南宁大桥 :南宁市大跨径斜吊拱曲线桥梁

更新时间:2023-11-07 23:54

南宁大桥(Nanning Bridge)是南宁市东南地区进入市区和快速环道的主要通道,位于广西南宁市东南边,北起青山路,主桥跨越邕江,连接南岸潘龙新城。南宁大桥采用了林同炎设计的非对称拱桥方案,是世界上首座大跨径斜吊拱曲线桥

南宁大桥全长1314.77米,其中主桥长734.50米,两岸引道580.27米,最大跨度300米,桥面及路基宽度均为35米。主桥和引桥均为双向六车道,设计行车速度每小时50千米。南宁大桥在结构设计上,为大跨度非对称肋拱桥,南北两岸均为半苜叶形立交,桥身两边圆曲状的拱形,以不同的倾角向外倾斜,各用10根拉索相连,远看像两个对接的竖琴横跨邕江两岸。

南宁大桥于2004年12月16日开工建设,2008年11月24日,南宁大桥主桥钢箱拱正式合龙,2009年2月28日钢箱梁顺利合龙。2009年9月21日南宁大桥建成通车。截至2023年1月17日,南宁大桥高峰期车流量达6000pcu/h以上。

南宁大桥由美国林同炎国际公司负责桥型方案概念设计,由四川省交通厅公路规划勘察设计研究院负责具体的前期研究及勘测设计,由中铁二局股份有限公司承建,建设单位为南宁市城市建设投资发展总公司、南宁国研科技投资有限公司。南宁市大桥既是南宁市实现“重点向南,加快五象新区建设,再造一个新南宁”战略布局的重要桥梁,也是推进北部湾经济区发展、建设区域性国际城市的交通枢纽。

历史沿革

建设背景

南宁大桥正是通往五象新区最便捷的通道,该桥建成后可以较好地加快五象新区和城市副中心宁新区的建设步伐。大桥建成后,尽快使南宁老城区、青秀山、五象新区和邕宁新区连成一片。同时,大桥的建设对于改善城市交通基础设施,完善城市道路交通网络具有重要的意义,尤其是它的建成满足了南宁市邕江两岸越江交通的需求,对缓解日趋紧张的越江交通压力具有重要作用。截至2009年,南宁市越江大桥共有6座,但由于布局不是十分合理,不符合城市总体规划的要求,已经开始制约城市的发展。因此,增加越江大桥,改善越江设施布局成为南宁市城市交通建设的急切任务。南宁大桥正是在这种期待下诞生的。

建设历程

2000年初,经南宁市委、市政府、市人大、市政协共同协商并通过广泛的征求市民意见,决定南宁市大桥按照南宁标志性建筑的条件向国际业界征求桥型方案。2000年5月,南宁市将包括国际桥梁大师美籍华人林同炎先生在内的12种桥型设计方案,通过《南宁晚报》向市民征求意见。占参加征求活动的71%市民认为由林同炎先生设计的桥型符合南宁市标志性建筑的条件。南宁市委、市政府在充分尊重民意的基础上确定林先生设计的非对称拱桥为南宁大桥桥型。

2001年5月,林同炎先生开始帮南宁设计这座跨江大桥;同年设计出炉“不对称外倾拱形桥”。2002年,5种桥型设计概念公开向南宁全体市民征集意见,林同炎的设计得票率最高。2003年,林同炎在美国辞世。这座大桥,成了林先生最后的绝唱,也是他一生设计的第99座桥;同年,南宁市政府确定大桥由南宁国研科技投资有限公司投资建设。

2004年,由广西国际工程咨询有限公司组织有关专家对南宁大桥可行性研究报告进行了第一次评估。2004年2月南宁市政府组织召开了南宁大桥设计工作专题会。2004年12月15日,南宁市城投公司和南宁国研科技投资有限公司联合举行了南宁大桥工程开工说明会。确定南宁大桥主干路设计总长1314.773米,其中主桥长308.502米,设置双向六车道,设计行车速度为50里/小时,按城市主干道Ⅰ级设计。16日上午,南宁大桥开工建设,计划于2007年建成使用。

2007年1月7~9日,《南宁大桥主桥施工方案》通过以范立础院士为组长的专家组论证评审;2007年2月18日,南宁大桥水中主墩大体积承台混凝土成功浇筑;2007年11月18日,南宁大桥缆吊塔架顺利封项;2007年12月,时任广西壮族自治区代主席的马等主要领导亲临施工现场查看工程进度并慰问施工工人。

2008年3月30日南宁大桥4×110t缆索吊装系统试吊成功;5月20日,首节段钢箱拱(重量218t)开始吊装;2008年11月24日上午8时30分,世界首座单孔跨径最大非对称性外倾拱桥——南宁大桥主桥钢箱拱正式合龙,标志着该桥钢箱拱吊装胜利完成和桥面吊装全面开始。副市长周家斌出席当天的合龙仪式。2008年12月18日,钢箱梁首节段吊装。

2009年2月28日钢箱梁顺利合龙。2009年9月21日南宁大桥建成通车,将邕江两岸新老城区通行时间由45分钟缩短至15分钟,为南宁市经济向南腾飞蓄势助力。成为南宁市东南片区进入城市中心区和快速环道的主要通道。蝴蝶造型的南宁大桥。

2018年3月27日,经过近10年大交通量的运营,南宁大桥桥面结构抗水损害能力下降,路面出现大面积病害等一系列问题,为配合桥梁维修整治工程的施工建设,3月27日零时起,南宁大桥正式封闭施工。5月29日,南宁大桥已经完成全桥改性沥青面层的铺设,伸缩缝的铺设等主体维修工作。5月31日,南宁大桥恢复通车。

2022年11月18日,为确保南宁大桥伸缩缝更换维修施工顺利实施,保障桥梁中华人民共和国道路交通安全法畅通,南宁大桥实施机动车道全封闭施工。11月27日,南宁大桥恢复通车。

建设与规划

地理位置

南宁大桥位于广西南宁市青秀山西南侧,北起青山路延长线,南接良庆区的蟠龙新区,辖接良庆区的五象新区邕宁区的龙岗新区,主桥跨越邕江,连接南岸潘龙新城。

参建单位

南宁大桥由美国林同炎跨国公司负责桥型方案概念设计,由四川省交通厅公路规划勘察设计研究院负责具体的前期研究及勘测设计,由中铁二局股份有限公司承建,建设单位南宁市城市建设投资发展总公司、南宁国研科技投资有限公司。

建设难题

南宁大桥是一座有争议的桥,争议之处在于它的总投资过大,再是由于大桥造型设计独特,加之目前世界范围内尚无类似桥梁建设的实例可供借鉴,工程施工的重、难点较多,主要有混凝土拱肋及钢一混连接段线形控制;拱座为三维空间结构形,钢筋、预应力管道密集,结构受力复杂,施工精度要求高;拱肋悬拼施工过程中面外稳定控制;缆吊扣挂系统的设计与施工,缆吊系统起吊吨位大,索鞍横移距离长,吊塔与扣塔合一,塔架宽度达110m,高度136m,系统结构复杂,安全威胁大。

建筑设计

整体布局

南宁大桥由主桥、东西两岸引桥及立交匝道3部分组成,南宁大桥位于广西南宁市东南边,北起青山路,主桥跨越邕江,连接南岸潘龙新城。

相关参数

主桥结构

南宁大桥采用“曲线梁非对称外倾拱桥”这一全新的桥型,主桥跨径300m,主梁位于R=1500m平曲线内,东西两条独自向外倾斜的拱肋,外倾角度不同,桥面以上拱肋间没有任何横向联系,两条拱肋于主梁下交汇,于拱顶遥相分离,通过倾斜的吊索支承弯曲的主梁。

基础   

主桥采用承台群桩基础形式。承台尺寸38.2(长)×42.2(宽)×5~8(高)m,为减小基础承担的弯矩,主墩基础整体向河心预偏3.85m。主墩共设36根Φ2.5m钻孔灌注桩,桩长39~41m,桩底置于弱风化泥岩层内。   

拱轴线形   

拱肋由钢箱拱肋段和混凝土拱肋段组成,东西两拱向外倾斜,但都位于各自的拱平面内。   

东侧拱肋计算跨径300m,计算矢高82.92m,拱平面横向转轴倾角69.72°;钢箱拱肋采用m=1.244的悬链线,混凝土拱肋轴线由R=41.68m的圆曲线和直线组成。   

西侧拱肋计算跨径300m,计算矢高86.74m,拱平面倾角66.54°;钢箱拱肋采用m=1.190的悬链线,混凝土拱肋轴线由R=43.77m的圆曲线和直线组成。   

拱肋   

混凝土拱肋   

承台以上至刚出桥面的拱肋部分,为混凝土拱肋,再上面是钢拱肋。   

混凝土拱肋采用等宽变高的单箱单室截面,拱肋宽度7.5m,高度由顶端的10.1m渐变至承台顶面的14.6m,标准壁厚80cm。   

混凝土拱肋段分为3个大的区间、21个小节段,采用曲面液压自爬模施工。拱肋内共布设10组预应力束,下端锚固,上端单端张拉后通过连接器接长。   

拱脚设肋间横墙,为薄壁结构,标准壁厚60cm,起到拱脚横撑的作用。肋间横墙顶面形状为R=21.5m的圆柱面,并与两拱肋内侧面相切。   

钢箱拱肋   

东、西林钢铁集团箱拱各自划分为15个节段,节段宽7.4m,高5.6~10.0m,长13.93~21.15m,最大吊重218t。   

钢箱拱肋采用等宽变高的单箱单室截面,面板厚度分别为20、24mm,内设18、20mm厚板式加劲肋,采用Q345C钢材。   

每一段钢箱拱肋节段内,均设置2道竖直的吊点横隔板和3道呈径向布置的定位横隔板,另设少量局部横向加劲肋,E1、W1节段与混凝土拱肋连接,节段下端设置钢—混凝土连接段。

系杆   

全桥共布置32束系杆,分为四组。每束系杆由24根ΦS15.2mmPE护套钢绞线及3根备用孔道组成,排列成六边形。全部系杆均布置于钢箱梁内,锚固于肋间平台上。   

第一组、第四组系杆在平面内直线布置;第二组、第三组系杆在平面内弯曲布置,以平衡千斤绳产生的横向分力。钢箱梁吊点横隔板上,设置有系杆转向构造。   

系杆锚具采用钢绞线拉索群锚体系,允许整体换索和单根换索。   

肋间平台   

由于拱的外倾及主梁的平弯,专门设计了与传统系杆拱不同的特殊构造—肋间平台作为空间系杆的锚固构造。肋间平台由平台主梁和连接东西两拱的横梁共同构成,采用预应力混凝土结构,是全桥的关键构造之一,肋间平台内设两道锚固横梁,用于锚固系杆。平台前后两端设置牛腿,支承主、引桥箱梁。肋间平台内共设7组预应力束,采用两端或单端张拉。   

钢箱梁   

主桥位于R=1500m平曲线上,箱梁节段呈扇形,纵向加劲肋按照曲线布置。   

主梁采用单箱单室扁平流线型全焊钢箱梁,全宽35.016m,中心高3.5m。钢箱梁顶板、上斜腹板厚14mm,底板、下斜腹板厚12mm,采用Q345C钢材。   

钢箱梁顶板在机动车道、非机动车道采用U肋进行纵向加劲,在顶板人行道区域以及底板、下斜腹板采用板式加劲肋进行纵向加劲。 

钢箱梁内每隔3m设置一道横隔板,其上需安装系杆转向导管或定位导管。 

吊索   

吊索采用109ΦP5.0mm平行镀锌钢丝成品索,纵向间距9m,全桥共设26对。为便于运营阶段换索施工,采用横向双索体系。

设计参数

南宁大桥全长1314.77米,其中主桥长734.50米,引桥长434米,两岸引道580.27米,最大跨度300米,桥面及路基宽度均为35米,引道宽50米,设计车速50Km/h。主桥和引桥均为双向六车道,设计行车速度每小时50千米。

参考资料

设计特点

南宁大桥采用“大跨径曲线梁非对称外倾拱桥”这一全新的桥型。 主梁弯曲、东西拱肋外倾且不对称、桥面以上拱肋间没有任何横向联系,使得南宁大桥存在特殊的结构平衡关系:外倾拱肋的向外倾覆趋势,由不共面千斤绳体系横向分力来抵抗;主梁及桥道系荷载由吊索传递至拱肋承担,同时主梁及桥道系荷载又维持着拱肋平衡;拱的水平推力传递至肋间平台,由水平系杆、弯曲系杆共同平衡;吊索体系水平分力对主梁产生的横向力由布置于钢箱梁内的反向弯曲系杆来平衡。通过协调研究桥梁造型艺术和结构受力特点,优化结构几何参数,既确保了桥梁造型美观,又确保了三维结构具有高度的稳定性能。   

创新细致的特殊结构细节设计:将粘滞阻尼器应用于拱桥的漂浮体系主梁,以限制在地震响应下的纵向位移;遵从多次应力扩散原则,设计应力均匀、有效过渡的钢—混凝土连接段;首次采用以聚乙烯为基料制造的系杆转向装置,起到定位、转向、传递横向分力的作用,并允许系杆钢绞线在孔道内滑移;钢箱梁U型加劲肋过焊孔采用国内罕见的两次半径过渡方式,大大削减了钢箱梁横隔板过焊孔区域的应力峰值。   

贯彻耐久性、可检查性、可维护性设计思想,采用高品质耐久性混凝土,钢结构分部位设计涂装配套,配备拱肋检修车、梁底检修车及完善的检修通道,对系杆、千斤绳进行运营期监测,可方便地更换系杆、吊索。  

对混凝土拱肋段、肋间平台采用实体仿真计算,按施工阶段分析拱肋、肋间平台等复杂预应力混凝土结构的效应。   

主墩深水基础施工采用钢筋混凝土排桩+旋喷桩止水帷幕支护方案,丰富了桥梁大型深水基础施工工法。   

混凝土拱肋段为双向倾斜曲面结构,采用罕见的曲面液压自爬模施工工法。  

钢箱拱肋采用缆索吊装、三维斜拉扣挂施工工艺,在三维扣索、临时横向联结系、横向风缆的共同作用下维持施工期结构平衡,进一步发展了拱桥斜拉扣挂建造技术。

吊扣合一的临时塔架高136m、宽110m,为满足外倾式拱肋、曲线梁节段吊装,缆索吊机采用塔顶索鞍大距离横移技术丰富了缆索吊机的使用功能。   

对工程项目进行风险评估,全面关注施工阶段、运营阶段可能面临的各种风险事态,为业主提供系统的风险管理策略。

配套设备设施

南宁大桥根据吊杆的长度使用了250瓦、400瓦、1000瓦三种不同强度的射灯,在拉杆千斤绳上拉上LED数码等,以达到更好的景观效果。

运行情况

交通流量

截至2023年1月17日,南宁大桥高峰期车流量达6000pcu/h以上。

沿途信息

连接南宁大桥、五象大道、五象新区玉洞大道的平乐大道隧道路段全长1010米,其中隧道长550米、宽49.5米,道路长460米、宽60米,属城市I级主干道。

价值意义

南宁大桥的建设,突破了国际桥梁设计、施工的传统理念,融入了当代桥梁建设的最新技术,采用了新结构、新材料和新工艺,是目前世界上建造技术最复杂的桥梁之一。它的建成通车不仅为邕江上增添了一道亮丽的风景线,还对缓解南宁市城区交通压力,疏通车流、物流、人流,优化路网结构起到重要作用;拉近了东与五象新区的距离,一江之隔荒芜与繁华相望的现状将得以改变。

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