采用<<便航式跨海浮桥>>方案之(四)

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、TRANBBS设计、防护和TRANBBS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<<便航式跨海浮桥>>方案(一)、 (二) 和（三）的基础上，采用将南、北航道都设成主航道，中间仍然采用浮桥，也是可行的方案。采用自锚式大跨径悬索桥方案，避免在海中设置锚碇的施工困难，更是经济和实用的好方案。南、北航道都可随意通航，对航行很方便，容易为各方面所接受，也具有重要意义。地图上所标示的航道位置是偏向北岸，随着海南岛经济的快速发展，对航道的要求也会提高，也有必要在南岸设主航道。海峡中部的海水深度大，采用浮桥方案也显得合理，对航行没有影响。在两岸近海选择适当的位置，以利在跨中设置临时墩，便于施工架设；中间浮桥和引桥可以设计成曲线形式，处理上很灵活。

本文对自锚式悬索桥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TRANBBS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、安装和防护问题，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，航道将是跨径1500米以上的悬索桥。

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，在两岸各设5500米桥梁作航道，中间深水段设9000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。航道的宽度按1500米考虑，可满足通航需要。

4、管理

航道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TRANBBS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，应该尽量靠近海岸，以方便主跨在较浅的海水中设置架设临时支墩，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。为了减小悬索拉力，悬索桥采用斜张桥与悬索桥相组合的自锚形式。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，悬索的水平拉力减小一半。要使1500米特大跨径的施工能够实现，尤其是需要减小悬索自锚的水平拉力，使桥面和加劲梁能够平衡悬索传来的水平压力。悬索、斜拉索和加劲桁架与桥面形成内力闭合和平衡，内力传递的作功路程长，需要使用较多的材料，但是省略了庞大的锚碇和施工困难。

悬索的自锚是可以实现的，关键是需要先架设好加劲桁架和桥面，然后才能架设悬索和锚固。在斜张桥架设好以后，先架设悬索桥的加劲桁架和桥面，架设的方法有三种：⑴利用悬索桥的塔架和临时加高的钢塔架，采用斜拉索的方法架设悬索桥的加劲桁架和桥面。⑵采用钢管桩和钢塔架作临时支墩，临时支墩间距取80或100米，在水深50米内是可行的。⑶利用悬索桥的塔架和采用钢管桩和钢塔架作临时支墩相结合，悬拼、浮运和提升安装悬索桥

的加劲桁架和桥面。在架设好的桥面上，运输和架设悬索都比较方便。悬索架设和吊杆安装好以后，张拉和调节吊杆，使其内力均匀，加劲桁架成为无弯矩状态。加劲梁的轴向压力起预应力作用，使抗弯刚度大为提高，活载挠度大为减小。自锚式悬索桥的垂跨比值较大，适宜采用1/6，塔架也较高，而挠度值较小。

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联接件数量。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。

对于斜张和悬索组合形式的自锚式悬索桥，悬索桥部分的跨径大，悬索水平拉力也巨大，都要由加劲桁架和桥面来承受。故悬索桥的自重宜轻，以减小悬索的水平拉力，并减轻加劲桁架和桥面的负担。悬索桥采用钢管桁架结构，采用双根钢管和缀板组合形成管--箱形截面，按容许应力阶段设计，节点为复合钢管砼结构，外用钢丝网水泥砂浆作长效防护。

斜张桥加劲桁架和桥面承受的水平压力更大，采用在哑铃形截面内压注砼，形成复合钢管砼结构，按极限状态设计，节点为复合钢管砼结构，外用钢丝网水泥砂浆作长效防护。斜张桥邻近塔架部位的复合钢管砼加劲桁架和桥面板压力特别大，对加劲桁架采用增加为四根钢管组合的复合钢管砼形式，方法简便和实用，可满足解决巨大压力的困难。

2、横梁桁架

宽桥的横梁支承间距大，适合采用高度大的钢桁架，桁架刚度大，自重较轻，能够满足承受重大活载的需要，施工简便。斜张桥横梁桁架的上弦杆和桥面厚度范围采用复合钢管砼，即现浇钢筋砼作正交异性钢桥面板的湿接头，加强桥面板与横梁上弦杆的结合和整体性，有利于加强上弦杆的受压，加大横梁桁架上弦杆的刚度，可避免桥面板的剪力滞后，桥面板整体受力性能好。横梁桁架变形小，能够提高正交异性钢桥面板的刚度，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。而下弦杆和腹杆采用空钢管结构，便于下弦杆内布设无粘结预应力筋，并采用外包钢丝网水泥砂浆作长效防护。悬索桥横梁采用钢管桁架，以利于减轻横梁的重量，按容许应力阶段设计，节点为复合钢管砼结构，外用钢丝网水泥砂浆作长效防护。

3、桥面板

斜张桥的钢桥面钢板厚度采用δ=14mm,以加大正交异性钢桥面板的刚度，保证沥青砼桥面的结合，提高沥青砼桥面的使用寿命。正交异性钢桥面板采用倒梯形空腹肋加劲，肋板厚度采用δ=8mm，采用锯齿形切割下料和加工，可减小桥面用钢量。倒梯形空腹肋底板之间，再采用厚度δ=8mm钢板作焊接封闭，形成闭合箱形，以解决箱内的防护问题，底板外方便采用钢丝网水泥砂浆作长效防护。桥面板以外侧起按需要充填砼，空腹肋灌注砼方便，形成钢骨砼结构，以增加抗压能力，便于与加劲梁桁架上弦杆结合为整体。

悬索桥采用雉蝶形正交异性板，即采用I32C工字钢与δ=16mm的上、下层桥面钢板组

合形成闭合箱形截面，按容许应力阶段设计，底板外表采用钢丝网水泥砂浆作长效防护。桥面板的型钢和钢板的截面都很强，目的是加强桥面板的抗压刚度，以满足悬索水平拉力的自锚抗压需要。

两种封闭箱形形式的正交异性钢桥面板，抗压、弯刚度已大为加强，透风效果好。桥面板应与加劲桁架上弦杆结合为整体，形成板桁结构，提高加劲桁架的压、弯刚度，平衡悬索和斜拉索对加劲桁架的巨大水平压力。桥面板分节段加工和安装，在横梁上弦杆上作现浇钢筋砼接头，焊联桥面钢板，施工简便。

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。塔架的高度很大，也为自锚式悬索桥加劲桁架和桥面的先架设提供了方便，可以尽量利用斜张桥的悬拼方法架设，剩余的跨中段再采用钢管桩设临时支墩架设。在海水深度50米以内，作临时性的钢管桩基是可行的，为特大跨径的自锚式悬索桥加劲桁架和桥面的架设提供了保证。只有多种施工方法的综合使用，使特大跨径的自锚式悬索桥才能实现。6、塔架基础

由于主航道桥的跨径很大，塔架基础的内力巨大。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开挖下沉和堆石灌浆技术充填。塔架基础也可采用桩基础，需作案方案比较选定。

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：

在加劲桁架中心预留吊孔，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作吊点，采用焊接加劲肋板和浇灌砼，形成复合钢管砼加强。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、引桥和桩基

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。在悬索自锚范围内的引桥，采用装配式连续梁，在安装过程中加临时的体外预应力，以方便在悬索安装以后拆除，悬索巨大的水平压力才是设计预应力。悬索锚固点引桥为特制的现浇箱梁，箱梁的横梁刚度应强大，以便悬索锚固和分散悬索应力，将压力传递至桥面板全宽范围内。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、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。衔接桥160米，造价160x25=4000万元。浮桥长度8840米，造价8840x18=159120万元。航道桥11000米，造价2x2300x60+2x3200x20 =404000万元。20公里海峡宽度，桥梁总长20.000公里，总造价估计约4000+159120+404000=567120万元，平均造价约2.8356亿元/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。造价暂时简单按桥宽比例折减，总造价估计约567120x25/35=405086万元，平均造价约2.0254亿元/公里。若只作一定的折减，总造价采用50亿元，平均造价约2.5000亿元/公里，也是经济合理的。

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，综合采用双主航道桥梁和浮桥的组合方案，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。