皓月南沙 江山入画——万龙大桥工程主桥总体设计

图1 万龙大桥区位图

万龙大桥工程位于广州市南沙区万顷沙镇与龙穴街之间，工程西起于万新大道以西500m处，跨过万新大道、万环东路和龙穴南水道后，设互通连接龙穴大道，之后上跨南沙港铁路，与规划万龙东路相接，路线主线总长约5.146km。本项目是连接自贸区海港区块龙穴岛作业区和万顷沙保税港加工制造业区块的快捷通道。万龙大桥工程连接万环西路及深中通道，将有助于加快南沙港货运物资外运，构建港口、铁路、公路及市政道路多式联运的立体运输网络，提高龙穴岛国际航运物流中心的对外辐射能力，把南沙区打造为海上丝绸之路和丝绸之路经济带的珠三角战略支点，助力粤港澳大湾区的高质量发展。

建设条件

桥址位于广州市南沙开发区，地处珠江口。为珠江三角洲冲积平原地貌，属珠江I级阶地，地势开阔低平，地质情况为淤泥质软基，地下水位较高。区域水网密布，鱼塘众多，总体地势普遍较低。右岸万顷沙侧，线路基本平行十二涌，桥位下游紧邻十二涌水闸。

工程处于北回归线以南，属亚热带海洋性季风气候区，气候温暖，夏季湿热，有台风，冬季干燥，有寒流。年平均气温在21.8，极端高温达38.7℃，1、2月份气温最低，月平均气温在13℃，极端低温亦在0℃以上。本区以季风为主，风速最大可达34m/s。台风、强热带风暴雨带来的灾害性暴雨最具破坏性，是本区的主要自然灾害。

桥跨布置及桥型方案

桥跨布置

根据航道要求，桥梁的通航净宽还应考虑桥墩两边的紊流区，单孔双向通航净宽不小于301m。

拟建通道河段河面宽约1.2km，河道断面呈滩—槽—滩分布格局，滩地发育，主槽位于河道中央位置，深槽宽度在488m左右，水深在3～8m，龙穴南水道规划泄洪整治线宽度约568m。

综合考虑上下游桥梁阻水累积效应，结合通航、防洪条件及上游已有桥梁跨度，桥梁基础形式等综合考虑，万龙大桥主跨按608m考虑。

桥型方案选择

对于主跨600m左右的桥梁，可选用的桥梁结构形式有拱桥、斜拉桥、悬索桥等。

目前南沙区龙穴南水道、蕉门水道上修建了包括凤凰一桥、凤凰二桥、凤凰三桥、明珠湾大桥、南沙港铁路桥、红莲大桥在内的多座跨江桥梁。这些桥梁各具特点，风格各异，景观特色鲜明。桥梁以多为大中跨度桥，桥型则斜拉桥、拱桥为主。

通过国际方案竞赛、公众投票及南沙区规委会环境艺术委员会审议等环节，确定“皓月南沙”自锚式悬索桥双圆塔桥梁结构为万龙大桥工程方案竞赛推荐方案。

图2 “皓月南沙”桥梁方案图

打造独特的桥梁景观，体现历史、文化和美学价值是万龙大桥的建设目标之一，而桥塔是彰显桥梁个性特点和打造桥梁整体景观效果的重要因素。桥塔景观造型设计需要在实现结构功能的同时，反映地域文化的过去与将来，最大限度地实现功能、技术、经济、美观与历史文化的统一。

万龙大桥桥塔的设计灵感来源于岭南传统民居的代表——镬耳屋，并抽象为独特的圆环造型（图3），宛若半入云层的皓月，空灵优美，与柔美灵动的水波完美融合、相得益彰，创造出安宁与静谧的情韵，是岭南风格和水乡特色的完美结合。远观大桥，视线穿塔而过，江山入画，见证着浪潮奔涌间南沙的沧海桑田和傲然崛起，同时带来现代桥梁美学的震撼。

(a) 镬耳屋

（b）皓月当空

（c）桥塔造型

图3 桥塔造型设计

主跨608m自锚式悬索桥设计

总体布置

主桥桥跨布置为（50+220+608+220+50）m的自锚式悬索桥，主梁采用7跨连续结构，跨度布置为50+201+38+570+38+201+50=1148m，是目前世界上最大跨度自锚式悬索桥。主缆采用空间双主缆，理论边主跨比约0.37，主缆主跨矢跨比约为1/7.15。

图4 桥梁总布置图（尺寸单位：m）

结构体系

本桥支承体系为7跨连续半漂浮结构体系，具体布置为：主塔挑臂横梁上设有竖向球型钢支座（均为双向滑动）。辅助墩顶设置竖向球型钢支座与E型钢阻尼器一体（纵向活动，横向固定）。边墩顶设置竖向球型钢支座与E型钢阻尼器一体（为纵向活动，横向固定）。在主塔处设置有横向抗风（震）支座。边墩、辅助墩顶横向设置球型钢支座与E型钢阻尼器一体式支座，横向地震力作用下支座横向活动，E型钢阻尼器减震耗能，每个主塔4个牛腿位置均设置有纵向阻尼器。

桥塔及基础

1.桥塔总体布置

桥塔采用内圆外椭圆形钢塔，万顷沙侧塔高125.12m、龙穴岛侧塔高127.12m（均含塔座），主塔内圆直径62.5m，外椭圆短轴长82.5m、长轴长99.5m。主塔基础采用29根Φ3.0m钻孔灌注桩基础。塔顶设有弧形后装结构，横梁设有弧形装饰板，与塔柱共同组成整体内圆外椭圆形造型。下塔柱设牛腿以支承钢主梁，桥面以上10m高度处设直线横梁，横梁外包装饰下端与桥面相切，上端与横梁顶面平齐。塔顶后装结构内设主索鞍，为方便主缆施工，后装结构待全桥体系转换完成后再安装。桥塔总体布置见图4（括号内数字适用于龙穴岛侧桥塔）。

图5 桥塔总体布置（尺寸单位：m）

2.钢塔柱构造

本桥圆形桥塔的受力特点类似于圆环受集中力作用，在主索鞍4万吨竖向力的作用下，塔顶的弯矩达50万吨·米，剪力达2万吨。如果采用常规的单箱单室截面，所需板厚超过100mm，加工制造难度过大。因此提出采用双层顶底板和四腹板的单箱九室截面，将板厚控制在60mm以内。

下塔柱每隔2.0m设置一道横隔板，隔板垂直截面设置，框架隔板间距2.0m，实腹隔板间距8.0m；上塔柱每隔约2.0m（外侧弧长1.98m，内侧弧长1.5m，对应圆心角为2.75°）设置一道横隔板，隔板沿径向设置，框架隔板间距约2.0m，实腹隔板间距约6.0～8.0m。钢塔柱外壁板及其加劲肋等关键受力部位板件采用Q500qD钢材，其余内壁板及其加劲肋、横隔板等采用Q420qD钢材。

图6 钢塔柱截面（尺寸单位：cm）

3.塔底钢混结合段

塔底钢混结合段是钢塔柱和混凝土塔座的过渡段。本桥主塔弯矩大，钢混结合段内侧和外侧受力状态存在差异，针对该受力特点采用大断面非对称承压传剪式钢混结合段构造，非对称布置大规格预应力钢绞线。钢混结合段共布置101根37-ø15.2有黏结预应力钢绞线，内侧布置37根，外侧布置30根，中间布置34根，预应力在混凝土塔座内分三层锚固，层间距1.5m。钢混结合段总长8m，包括4m长钢结构过渡段和4m长钢混过渡段。钢混结合面设150mm厚承压板，承压板钢塔一侧设置支承加劲，将钢塔柱竖向压力均匀传递至结合面混凝土，同时兼作预应力锚固架；承压板混凝土塔座一侧钢混过渡段与塔座之间通过剪力钉、与钢板焊接的钢筋及PBL剪力键连接。

（a）立面构造

（b）横断面构造

图7 塔底钢混结合段构造（尺寸单位：cm）

4.塔顶鞍座加劲段

塔顶鞍座加劲段是主索鞍作用力向钢塔传递的重要构件，其构造形式直接决定了主索鞍作用力能否均匀地向钢塔传递。本桥塔顶鞍座加劲段除了传递主索鞍作用力之外，还需承受该作用力在圆形桥塔塔顶中产生的巨大弯矩和剪力。为了使力的传递更加顺畅直接，塔顶段两道内腹板与主索鞍两道鞍体对齐，中间7道支承隔板与鞍座横肋对齐，边跨侧顶板处隔板间距为0.85m，中跨侧顶板处隔板间距为0.9m。

图8 塔顶鞍座加劲段构造（尺寸单位：cm）

主梁

1.钢主梁

（1）标准钢主梁

钢主梁采用分离式钢箱梁，单幅截面为流线型扁平封闭截面，外设风嘴，主梁梁高4.0m，单幅桥面宽19.3m，含风嘴宽20.75m，主梁全宽52.5m（含风嘴），两幅箱梁间开槽宽度11m，主塔从中穿出。主梁标准节段长12m，吊杆锚固于风嘴横隔板处，锚点横向间距49.2m，纵向间距12m。

（2）桥塔附近无索区钢主梁

桥塔中心线两侧各34m范围钢箱梁底板铺设0.4m厚混凝土，通过PBL剪力键和底板剪力钉保证了力的可靠传递和扩散，从而改善无索区钢梁受力。混凝土采用低收缩、高抗裂、高韧性的混杂纤维混凝土。

图9 标准钢主梁断面（尺寸单位：cm）

图10 桥塔附近无索区钢主梁断面（尺寸单位：cm）

（3）钢混结合段

钢-混结合段长10m，包含3m钢混结合段和7m钢梁加强段。

其中3m钢混过渡段采用阶梯形填充混凝土后承压板式钢-混凝土接头，通过将结合段钢梁的顶板、底板、腹板与隔板和端承压板之间围封组成钢格室，其内填充混凝土，与混凝土箱梁顶板、底板和腹板平顺过渡。

2.混凝土主梁

两侧主缆锚固区梁段（50.85+34）m采用预应力混凝梁，截面为单箱三室分离式断面，通过隔板横梁连接为整体，变截面梁高4.0～9.0m，桥面宽度49.1～60m变化。标准截面单幅箱梁箱顶宽19.05m，箱底宽9.37m，外斜腹板水平长度5.68m，内斜腹板水平长度4.0m，顶板厚35cm，底板厚40cm，中腹板厚50cm，斜腹板厚40cm。混凝土梁采用三向预应力体系，纵、横向预应力采用钢绞线，竖向预应力筋采用缓粘结预应力钢绞线。锚固段与锚跨结构混凝土均采用C60高性能混凝土，采用支架浇筑。

图11 混凝土主梁构造图（单位：cm）

图12 混凝土主梁标准断面（单位：cm）

图13 混凝土主梁三维示意图

缆索系统

（1）主缆：主缆采用空间缆，主缆跨度为17.25m（锚跨）+207.25m+608m+207.25m+17.25m（锚跨）=1057m，主跨矢跨比为1/7.15。锚固点横向间距为54m，塔顶IP横桥向间距1.2m，每根主缆含61股127丝ø6.0mm镀锌铝合金高强钢丝。主缆直径索夹外590.4mm（孔隙率20%）、索夹内583.2mm（孔隙率18%）。索股两端设索股锚头，索股锚头采用热铸锚，在锚杯内浇注锌铜合金。主缆紧缆完成后，先进行捆扎并安装索夹，待桥面系施工完成后，进行缠丝等防护工作。主缆在钢塔及锚室入口等处采用喇叭形缆套密封防护，主缆上方设置主缆检修道。

（2）吊索：本桥采用钢丝绳吊索。吊索与索夹为骑跨式连接；与钢箱梁为锚箱承压连接。各吊点纵向标准间距12m，每个索夹设置2根吊索，全桥共65对吊索。一般吊索钢丝绳公称直径为ø72mm，公称抗拉强度为1960MPa，结构形式为8×55SWS-IWR；特殊吊索公称直径为ø80mm，公称抗拉强度为1960MPa，结构形式为8×55SWS+IWR。吊索下端锚头采用热铸锚，锚杯内浇筑锌铜合金。锚杯与高强钢拉杆连接。钢拉杆下端设置球形铰，吊索长度由螺母调节，用以消除制造、架设引起的吊索长度误差。对于悬吊长度大于20m的吊索，需在悬吊长度的中央设置减振架，以将一个吊点的两根吊索互相联系，减少吊索的风致振动。

（3）主索鞍：本桥采用空间缆索系统，两个鞍座进行一体化设计，采用自适应式主索鞍结构。主索鞍鞍体为铸焊结合结构：中间肋板部分采用焊接钢板，鞍体整体制造。为增加主缆与鞍槽的摩阻力，并方便索股定位，鞍槽内顺桥向设竖向隔板，隔板厚度12mm，走向应沿鞍槽走向。。鞍体顺桥向尺寸约5.35m，横桥向为5m，高度约4.22m。单个鞍座鞍体质量约为181t。鞍座下承板设置沉头螺栓与桥塔顶部连接。

（4）散索套：散索套采用上下对合型结构形式，用高强螺杆连接紧固，散索套采用法向约束式，散索套顺主缆方向为活动，垂直主缆方向约固定约束，散索套底板通过地脚螺栓AM42与混凝土梁相锚固，底板设置滑动槽，散索套安装在滑动槽里实现顺主缆方向为活动。

辅助墩、边墩及基础

辅助墩采用分离单柱式实心墩，桥墩截面4×5m；基础采用4根直径3.0m的钻孔灌注桩，呈行列式布置，纵向行距为6.0m，横向列间距为6.0m，桩基础按嵌岩桩设计。承台平面为矩形，横向长11m，纵向宽11m，承台厚5m。

边墩采用双柱式实心墩，桥墩墩底截面2×3m；墩顶引桥侧为双挑臂盖梁，总宽16m,主桥侧宽7.6m，纵向尺寸5.0m。基础采用4根直径2.2m的钻孔灌注桩，呈行列式布置，纵向行距为6.0m，横向列间距为6.0m，Z1桩基础按摩擦桩设计，Z6桩基础嵌岩桩设计。承台平面为矩形，横向长10m，纵向宽10m，承台厚4m。

总体施工方案

主桥施工栈桥和平台桥采用“钓鱼法”施工，桩基采用冲击钻进行钻孔桩施工，采用“浮运法”进行主墩钢套箱围堰施工，利用平台进行边跨钢管桩围堰及承台施工。边墩及辅助墩通过设置施工栈桥进行基础施工。边墩和辅助墩墩身采用“翻模法”施工。万龙大桥主梁分为现浇梁段和钢箱梁段。现浇梁采用现场拼装支架辅助施工。钢箱梁段采用大节段吊装+支架滑移法+扣塔顶推法施工。主塔采用原位塔吊吊装方案施工，通过猫道和牵引系统施工主缆，最终成桥。

图14 总体施工布置图

图15 全桥风洞模拟试验

图16 全桥地震模拟台试验

综合通航、防洪、港口、等多方面因素，万龙大桥采用（50+220+608+220+50）m的空间缆椭圆塔自锚式悬索桥，本桥是目前世界上最大跨度自锚式悬索桥，同时具有世界最大直径钢圆塔、空间缆、体系转换过程复杂等创新点。大桥以“皓月南沙”为主题，桥梁造型优美，景观效果突出，具有良好社会效应。万龙大桥工程已于2023年6月开始水上动工，建成后将成为大湾区地标性建筑。

图17 建成后效果图

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2024年 第5期 总第121期

作者 / 文望青 卿仁杰 王存国

作者单位 / 中铁第四勘察设计院集团有限公司

广州市南沙区建设中心

编辑 / 陈晨

美编 / 赵雯

审校 / 李天颖 王硕 廖玲

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