[分享]跨海大桥如何跨越海洋

宁波舟山港主通道工程鸟瞰图

我国的跨海桥梁建设可以追溯到宋代。兴建于1053年的泉州洛阳桥采用了筏形基础、种植牡蛎加固石基、利用潮水涨落浮运架设石梁等技术措施。其建造思想对我们今天的跨海桥梁建设仍有参考、借鉴意义。可以说，在古代我国是跨海桥梁建设的先驱者。

新中国成立后，为了解决海岛、海湾的交通问题，跨海桥梁的建设被提上了议事日程。从20世纪90年代起，我国的跨海大桥建设进入了快车道。据不完全统计，目前我国已建跨海大桥超过35座，在建、拟建跨海大桥超过40座。在世界前十位跨海大桥中，有7座在中国，有8座是由中国人设计。杭州湾跨海大桥、港珠澳大桥、嘉绍大桥等工程的设计、施工水平已经达到了世界先进水平。随着海洋强国、交通强国以及“一带一路”战略的推进，跨海大桥的建设向纵深发展，规模向越来越大的趋势发展。在现代，我国是跨海大桥建设的追赶者和超越者。

跨海大桥与内陆桥有许多的不同点，跨海大桥通常具有大通道功能，同时具有工程规模浩大、建设条件复杂、建设工期紧迫、工程技术含量高等特点，同时要满足结构耐久性、景观性、日后管养、应急救援等多重需求。建设跨海大桥时需要考虑海洋环境的因素，在体现大通道功能时，会受到各方的瞩目，所以还有景观性的要求。另外，跨海桥梁因为工程规模巨大，加上海洋环境复杂的因素，所以日后的养护、管养、设计都要有充分的考虑，并且还有应急救援的需求。每座桥都有各自的特殊性，需要设计者因地制宜地去精心设计，赋予其独特的魅力。跨海大桥的建设条件可以归纳为：水文（潮流速度、潮差、流态分布、浪、海床稳定性、冲刷等）、气象（温度、风、湿度等）、工程地质（地层分布、地下水等）、地震（地质构造、地震烈度等）、海洋环境（海洋生物、含盐度、含沙量等）、地形地貌（深槽、岸滩等）、港口、码头、岸线、锚地、海底管线（水管、油管、气管、电缆、光缆等）、军事设施（潜艇、水上机场、其他水下设施等）、通航要求、航空限高等。

跨海大桥因为其建设条件的复杂，需要考量的因素非常多，针对跨海大桥的特点，除常规设计原则外，还应遵循以下几方面的设计原则：

第一，总体设计应符合通道功能要求，平纵线形配合良好，与自然融为一体。

第二，充分贯彻“四化”的设计理念，即“标准化、工厂化、大型化、装配化”四个方面。

第三，很重要的一点，化海上施工为“陆上”施工，最大限度地减少海上现场施工的工作量，降低工程风险和造价。

第四，进行系统结构耐久性设计，采取有针对性的结构耐久性的措施，确保大桥设计使用寿命满足要求。

第五，注重将当地的人文、历史元素融入桥梁景观设计，使其成为标志性建筑。

始建于2003年，1993年做前期工作时，第一次来到杭州湾海域，面对一望无际的自然条件，首先考虑的是有哪些自然条件将影响大桥的建设？选择什么样的工程方案去跨越？采用什么样的工艺、什么样的装配？有没有其他的选择来建设桥梁？大桥海上长度超过30公里，如何提高工效、控制风险、降低造价、保证耐久性？这些问题都需要一一研究，找到明确的答案。

杭州湾大桥

针对这些疑问，当时做了五十几个课题研究。其中控制性的条件，主要有水文条件、气象条件和地质条件。水文条件包括：桥位处最大实测流速5.16m/s；桥位处最大潮差7.57m；桥位处设计波高达6.23m。气象条件包括：桥位处设计风速39m/s；有效作业时间仅180天。地质条件包括：覆盖层厚≥130m、软土层厚；南岸10km浅滩存在浅层气。另外，地处海域宽度达30多公里，可是海上没有岛礁可以利用。

针对这些条件，总结出了杭州湾跨海大桥的自然条件总体上有以下5个特点。

1.水文、气象条件复杂，有效作业时间短，年均不到180天。

2.工程地质条件较差，南岸浅滩存在浅层沼气，对大桥基础施工有影响。

3.南岸滩涂区长达9公里多，施工作业条件受到限制。

4.引桥长达30多公里，海上作业距离长、工作量大，可施工的作业面少。

5.海洋环境，结构耐久性要求高。

针对这些特点和自然条件的情况，制定具体实施方案。首先，根据水文、地质、气象条件确定施工的控制条件，提出了施工决定设计的理念。根据施工的条件、功能的要求以及航道、管线、装备水平等制定工程方案，工程方案确定比较时，主要根据适应性、施工难易程度、工程风险与进度、经济性、景观协调性等方面来进行综合比较。

实施方案等主要区域包括北航道桥、南航道桥、水中引桥、岸滩区的引桥。另外还有一个海中观景平台，叫海天一洲，现在是一个5A级景区。针对我们长达近20公里的海上深水区引桥，采取的是70米整孔预制吊装方案，对10公里的岸滩区引桥是难度最大的，采取的是整孔预制梁上运梁、架桥机架设的方案。北航道桥和南航道桥采取的是钢箱梁斜拉桥形式。

杭州湾大桥

归纳来说，杭州湾大桥通过设计理念创新，奠定了我国跨海大桥“标准化、工厂化、大型化、装配化”的建设理念，通过设计理论创新，解决了往复流作用下的桥墩局部冲刷计算、海洋环境下波流藕合作用力计算、结构耐久性设计的关键技术。通过结构构造和工艺创新,解决了跨海长桥施工关键技术，从而最大限度地变海上施工为“陆上”施工，不仅提高了工效和质量，而且降低了工程风险和造价。

嘉绍大桥跟杭州湾大桥的自然条件完全不一样。尽管地处同一海域，但是嘉绍大桥是处在涌潮发展壮大的区域，所以它的建设是需要克服强大的涌潮，对施工、对结构都带来很大的影响，这是需要解决的重大技术问题。它的水文条件包括：桥位处最大涌潮高2.5m，桥位处最大实测流速6.65m/s，桥位处最大潮差8.59m，桥位处主槽摆幅达2.3km。气象条件包括：桥位处设计风速39.3m/s，有效作业时间仅120天。地质条件包括：覆盖厚层100～129m，软土层厚，下伏卵石层较厚，工程地质条件较好。但是海域宽达10km，大型船机设备无法为大桥建设提供有效服务。

由于钱江涌潮发展壮大的区域最大的潮高可以达到2.5m，最大流速可以达到10m/s，是一个含沙量非常高的区域。这是嘉绍大桥最显著的特点，所以在这里建桥，需要采取新的应对方案。

嘉绍大桥完工航拍照

嘉绍大桥工程的特点主要有：

1.河床宽浅、潮强流急、涌潮汹涌，特别是受风浪和涌潮影响，导致水域有效作业时间极为有限。同时为了保护钱江涌潮，要求阻水率要小于5%。

2.浅层亚砂土易发生浅蚀和液化，中、下部工程地质条件较好，持力层较好。

3.河势变化剧烈，深槽摆幅大，如何满足通航要求是关键。

4.桥长达10km，滩涂发育受涌潮影响，施工安全至关重要。

针对嘉绍大桥的建设条件，最后采取了除主航道桥以外，在水中区引桥70m，因为这里水深条件小，低潮时有水的宽度只有400m左右涨潮的时候没有水，其余都是滩涂，而高潮位时汹涌澎湃，水的作用力非常巨大，所以在这里造桥的制约因素非常多，最后在保证通航的前提下，采取了6塔斜拉桥的方案。

水中区引桥为70m单桩独柱结构，两幅桥之间采用了箱外横梁连接，取消了承台和盖梁，这样的结构主要是为了解决涌潮对大桥技术施工带来的影响。并且在墩梁之间采取了固结的方式，所以日后的养护工作量也大大减少。

嘉绍大桥

嘉绍大桥最关键的突破，是采用了3.8米大直径桩，用了单桩独柱结构，用护筒解决涌潮作用力对基础施工的影响。通过护筒把潮涌屏蔽，涌潮频率是一天两次，这是一次针对特殊的使用条件而提出的创新。

嘉绍大桥通过桥梁方案和结构体系的设计创新，最大限度地降低了涌潮对大桥建设的影响，通过结构创新设计，最大限度地减少了结构的阻水面积，从而保护了钱江涌潮这一世界奇观，通过技术创新和工艺创新，最大限度地降低了恶劣水文环境对大桥建设的影响，提升了我国多塔桥梁建造水平，为我国桥梁建设进一步向海洋进军积累了宝贵经验。

舟山-岱山跨海大桥工程起于舟山北向疏港公路，与舟山大陆连岛工程相接；终于岱山环岛公路。舟岱北向大通道起于岱山岛，终于嵊泗县小洋山岛，和规划的东海二桥连接。主线桥长16347m，分南侧非通航孔桥、南通航孔桥、南通航孔与主通航孔间非通航孔桥、主通航孔桥、主通航孔与北通航孔间非通航孔桥、北通航孔桥、北侧非通航孔桥7个区段；长白互通A、B、C、D、E等5个匝道桥长约1817.9m；长白F匝道桥长约2034.5m；长白互通主线加宽段桥长1260m(单幅桥长)。

舟山港主通道建设

该项目共有三个航道——南航道、主航道和北航道。由于桥附近有军用机场，为满足通航的需要和考虑塔高受限的因素，最终主航道定为550m三塔斜拉桥，南航道桥390m双塔斜拉桥，北航道桥260m刚构。大桥的塔高介于矮塔斜拉桥和常规斜拉桥之间，不同于一般常规三塔斜拉桥。此外，为了提升主通道的结构耐久性，更好地适应海洋的环境，大桥在预制墩身与承台的连接处理上也做了新的尝试。

在建设跨海大桥时，首先要做好规划预留，做到有序发展，否则就找不到合适的桥位。其次，确定好功能和标准。再次就是充分贯彻化海上施工为“陆上”施工的理念。注重日后管养通道的设计与预留，进一步完善规范和标准。最后，将信息化、智能化、数字化和感知技术与大桥结构充分融合，做好防灾减灾预案，向智慧管养桥梁迈进。