1.概況
武漢白沙洲長江大橋位于武漢長江大橋上游約8.6km處的白沙洲分汊河道上，全長2458m，主橋主跨采用618m混合梁斜拉橋（圖1）。
橋址兩岸大堤間距約2.4km，主河槽偏靠漢陽側(cè)，主孔斜拉橋跨越北汊。北汊主河槽寬度約1200m，水深12～25m，流速2.0～3.0m/s，設(shè)計流量73380m3/s?；鶐r為陸相碎屑巖，巖性、巖相變化較大，單軸極限強度在0.5～5MPa，覆蓋層以粉細砂為主，硬塑半干硬粘性土及圓礫土組成。橋址處于亞熱帶溫潤區(qū)，夏季高溫悶熱，年平均氣溫16.8℃，雨量充沛，年平均降雨量1214～1448mm。極端最高氣溫42.2℃，極端最低氣溫-17.3℃，最大風速29.6m/s，最大風力可達9級。
圖1 武漢白沙洲長江大橋全景
大橋采用雙向六車道高速公路標準，橋面全寬27.0m；設(shè)計車速80Km/h；通航凈高≥18m，通航凈寬≥125m；地震基本烈度六度；基本風速V10=22.2m/s；
2.主橋結(jié)構(gòu)
主橋跨度布置為50m+180m+618m+180m+50m=1078m雙塔雙索面混合梁斜拉橋（圖2、圖3）。邊跨與中跨比0.372，其中邊跨50m及180m跨的端部37m部分為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其余均為鋼箱梁結(jié)構(gòu)。
圖2 主橋橋型布置
鋼箱梁頂寬29m，梁高3.0m，為雙箱分離的扁平箱梁，箱梁兩側(cè)設(shè)置風嘴。斜拉索索面按扇形布置，每一扇面由24對斜拉索組成，標準索距12m，全橋共192根斜拉索；索塔為適用于雙索面斜拉橋的鉆石型結(jié)構(gòu)，自塔座以上全高174.75m，橋面以上141.1m，塔的高跨比1/4.38；索塔基礎(chǔ)采用高樁承臺自浮式吊箱圍堰鉆孔樁基礎(chǔ)；斜拉橋邊墩處均設(shè)置縱向活動支座，各墩墩頂僅約束主梁豎向、橫橋向線位移及繞縱軸橋線轉(zhuǎn)動的角位移，塔梁交叉處設(shè)有橫向擋塊及豎向支座分別約束主梁橫橋向線位移以及主梁豎向線位移和繞橋縱軸線轉(zhuǎn)動的角位移，此外在塔梁交叉處還設(shè)置了縱向彈性約束。
圖3 白沙洲長江大橋混合主梁變化實景
?。?） 索塔基礎(chǔ)
主塔基礎(chǔ)均位于主河槽，采用高樁承臺自浮式吊箱圍堰鉆孔樁基礎(chǔ)(圖4)，每墩基礎(chǔ)采用40根φ1.55m鉆孔灌注樁，樁長79m，承臺平面尺寸20.4×32.4m，在長江中下游深水之中，像這樣大規(guī)模的基礎(chǔ)采用上述形式，尚屬新的嘗試。因基礎(chǔ)承臺較高（圍堰底位于河床面以上），故沖刷較小，施工中先插打定位樁及鋼護筒，形成鉆孔平臺，完成鉆孔灌注樁施工后再拆除鉆機平臺，然后分段安裝下沉吊箱圍堰，整個圍堰能自浮于水中，從而避免了大型起吊設(shè)備（圖5）。
圖4 主塔墩基礎(chǔ)（單位：m）
圖5 主塔墩基礎(chǔ)施工
（2） 索塔
主塔順橋向為單柱式，橫橋向則為適用于雙索面斜拉橋的鉆石型結(jié)構(gòu)。主塔塔柱均采用空心矩形斷面，下塔柱橫向?qū)挾茸韵露嫌?.5m變化至4m，中塔柱及上塔柱橫向?qū)挾染鶠?m；塔柱縱向尺寸塔根至下橫梁范圍由7米過渡到6.5m，下橫梁以上均為6.5m。下塔柱為外側(cè)向外傾斜度1/2.79、內(nèi)側(cè)向外傾斜度1/2.16的變截面矩形空心柱，上游迎水面壁厚加大至1.8m，用以抵抗船撞作用，為使結(jié)構(gòu)對稱,下游也加大為1.8m,縱橋向壁厚為80cm。中塔柱為向內(nèi)傾斜度1/10的變截面矩形空心柱，橫橋向壁厚由頂部的60cm變至底部的70cm，縱橋向壁厚60cm。上塔柱為斜索錨固區(qū)，斜索直接錨固于塔壁，壁厚1.2m，錨槽內(nèi)陷。縱橋向壁厚70cm。主塔自塔座以上全高174.75m，共設(shè)兩道橫梁，均采用空心矩形斷面，上橫梁高5m，下橫梁高6m，因塔柱縱橋向自下橫梁以上均為寬6.5m，故為使塔柱與橫梁鋼筋錯開排列布置，橫梁寬均為6.3m。全塔除上、下橫梁配有預(yù)應(yīng)力鋼絞線、索錨區(qū)配有預(yù)應(yīng)力粗鋼筋外，其余均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。主塔采用C50號混凝土（圖6、圖7）。
圖6 索 塔（單位：cm）
圖7 主橋邊墩及主塔施工
?。?） 主梁
鋼箱梁頂板全寬30.2m(圖8)， 每個箱體各寬8.31m, 兩箱間距10.88m, 兩側(cè)各設(shè)一個風嘴1.35m寬。鋼梁的橫向布置：鋼梁的橫截面由橫向并列雙箱組成，兩個箱體之間用橫梁相連，橫梁間隔6m，兩橫梁之間設(shè)一道橫肋。在橋梁中心線處，橫梁腹板高3m，橫肋腹板高1m。
圖8 鋼箱梁(單位 mm)
鋼箱梁頂板兼作橋面承重結(jié)構(gòu)，按正交異性板設(shè)計，頂板厚12mm，縱肋采用8mm鋼板壓制而成的梯形閉口肋（肋間跨0.64mm）,橫肋（橫梁）間距3.0m；底板一般節(jié)段厚度為12mm，主墩附近60m區(qū)段壓應(yīng)力較高，考慮到底板的壓屈穩(wěn)定，厚度取16mm，加勁閉口肋間距0.7m。斜腹板厚度12mm，加勁閉口縱肋間距0.7m。鋼梁發(fā)送單元一件重170噸左右，面板的拼接采用焊接接頭；橫肋及橫梁的下翼緣板和腹板用高強度螺栓連接；橫斷面的頂板、豎腹板、底板及縱肋的拼接，全部采用工地栓接的形式。
斜拉索在鋼梁的下錨點設(shè)置在鋼箱梁外腹板的外側(cè)，采用的錨固形式是板式支架箱形結(jié)構(gòu)（圖9）。
圖9 斜拉索錨固
由于本橋是鉆石形主塔,因此斜拉索與主梁之間有兩個方向的夾角, 斜拉索與鋼梁之間水平方向的夾角由傾斜地焊接在外腹板的兩塊支架主板精確確定；而斜拉索與鋼梁之間豎直方向的夾角則由下錨點墊板直接加工形成有一定角度的帶斜坡的板件。這種結(jié)構(gòu)形式有足夠大的操作空間便于工廠的生產(chǎn)，從而可以有效地提高焊接質(zhì)量。
混凝土箱梁的截面形式、梁高等均從與鋼箱協(xié)調(diào)匹配的觀點出發(fā)。截面采用雙箱分離形式（圖10），梁高3m，外形尺寸與鋼箱梁一致。橫梁間距一般4.5m，#0塊處6m?；炷料淞喉敯搴穸?6cm，底板厚度40cm，豎腹板厚34cm，斜底板厚24cm, #0塊附近各部分尺寸均因受力需要予以加大?；炷料淞河脪焯m懸澆施工，節(jié)段長4.5m，邊墩現(xiàn)澆段長6.6m，在托架上現(xiàn)澆施工，并與懸澆節(jié)塊合攏。
圖10 混凝土箱梁 （單位：mm）
鋼梁與預(yù)應(yīng)力混凝土梁的接頭過渡，既要滿足傳力的需要，還要充分考慮梁體剛度的勻順過渡問題?；炷亮旱膭偠却螅摿旱膭偠认鄬Φ匦〉枚?，剛度的驟然變化會給橋面的使用帶來不利影響。為此設(shè)計了一節(jié)鋼梁過渡段，在這一鋼梁節(jié)段中改變其截面特性，增加鋼梁剛度的措施之一是逐漸改變縱肋高度，閉口肋的過渡則在閉口肋底部加焊由高至低緩慢變化的Ｔ形肋。為保證結(jié)合部的整體性，與混凝土梁連接的鋼梁其上、下翼板和腹板均伸入一定長度至混凝土梁中，鋼梁與混凝土梁間全截面設(shè)置φ32mm預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，與混凝土梁接觸的承壓端橫隔板采用δ＝60mm厚鋼板，鋼梁構(gòu)件和承壓端橫隔板上布置大量的φ22mm剪力釘。
?。?） 斜拉索
斜拉索采用平行鋼絲索。全橋斜拉索共96對192根，基本索距主梁12米，主塔1.8米。因本橋跨度大，斜拉索較長，除在斜拉索兩端安裝橡膠阻尼裝置外，采用加設(shè)二階索的方法以減小斜索的風振及雨振影響。
?。?） 主梁架設(shè)和施工控制
鋼箱梁采用水上駁船浮運定位，步履式架梁吊機懸拼施工(圖11)；預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用支架懸澆施工；斜拉索采用先塔上掛索、后梁上展索、梁面軟牽引的施工方法；斜拉索張拉以索力控制。
圖11 橋面吊機完成鋼梁的吊裝工作
實際施工中，在掛拉完第10對斜拉索后，邊跨就已經(jīng)合攏，因此大部分時間里是在單懸臂狀態(tài)下進行主梁安裝，整個結(jié)構(gòu)在此過程中處于不對稱荷載作用下，為減少這種不對稱荷載對結(jié)構(gòu)的影響，采取在邊跨合攏以后預(yù)先安裝邊跨尾索的措施，這種方法的實施有效地控制了塔柱的偏移，增大了結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全系數(shù)。
斜拉橋在施工過程中索力和線型均得到了很好的控制，邊跨合攏及中跨合攏時均達到了mm級的合攏精度，最后成橋線型和索力的誤差都控制在理想的范圍以內(nèi)。特別是在主梁架設(shè)后期，由于索力和線型控制得很好，而且各方面配合諧調(diào)有力，曾經(jīng)創(chuàng)造了在五天時間內(nèi)高質(zhì)量地安裝了四塊12m長鋼箱梁架梁速度的奇跡。
3.主要技術(shù)特點和創(chuàng)新點
?。?）全橋總體布置合理，結(jié)構(gòu)先進。主橋采用的孔跨布置適應(yīng)了主河槽和航道擺動的特點，最大限度的滿足了通航要求。
?。?）斜拉橋中跨及部分邊跨加勁梁采用了鋼箱梁，解決了主墩基巖承載力極低的問題；斜拉橋錨跨及部分邊跨加勁梁采用混凝土箱梁，便于加勁梁架設(shè)，同時充分利用斜拉橋尾索效應(yīng)，對提高斜拉橋整體剛度，改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)、減小主塔基礎(chǔ)規(guī)模，效果明顯。
?。?）首次在長江深水中采用大規(guī)模自浮式鋼吊箱圍堰施工主塔鉆孔樁基礎(chǔ)，大大節(jié)省基礎(chǔ)工程費用。
?。?）鋼箱梁與混凝土箱梁接頭的位置選在距輔助墩37m處，避開加勁梁彎距和剪力的峰值區(qū)，為結(jié)構(gòu)的可靠提供了保證；接頭的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計方便了斜拉橋邊跨合攏。與國內(nèi)外同類型斜拉橋相比，在箱梁接頭的位置及工藝設(shè)計上有較大的改進。
（5）斜拉橋安裝監(jiān)控采用先進的無應(yīng)力索長法，并在國內(nèi)首次實現(xiàn)自動平差技術(shù)，確保了斜拉橋鋼加勁梁合攏時mm級的精度。
?。?）斜拉橋安裝中首創(chuàng)跳拉尾索法，節(jié)省了主梁材料并有效控制了安裝應(yīng)力。
武漢白沙洲長江大橋是國內(nèi)第一座建于長江分汊河段的城市特大橋，主橋采用鋼箱梁+混凝土箱梁“混合型”加勁梁的雙塔雙索面斜拉橋，主跨618米，建成時居世界第三，國內(nèi)第一（圖12）。特別是其大型深水主塔基礎(chǔ)采用高樁承臺吊箱圍堰鉆孔樁基礎(chǔ)，在長江上屬首次，其成功的應(yīng)用拓展了大型吊箱圍堰的應(yīng)用范圍，為在長江上建造大型深水基礎(chǔ)提供了一種可供選擇的型式。
圖12 大橋夜景
4.有關(guān)資料
橋 名：武漢白沙洲長江大橋
橋 型：雙塔雙索面混合梁斜拉橋
跨 徑：618m
橋 址：湖北武漢市
設(shè)計單位：中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司
施工單位：中港第二航務(wù)工程局
中交第二公路工程局
中鐵大橋局集團公司
武昌造船廠
混凝土用量：18720 m3
鋼材用量：22350 t
造 價：16.02 億元
建成日期：2000.10
