对主桥桥型方案进行了进一步比较、论证,形成了专题报告。在上述工作基础上,国家发展计划委员会批复了苏通大桥工程可行性研究报告。2001年9月12月江苏省交通厅组织开展了苏通大桥设计招标、评标工作。以中交公路规划设计院为主体设计单位、江苏省交通规划设计院和同济大学建筑设计研究院为合作参加单位的设计联合体中标,承担苏通大桥的初步设计任务。同时,设计联合体聘请丹麦COWI公司承担有关设计咨询审查工作。受设计单位邀请,高格桥梁景观设计研究中心参加了跨江大桥工程景观设
12、计工作。初步设计工作2002年2月底全面启动,于2002年11月完成。初步设计成果完成后,交通部公路司于2002年11月27日12月7日组织专家对设计基础资料进行了审查,2002年12月24日26日组织专家对初步设计文件进行了全面审查,2003年3月交通部对初步设计进行了批复。技术设计和施工图设计工作2003年2月份全面启动,以中交公路规划设计院为主体设计单位、江苏省交通规划设计院和同济大学建筑设计研究院为合作参加单位组成设计联合体,承担完成了苏通大桥跨江大桥部分的技术设计和施工图设计任务。其中,2004年1月份完成了主桥技术设计,并于2004年2月份通过了受交通部委托由江苏省交通厅组织的专家
13、审查。根据建设计划安排,2003年6月2004年6月分期分批完成全部施工图设计工作。2. 经验与体会2.1 设计理念2.1.1 对项目的理解和认识苏通大桥位于长江口,是江苏省规划建设的长江最下游跨江大桥。鉴于长江口特殊的建设条件,苏通大桥采用主跨1088m的双塔斜拉桥方案,将超过主跨1018m的香港昂船洲大桥,成为当今世界上在建的最大跨度的斜拉桥。因此,苏通大桥将是国内外具有重大影响的一项重要工程,大桥的建设将代表着我国21世纪的建桥水平。苏通大桥的技术特点和难点主要表现在建设条件较为复杂、设计施工技术难度大等方面,在设计、施工中应予以足够重视。(1) 建设条件的特点、难点苏通大桥建设条件有四
14、大特点和难点,即:气象条件较差、水文条件复杂、基岩埋藏深、通航标准高。(2) 设计施工技术特点、难点苏通大桥设计施工方面的技术特点和难点主要表现在:主桥超大规模深水基础的设计与施工、主桥超高索塔的设计与施工、主桥上部结构的设计与施工等方面。1) 主桥超大规模深水基础的设计与施工由于桥梁规模大,加上基础持力层埋置深、船舶撞击力大、河床局部冲刷深,主塔基础将是超大规模的深水基础,加上施工受潮汐影响,因而将是设计与施工的重点和难点之一。包括:软弱土层条件下超长桩的承载力和提高承载力的有效措施,恰当考虑桩土共同作用下的大规模群桩基础受力特性和群桩效应,超长钻孔灌注桩施工工艺和质量保证措施,基础防冲刷措
15、施等。2) 主桥超高索塔的设计与施工苏通大桥300m多米高塔在设计与施工方面存在如下技术特点和难点:钢锚箱设计及制造、安装,超高索塔施工阶段抗风稳定问题,超高索塔的施工工艺和施工监控等。3) 主桥上部结构的设计与施工苏通大桥主桥采用主跨1088m的双塔斜拉桥,加上设计风速大,结构设计与施工均面临着新的技术难度和课题。目前虽已有许多斜拉索的减振措施,但对于象苏通大桥这样约580m长斜拉索的致振机理分析和采取有效的减振手段,还有待进一步深化研究和解决。主桥上部结构在设计与施工方面存在如下技术特点和难点:结构体系问题,千米级斜拉桥非线性影响和分析问题,施工和运营阶段抗风稳定性问题,上部结构架设和施工
16、监控问题,施工和运营阶段斜拉索的减振问题等。2.1.2 设计工作原则本项目设计中遵守的总体设计原则是:(1) 认真遵守工程建设基本原则在满足使用功能的前提下,设计力求“技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理、美观协调”,富有时代风貌,要充分体现当今世界现代化桥梁建设的新理念、新技术、新水平,并力争技术创新,将苏通大桥建成一座代表我国21世纪建桥水平的新的人文景观工程。(2) 充分借鉴和应用国内外桥梁建设的先进技术和宝贵经验注意引进、消化、吸收国内外特大跨度桥梁建设的先进技术和宝贵经验,并有所创新,力争将苏通大桥建成技术先进、安全可靠、经久耐用、水平一流的现代化桥梁。(3) 重视建设条件专题研究
17、工作,掌握可靠的设计基础资料根据本桥建设条件特点和难点,有针对性地深入开展相应的建设条件专题研究工作,包括必要的试验工作,保证设计基础资料可靠、实用。(4) 认真抓紧、抓好科研工作根据苏通大桥建设条件复杂、设计施工技术难度大等特点,始终抓紧、抓好科研工作,紧密结合设计工作需要,规划、安排好科研项目。选择强有力的科研队伍和先进可靠的设备,对重要的项目必要时进行校核,为正确决策提供科学依据。(5) 对重大方案和重要结构部位,深入研究和论证,全面比选,精心设计在全面、深入分析建设条件、设计基础资料的基础上,根据各阶段的工作任务和重点,采取多种途径,积极学习、借鉴国内外先进经验,结合科研工作,对重大方
18、案和重要结构部位,深入研究和论证、全面比选、精心设计。在对关键技术的研究、关键构造的设计、重要施工方案的研究等方面力争达到足够深度,提出解决办法,不把重要方案问题和技术难点留到下一阶段。及时引进国外先进计算分析软件和充分应用计算机辅助设计新技术,提高设计质量,缩短工作周期。(6) 积极处理好与相关行业的关系综合考虑航运、水利等要求,处理好工程效益和社会效益、工程建设投资和运营管理投资等关系。2.1.3 设计工作总体目标苏通大桥设计工作目标是:设计一个一流项目;培养一批优秀人才;探索一套先进方法;创新一批领先成果。总体目标是:“高质量、高水平、高效益,争创国家优秀设计”。(1) “高质量”的内涵
19、 设计基础资料齐全、可靠 深入研究、全面比选、精心设计 论据充分,结论可靠合理,科学决策 设计文件符合规定要求,手段和效果达到新水平、新高度(2) “高水平”的内涵 在跨径、桥型、结构设计、分析手段、施工方案、施工工艺、材料使用等方面达到新的技术高度 结合设计,开展一批专题和科研项目,创新一批领先成果,突破一些关键技术,提高大桥的设计水平、建设水平和技术含量 提高计算机辅助设计技术的应用水平 强调人文景观,重视景观设计,努力将苏通大桥设计成世界一流的现代化桥梁(3) “高效益”的内涵 通力合作、精心组织,在保证质量的前提下努力缩短设计周期 精心设计,正确分析,努力降低工程造价 认真做好造价分析
20、,对工程投资把好“设计关”(4) “争创国家优秀设计”的内涵 使本桥的设计达到国际先进水平,争创国家设计金奖。2.2 设计工作组织和技术质量管理2.2.1 项目组织管理体系和管理办法(1)设计单位组成及职责苏通大桥为世界级特大型桥梁工程,做好设计工作对本项目的建设至关重要。以中交公路规划设计院为主体设计单位、江苏省交通规划设计院和同济大学建筑设计研究院为合作参加设计单位,共同组成苏通大桥设计联合体,负责完成该项目的初步设计、技术设计和施工图设计任务。中交公路规划设计院作为主体设计单位,主持设计联合体的工作,负责对内、对外协调,向业主负责,并对该项目的设计工作全面负责。江苏省交通规划设计院和同济
21、大学建筑设计研究院作为合作参加设计单位,分担设计联合体的责任,派出设计人员参加设计工作,通过与主体设计单位签订合同,使责权利得到确认。此外,受设计单位邀请,在初步设计阶段,高格桥梁景观设计研究中心和同济大学建筑系参加了景观设计工作,丹麦COWI公司承担了咨询审查工作,同时业主委托日本长大公司和中铁大桥勘测设计院承担了咨询审查工作。在技术设计和施工图设计阶段,受设计单位邀请,北京建达道桥咨询有限公司和北京中交公规路桥技术咨询有限公司承担了咨询审查工作,同时业主委托丹麦COWI公司、日本长大公司和中铁大桥勘测设计院承担了咨询审查工作。(2)项目管理体系和管理办法为加强对设计工作的总体协调和管理,设
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