向海而兴 筑梦龙门——“广西桥梁新地标”龙门大桥技术创新

龙门大桥工程是《国家公路网规划（2013-2030年）》国道G228丹东至东兴广西滨海公路主线的重要组成部分。龙门大桥项目是广西交通建设史上规模最大、技术最复杂、标准最高、跨越海域环境最复杂的跨海通道工程，全长7.6公里，其中桥梁全长6597米，主航道桥采用主跨1098米单跨吊全漂浮体系钢箱梁悬索桥，通航净高44.6米，满足20000吨级邮轮通航要求。

作为北钦防一体化的重大基础设施支撑项目，龙门大桥建成通车后，将打通广西滨海公路的“卡点”，将防城港与钦州港的行车时间由原来的1.5小时缩短至25分钟左右，有力促进北钦防一体化和北部湾经济区高质量发展，助力西部陆海新通道建设。

路线设计与环境相融

龙门大桥工程建设条件复杂，路线受制约因素多，沿线周边涉及军事设施及用地、红树林保护区、七十二泾风景区，路线终点需考虑与市政路网规划的衔接。

路线方案选择

路线方案设计需避让沿线周边涉及军事设施及用地、红树林保护区，此外还需要穿越钦州湾的七十二泾风景区，与环境相融合。

七十二泾风景区海域上，参差不齐地分布着一百多个海岛，各个海岛之间存在曲折的水道。如何充分结合海岛布置情况进行路线布设，减少海岛利用，使得桥梁路线与环境更为协调，是路线设计的一大难题。

项目团队经过现场勘测，利用信息化技术无人机测量海岛地形，结合地形数据提出了N线、S线、Y线三种桥位路线方案。经过比选论证，最终认为N线方案能够最大限度保护自然环境，避开红树林保护区，减少景区内海岛的影响。优美而流畅的线型，蜿蜒经过七十二泾众多海岛，可以将龙门大桥项目建成充分体现生态滨海旅游公路的精品工程。

图1 路线方案比选

红树林保护措施

扬帆立交桥位于龙门大桥终点与钦州港区益民街及龙泾大道交汇处，采用平面交叉加A、B定向匝道的互通式立交形式。其中，扬帆立交主线桥第5～10跨下方为红树林片区。

原初步设计中，上构采用现浇混凝土整体箱梁，能较好地适应互通变宽段线性。但考虑到主线桥若采用满堂支架现浇施工工艺，将会影响较大区域的红树林发展，对红树林可持续发展不利。

从保护红树林的角度出发，对龙门大桥扬帆立交桥主线桥的设计方案进行优化，将上构施工由支架现浇改为小箱梁预制安装工艺，通过架桥机安装预制小箱梁，避免搭设支架。在桥梁下部结构方面，将原来的三柱式方形桥墩改为圆形桩柱一体式桥墩，取消原来的承台。既方便了施工、又减少工程造价，同时也进一步减少对红树林的影响。优化后的设计既满足主线桥与匝道连接复杂部位的线型要求，也能实现对红树林的保护。

设计技术创新

龙门大桥主航道桥采用主跨1098m单跨吊悬索桥，主缆跨径布置为251m+1098m+251m，矢跨比1/10，主梁跨径布置为50+1098+50m，主梁在索塔位置采用漂浮体系。

图2 主航道桥总体布置设计

钢箱梁设计创新

钢箱梁全宽38.6m（含检修道），梁高3.2m，标准梁段长12.8m。箱梁外侧设置宽2.8m检修道，能同时起到优化钢箱梁气动外形的作用。

龙门大桥整体钢箱加劲梁采用了新型紊流抑振风嘴，优化导流板外形。气流在接触钢箱梁时分流产生紊流,通过引入紊流制振来减轻钢箱梁涡振问题。引入紊流制振技术的龙门大桥新型钢箱梁断面颤振临界风速可增大到100m/s以上，优于设计要求的80m/s颤振临界风速。

此措施具有更好的抑制涡振性能，能满足更大跨径、更高颤振临界风速的要求。相比于Y形风嘴整体钢箱梁，龙门大桥采用的新型钢箱梁用钢量节约5.3%，钢箱梁的重量的减小，显著优化了悬索桥主缆、锚碇、索塔结构的规模。

图3 钢箱梁新型风嘴优化设计

钢箱梁在两个过渡墩处设置竖向支座、横向抗风支座及纵向阻尼装置，在索塔处放开无约束，属于全漂浮体系设计。针对桥梁在自然环境及动载等各种复杂条件下位移约束装置性能要求高的难题，项目团队开发了新一代减振耗能装置，采用新型材料及智能监测等手段，提升耗能约束装置服役工作性能及耐久性。

图4 主航道桥约束体系设计

索塔设计创新

索塔塔身高度174m，采用门式造型，索塔仅设置上横梁和塔底系梁。项目团队优化取消索塔中横梁，首次在单跨吊千米级悬索桥中采用全漂浮结构体系，钢箱梁在索塔处不设置约束，以此克服传统塔身中横梁受力复杂、施工工艺繁琐、后期运营易开裂等缺点。

塔身截面采用矩形圆倒角截面，塔身内腔设置等直径6m的钢圆筒结构，采用圆形钢护筒兼作内模的独特新颖设计，同时便于后期电梯及检修梯安装，以此降低施工风险、缩短施工周期。

图5 索塔截面及内腔钢圆筒设计

锚碇设计创新

龙门大桥锚碇基础为圆形结构，直径90m，锚碇基础基坑深14～16m。基坑内为8m厚C20填芯混凝土及6～8m厚C40顶板混凝土。

锚碇基础采用大直径桩+二期槽的咬合桩支护方案，桩基直径3.5m，二期槽长2.8m，宽1.5m。该组合支护结构尚无相关施工经验可以参考，属世界首创。

图6 圆矩咬合桩构造

经现场实施，大直径桩与二期槽咬合情况良好，结构整体性好，止水效果优；基础支护结构刚度大，基坑开挖过程中，无需施工内衬，提高了基坑开挖速度，施工效率显著提高。

图7 圆矩咬合桩支护结构应用

耐久性设计

龙门大桥处于滨海地区高盐、高湿、高热、多风、潮汐复杂的海洋环境，海水腐蚀对结构的破坏是不容忽视的。为了延长大桥的安全使用寿命，项目团队合理划分跨海大桥混凝土结构不同部位和构件的环境类别与环境作用等级，针对不同部位采用相应的防腐措施。

1.建立混凝土强度、氯离子扩散系数、龄期衰减系数与水胶比、矿物掺合料种类和掺量等因素之间的量化关系，提出跨海大桥抗腐蚀高性能混凝土的配合比设计方案和原材料的质量控制指标，从而形成跨海大桥抗腐蚀高性能混凝土配合比设计。

2.在水位变动区采用渗入型硅烷浸渍材料，将混凝土表面和毛细孔道形成一层致密保护层，减少水分和氯离子的渗透造成混凝土内部钢筋的锈蚀。

3.混凝土中添加多功能阻锈剂CPA，增强混凝土的抗裂抗渗性能，有效解决了混凝土收缩产生裂缝、氯离子渗透等问题，提高混凝土的耐久性。

4.混凝土表面采取防腐涂层，既提升了大桥整体景观，又延长了大桥的使用寿命。

5.根据桥梁各个部位所处的环境，适当增加钢筋保护层厚度，这是成本最少，也行之有效的手段。

采用多种防腐措施，提高了桥梁结构的耐久性，解决了北部湾严酷的海洋环境给桥梁结构安全带来的巨大难题。

施工技术创新

圆矩咬合桩施工技术创新

项目团队研发了“大直径桩+二期槽段”圆-矩咬合桩复合基础施工技术，针对圆矩咬合桩成孔难度大、质量要求高等特点，从土体加固、成孔方式选择、异形钢筋笼加工及安装等关键技术着手，实现大尺寸圆矩咬合桩高质量完成。

1.部分圆矩咬合桩位于海上填方区域，针对施工过程存在较大的塌孔风险，采取在咬合桩周边填方碎石土区域实施高压旋喷桩加固的措施，保证成孔过程中孔壁的稳定性。

针对圆-矩咬合桩成孔效率低问题，采用分级成孔施工大直径桩基、旋挖钻+铣槽机相结合的二期槽成孔工艺，大幅度提高施工效率。

在二期槽施工过程中，采用钢护筒和矩形钢导墙代替传统设计的异形钢筋混凝土导墙，节省施工成本，减少施工时间，更符合装配式施工理念。

为了方便二期槽的铣槽以及保障垂直度，采用特制隔离箱，待混凝土浇筑完成后，在二期槽与一期槽槽段搭接上部7m的部分预留下槽口起导向作用，使二期槽的成槽垂直度精度更高。

2.由于圆矩咬合桩分为一期桩和二期槽，且为了加强咬合桩的支护效果，一般会在混凝土咬合桩内设置钢筋笼。但是，相连的一期桩和二期槽存在相嵌的部分，为了保证混凝土保护层厚度，故将钢筋笼设计为异形结构。

针对圆矩咬合桩异形钢筋笼的设计带来的加工难题，项目团队从胎架制作、钢筋零件加工等关键技术对异形钢筋笼加工技术进行改进，研发了异形钢筋笼成套加工系统，新型加工系统具有可带动钢筋压弯加工圆弧，圆弧完成后自动识别弯折等功能，使异形箍筋能快速折弯，确保了施工质量，提高了钢筋笼加工效率。

针对圆矩咬合桩钢筋笼尺寸大、定位精度要求高等特点，从钢筋笼吊架结构、钢筋笼定位辅助措施、钢筋笼安装定位检测等关键技术着手，大直径桩钢筋笼下放采取波纹管限位，经纬仪控制下放垂直度，测斜仪复核等方法，以达到控制大直径桩钢筋笼的定位、扭转和垂直度的效果，保证咬合桩在后续二期槽铣槽施工中不出现破坏钢筋的现象。

大体积海工混凝土研发

项目团队积极与高校科研团队开展合作，研发了海工混凝土三掺技术，提高了混凝土的工作性能，保障了大体积混凝土施工质量。

1.锚碇基础填芯、顶板均为超厚、超大尺寸混凝土结构，混凝土绝热温升会随着浇筑方量的增加而提高，如何采取措施降低绝热温升是大体积混凝土温度控制的关键。

项目团队基于密实骨架堆积原理，采用高效减水剂，提高水泥分散程度、胶结性能，降低水泥和胶凝材料用量，从而降低混凝土温升和收缩；进一步掺入侵蚀性离子传输抑制剂，调控海工大体积混凝土胶凝浆体微结构，实现低水泥和胶凝材料用量的低温升抗裂耐蚀大体积混凝土制备。

2.优化锚碇基础大体积混凝土浇筑方案，使得锚碇基础于冬季温度较低期间完成施工，故将8m高4.7万方填芯混凝土一次浇筑成型。从施工布置、人员组织、物资保障等方面进行施工组织，施工实施耗时仅5天。填芯混凝土一次浇筑方案的成功实施，节省项目建设工期一个月，保障了混凝土质量，便于后续项目开展整体施工组织。

图8 锚碇基础填芯混凝土一次性浇筑

3.锚碇基础大体积混凝土温控点多，若混凝土温控措施不到位，极易产生有害的温缩裂缝。项目团队从优化配合比、入模温度控制、物理化学降温及养护方式等入手，对大体积混凝土进行温度控制。实施后，大体积混凝土温控效果良好，未发现有害裂缝。

开发异形锚体辅助测量技术

针对异形锚体结构复杂、施工测量施工要求高、锚固系统定位安装精度要求高的特点，采用智能测量技术，通过应用测量机器人（即自动全站仪），从自动识别、自动照准、自动测量等方面进行智能测量技术研发。

在异形锚体施工期间，采用测量机器人跟踪进行特征点坐标校核，便于辅助现场施工人员进行快速调整，有效提升异形锚体的施工效率及施工精度。在索套管就位期间，对索套管轴线进行跟踪测量。定时将偏位报告现场指挥人员，以调整索套管偏位。基于北斗系统的测量机器人进行自动跟踪测量，实时显示测点的三维坐标实测与设计的偏差值，提高索套管安装精度和效率。

图9 测量机器人辅助测量现场应用

索塔施工技术创新

针对索塔内腔采用钢圆筒作为内模的新颖设计，因塔柱采用中心钢圆筒代替内模，模板不便于设置对穿拉杆，采用无拉杆体系模板进行塔柱施工。无拉杆体系模板采用下口地脚螺栓埋件、上口拉杆整体对拉进行混凝土支撑。

由于塔内钢圆筒壁厚较小，故在塔柱施工阶段采用内支撑架为钢圆筒提供强力支撑，保证圆筒在吊运、定位、浇筑混凝土时均不变形。内支撑架可作为高空作业平台，作业人员可在该平台上较为方便的调节内支撑架系统的可调撑杆，减少高空作业时间，适用于空心高塔柱的施工。

图10 塔身钢圆筒安装

移动模架施工技术创新

龙门大桥引桥50米跨等截面现浇箱梁，采用移动模架进行施工。相比于传统施工方法，移动模架能适应跨海大桥建设中的各种复杂海洋环境，施工高效安全，操作便捷，仅占用拼装场地，对环境敏感区域更加友好。

1.针对引桥平曲线最小半径700米，小半径曲线施工线形保障难的问题，采用水平旋转铰，使模架能进行旋转折角调整，同时采用底模包侧模的形式及增设腹板模板T型板，保障箱梁混凝土线形美观。

2.针对海域施工环境复杂，施工场地局促的问题，移动模架采用自行式设计，墩旁托架可实现自行过孔就位安装，自动化程度高。

3.针对龙门大桥拼装场地狭小、海上拼装风险大的问题，移动模架采取主梁前后对称设计，可实现移动模架反向施工及倒退行走。

4.针对左右两幅移动模架在曲线段上存在交汇工况的过孔难题，采取可旋转翼板模板结构、哑铃形后辅助支腿、不对称开模等措施，实现了移动模架曲线段双幅交汇过孔。

图11 龙门大桥引桥移动模架施工

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2024年 第4期 总第120期

作者 / 蒋赣猷 贾利强 吴明远 赵艳

作者单位 / 广西路桥工程集团有限公司

广西欣港交通投资有限公司

中交公路规划设计院有限公司

广西交通设计集团有限公司

编辑 / 王硕

美编 / 赵雯

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

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