引江济淮水桥（渡槽）技术特点与创新

世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 1 1梁智慧建造技术创新发展论坛梁智慧建造技术创新发展论坛引江济淮水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 2 2引江济淮工程一、工程背景长江长江淮河淮河巢湖巢湖河南省河南省安徽省的安徽省的南水北调南水北调工程工程 引江济巢（湖）引江济巢（湖）引江济淮（河）引江济淮（河）引江济豫（河南）引江济豫（河南）辐射长江辐射长江 润泽安徽润泽安徽造福淮河造福淮河 惠及河南惠及河南的超级的超级民生民生工程工程国家水利国家水利重点重点工程工程安徽省安徽省1号号工程工程在这里，有座在这里，有座世界级水桥世界级水桥世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 3 3 地理位置：地理位置：水桥（渡槽）位于合肥市郊小庙镇棉地埂水桥（渡槽）位于合肥市郊小庙镇棉地埂村，处于村，处于江淮分水岭江淮分水岭。干渠与引江济淮河道。干渠与引江济淮河道十字交叉十字交叉。三座新城三座新城的交叉处的交叉处具有具有城市城市桥梁桥梁特征特征二、桥梁建设条件世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 4 4二、桥梁建设条件 淠河总干渠概况：淠河总干渠概况：源自皖西大别山，全长源自皖西大别山，全长104.5公里。公里。主要承担六安、合肥等沿线的农业灌溉和城市供水。始建主要承担六安、合肥等沿线的农业灌溉和城市供水。始建于于1958年，利用自然河道开挖沟通而成，河道狭长较浅，年，利用自然河道开挖沟通而成，河道狭长较浅，具有一定具有一定地上河地上河的特征。的特征。世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 5 5 立体交叉：立体交叉：水桥（渡槽）位于合肥市郊小庙镇棉地埂水桥（渡槽）位于合肥市郊小庙镇棉地埂村。淠河总干渠与引江济淮河道十字交叉。村。淠河总干渠与引江济淮河道十字交叉。引江济淮河道在此处开挖深度近引江济淮河道在此处开挖深度近36m，宽度近，宽度近280m，因此将中断干渠，且两条河道形成高差因此将中断干渠，且两条河道形成高差36m的的立体交叉立体交叉。因此：干渠与引江济淮两者需因此：干渠与引江济淮两者需各自成河各自成河、立交而过立交而过。二、桥梁建设条件世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 6 6二、桥梁建设条件 截弯取直：截弯取直：由于干渠向合肥市供水，引江济淮施工期间也由于干渠向合肥市供水，引江济淮施工期间也不可中不可中断断。因此在干渠正常保通的情况下，在弯曲段。因此在干渠正常保通的情况下，在弯曲段截弯取直截弯取直。因此渡槽和挖河的施工因此渡槽和挖河的施工时序颠倒时序颠倒。世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 7 7二、桥梁建设条件 施工时序：施工时序：先期建设渡槽，建成后进行流水转换至渡先期建设渡槽，建成后进行流水转换至渡槽，再废弃干渠弯曲段河道，之后进行引江济淮河道施工。槽，再废弃干渠弯曲段河道，之后进行引江济淮河道施工。建槽建槽连通连通废弃废弃开河开河 深挖深挖V型断面型断面的的土体不平衡土体不平衡。水泡土体后的水泡土体后的土质变化土质变化。世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 8 8二、桥梁建设条件 水体概况：水体概况：设计水深设计水深4.0m，校核水深，校核水深5.05m，流量，流量150m3/s，级航道，通行船舶级航道，通行船舶100吨级。吨级。渡槽净宽渡槽净宽2x16m。水荷载：水荷载：槽内水重槽内水重=5.05322461 =39754t=约约4万吨万吨世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 9 9二、桥梁建设条件 水重类比：水重类比：36t1.05t/m 公路：公路：4万吨万吨/(36+1.05246)吨吨=134.5倍倍=约约135个车道个车道 铁路：铁路：4万吨万吨/(800+64239.6)KN=24.79倍倍=约约25线线 通常情况下，桥梁承受的荷载是其自重的通常情况下，桥梁承受的荷载是其自重的0.2倍，而倍，而本桥则是将近本桥则是将近2倍，属于倍，属于超级荷载超级荷载。世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 1010二、桥梁建设条件 水量变化水量变化 干渠为季节性河流，水深随季节性干渠为季节性河流，水深随季节性变化大，平均水深在变化大，平均水深在2-4m之间，极值水之间，极值水深在深在1-5m。水深的涨落使得渡槽的水荷。水深的涨落使得渡槽的水荷载在载在1-4万吨之间可变。又使得本桥承受万吨之间可变。又使得本桥承受超级可变荷载超级可变荷载。世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 1111二、桥梁建设条件 地质条件地质条件 粉质壤土、粉质粘土、持力层为中风化粉质壤土、粉质粘土、持力层为中风化新鲜粉砂岩。新鲜粉砂岩。地震动峰值加速度为地震动峰值加速度为0.123g，地震基本烈度为，地震基本烈度为VII。世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 1212二、桥梁建设条件 引江济淮河道通航条件引江济淮河道通航条件航道等级：航道等级：级级 通航净高：通航净高：10m通行船舶：通行船舶：2000吨级吨级 最高通航水位：最高通航水位：23.86m通航净宽：通航净宽：103.8m上下通水、水上有水上下通水、水上有水 上下通航、船上有船上下通航、船上有船世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 1313三、建设条件分析 先建后挖：先建后挖：桥梁基础先行、河道后挖的时序颠倒，容桥梁基础先行、河道后挖的时序颠倒，容易引起易引起V型河堤在自身偏载和水泡软化作用下，对桥梁基型河堤在自身偏载和水泡软化作用下，对桥梁基础的侧压。础的侧压。超级荷载：超级荷载：在水重远远大于桥梁自重情况下，桥梁的在水重远远大于桥梁自重情况下，桥梁的刚度（挠度）是重要的控制因素。刚度（挠度）是重要的控制因素。超级可变荷载：超级可变荷载：超级重量的荷载变化，对于桥梁挠度超级重量的荷载变化，对于桥梁挠度的起伏是最主要的控制指标。的起伏是最主要的控制指标。流固耦合：流固耦合：桥上大体积流水对桥梁竖向和横向的动力桥上大体积流水对桥梁竖向和横向的动力影响，控制频率（避免共振）也是一个重要因素。影响，控制频率（避免共振）也是一个重要因素。上振下震：上振下震：桥上水流振动与桥下地震作用，桥上船撞桥上水流振动与桥下地震作用，桥上船撞与桥下船撞作用，考验结构性能与支座减隔震效能。与桥下船撞作用，考验结构性能与支座减隔震效能。伸缩缝止水：伸缩缝止水：悬空的悬空的伸缩缝伸缩缝要兼顾止水功能。要兼顾止水功能。这些均与常规桥梁这些均与常规桥梁大不相同大不相同！世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 1414四、桥梁方案推演 刚度：刚度：刚度最直接的办法就是断面尺寸，即刚度最直接的办法就是断面尺寸，即I值，梁值，梁高的贡献最大。本桥有足够的空间设置梁高。高的贡献最大。本桥有足够的空间设置梁高。变整幅为双幅：变整幅为双幅：即使有足够的空间设置梁高，但变双即使有足够的空间设置梁高，但变双幅桥后，横桥向高宽比大幅降低。经水利研究并批复，得幅桥后，横桥向高宽比大幅降低。经水利研究并批复，得以将以将32m槽宽变更为槽宽变更为2个个16m的槽宽。的槽宽。世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 1515四、桥梁方案推演 挠度：挠度：刚度虽然得到一定解决，但超级水荷载作用下刚度虽然得到一定解决，但超级水荷载作用下挠度仍然很大，梁桥用预应力解决、不够用斜拉桥解决、挠度仍然很大，梁桥用预应力解决、不够用斜拉桥解决、再不够用吊桥解决，均是办法。再不够用吊桥解决，均是办法。挠度起伏：挠度起伏：由于季节性河流，超级可变荷载对挠度起由于季节性河流，超级可变荷载对挠度起伏的控制难度大、风险也高。尤其是伏的控制难度大、风险也高。尤其是水走了怎么办水走了怎么办？！？！什么样的桥？：什么样的桥？：水来了水来了压不下去压不下去？水走了？水走了抬不上来抬不上来？横着拽横着拽斜着拉斜着拉竖向吊竖向吊世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 1616四、桥梁方案推演 拱桥！：拱桥！：桥中的无冕之王，集颜值与才华于一身的桥。桥中的无冕之王，集颜值与才华于一身的桥。马儿跑、不吃草，能抗压、不上挑！还是老祖宗流下马儿跑、不吃草，能抗压、不上挑！还是老祖宗流下来的好！我们也选择了拱桥来的好！我们也选择了拱桥世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 1717四、桥梁方案推演 桥梁总长桥梁总长246m，主跨，主跨110m，目前位列世界第一。桁，目前位列世界第一。桁高高7.2-16.2m，矢跨比，矢跨比1/12。桁间距。桁间距6m。桥宽。桥宽24m，槽净宽，槽净宽16m。世界级水桥（渡槽）技术特点与创新世界级水桥（渡槽）技术特点与创新设计总院设计总院603357 603357 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 1818超级荷载下超级荷载下大跨径大跨径无冕之王的无冕之王的桁架拱桁架拱刚度、挠度刚度、挠度压不下去压不下去抬不上来抬不上来上上下下四、桥梁方案推演 上桁下拱：上桁下拱：过水的过水的U型槽形成型槽形成桁桁，槽下在满足通航净，槽下在满足通航净空的要求下，有较大空间形成空的要求下，有较大空间形成拱拱，因此采用，因此采用上桁下拱上桁下拱断