鱼山岛距离岱山岛约8km，其间水深超过10m的深槽长度达3km。鱼山大桥的建设，将沟通鱼山国际绿色石化基地和岱山本岛，成为绿色石化基地的唯一陆上通道，也是绿色石化基地不可或缺的应急通道。鱼山大桥通过宁波舟山港主通道接入大陆高速公路网，远期通过北向大通道连接上海，将鱼山石化无缝接入长江经济带，并和上海金山石化基地、宁波镇海石化基地相互融合，成为世界级的石化中心。
鱼山大桥项目在吸收以往项目经验基础上，针对建设条件和特点，以工业化桥梁理念作为指导思想，以工程全寿命周期成本为准绳，以树立“品质工程”为目标，从施工方法、结构方案、耐久性设计、全寿命成本控制、围垦区精细化分析等方面入手，采用了合理、可靠、经济的设计方案，保证了鱼山大桥高品质的快速施工。
建设规模浩大、条件复杂
鱼山大桥按交通部颁《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）双向四车道一级公路标准建设，设计速度80km/h，整体式路基宽度25.5m，近期实施半幅（路基宽度12.75m），考虑预留管道空间，桥梁总宽度为15.6m。主线全长约8.815km，设置连续跨海大桥7781.75m/1座，项目批复概算21.72亿元。
浙江省交通规划研究院于2016年7月完成了鱼山大桥施工图设计，同月大桥完成了施工招标，承包商为浙江交工集团股份有限公司和中交第二航务工程局有限公司联合体。大桥于2016年9月份正式开工建设。
本项目建设规模极大，建设条件极差，建设工期极紧，品质要求极高。如何在苍茫的大海上架起飞虹，保证桥梁安全、高质量、高效率的实施，成就百年品质工程，是摆在设计者面前的重大考验。
1.支撑条件缺乏
鱼山大桥孤悬海外，是岛屿和岛屿间的跨海大桥，海况复杂，支撑条件差。不同于连接大陆和岛屿的半岛型跨海大桥，鱼山大桥连接的岱山和鱼山岛距舟山本岛在16km以上，且两者目前均没有陆上通道与大陆连接。两个岛屿均以海洋渔业和旅游业为支柱产业，工业基础较为薄弱，大桥建设所有物资和设备均需经由海上进行运输。桥位处缺乏遮蔽，且岛礁杂乱分布，海床地形变化大。此外，大桥施工与围垦区施工同步展开。届时，桥位附近作业船舶众多，且由于围垦施工，部分桥位区海床地形和水流变化较大。
2.建设条件复杂
工程区域夏季台风频发、冬季季风盛行，7～9月均为台风多发期，设计基准风速达44.35m/s，位居国内前列。雾日出现频率较高，累年最多年平均雾日45天。结合季风、强潮等因素，有效作业时间短。
桥址区水深5m以上区域占海域路线总长的60%，其中10m以上水深区域长度在3km以上，且路线北侧规划有岱北大围垦，围垦实施后，水流速度达3.69m/s，最大波高达6.9m，波流力和冲刷作用强烈。桥址区地质条件非常复杂，基岩起伏剧烈，大部区域基岩埋深在-100m以上，最深达-140m以上。上覆深厚淤泥层，最大软土厚度在40m以上。基岩类型多样，根据地勘，将基岩划分为6大类，12小类，各类别基岩性状均不相同。
此外，大桥跨越2000t级航道，且桥区附近规划有鱼山石化多座码头，船舶撞击风险大；主通航孔跨越舟山多端柔性直流输电示范工程海底电缆，需要保证充分的安全距离；鱼山大桥与舟山国际绿色石化基地围垦区同步施工，对结构构造、施工工艺和监测监控要求高。大桥如何保证在围垦区大面积填筑下的受力安全是个重大课题。
3.建设规模浩大
本项目路线全长8.815km，其中设置连续跨海桥梁一座，长7.782km。全桥上部结构采用节段预制拼装箱梁，共计2370榀节段梁，及89m长的钢箱梁。下部结构包括180余根超大直径桩基，桩基最大直径5m；桩基均为嵌岩桩，最大桩长达148.2m。
4.建设工期紧迫
本项目直接服务于舟山国际绿色石化基地，为保证石化基地的顺利投产，将于2018年底全线贯通，项目建设总工期仅有27个月。由于地处外海，受台风、季风、潮流等因素影响，项目有效作业时间不足20个月。选取何种工程方案，保证在如此短的工期下高质量完成项目建设是一个重大的课题。
5.工程品质严苛
本项目是交通运输部“品质工程”示范项目，且88.3%的路段地处外海，对结构的耐久性、施工工艺要求高。项目建成后将移交地方政府，限于地方专业能力和财政压力，力求最小养护工作量。因此项目方案要综合结构管养维护，从结构全寿命周期出发进行设计。
因地制宜 科学设计
针对建设条件和特点，项目组因地制宜，经过认真梳理和深入研究，形成清晰的设计思路。
1.首推全栈桥工法，转换海上施工为“陆地”施工
项目组与舟山海事和港航部门积极联系，提出了“全栈桥”施工方案，将桥位处航道临时转换到鱼山岛西侧绕行。针对主通航孔桥位置的舟山多端柔性直流输电示范工程海底电缆，本项目采用了2×65.25m大跨径钢栈桥，栈桥主桁架单跨重约200t，采用1200t浮吊进行整体起吊安装。全栈桥方案确保了项目的工期目标，这也是国内全栈桥施工的第一座跨海大桥。
图1 主栈桥主桁吊装
2.践行工业化理念，实现上下部结构并行施工
为保证施工质量，加快施工进度，本项目从以下3个方面全面贯彻了工业化桥梁技术思路：
①工厂预制制造
包括通航孔桥在内，桥梁上部结构100%采用了工厂化预制。其中主跨260m的通航孔桥是世界上最大跨度的节段预制拼装箱梁，其最大预制节段高度高达12.14m，突破了国内预制梁高度的极限。包含桩基和墩柱钢筋在内，所有钢筋均采用工厂预制，经栈桥运输至现场进行安装。
图2 通航孔桥h=12.14m预制节段
图3 φ5m桩基钢筋笼长线法制作
②机械化安装
通航孔桥混凝土梁采用桥面吊机进行悬拼，主跨跨中钢箱梁采用桥面吊机吊装。非通航孔桥深水区70m跨径箱梁采用架桥机悬拼；浅水区50m跨径箱梁采用架桥机逐跨拼装。每套架桥机都采用了过孔同步顶推自动化系统，该系统通过四台液压泵站执行顶*油推**缸同步运行，保证主梁的过孔同步。机械化安装方案大大减少了海上作业时间，并且通过标准化工序，大大提高了施工质量。
图4 架桥机
③信息化控制和管理
本项目建立了BIM模型系统，通过与鲁班系统的结合，将钢筋加工情况、节段梁预制进度、现场安装进度、质量控制情况，及时上传至鲁班平台。通过手机APP、电脑，可以对施工情况进行实时监控。
结合BIM系统，项目通过预制梁段的编码体系和二维码信息管理，建立预制梁段的仓储信息跟踪管理，实现仓储管理及出厂物联管理。
工业化桥梁技术思路，将传统的“粗、笨、散、乱”施工，转变为“标准化、工厂化、机械化、信息化”生产工艺，充分利用现代科技进步成果，大大提高了产品质量。并且，通过信息化建设，为项目的后期管养和全寿命管理奠定了良好的基础。
3.加强结构耐久性，力求最佳结构受力和工程品质
桥位区水深流急，冲刷和波浪作用强烈。如果采用传统的群桩+承台+桥墩的结构形式，由于群桩效应，桥位处冲刷作用将大大加强。其次，承台上作用的波流力，会使得基础规模大大增加。再者，承台底部以及承台与桥墩连接部位的施工难度大，施工质量不易保证，耐久性可靠度低。
针对上述情况，项目组在非通航孔桥全面采用了单桩独柱结构，其中桩基采用了最大直径5m、最长148m的超大直径超长桩钢管复合桩。本结构有如下优点——
①较群桩基础波流力降低80%，冲刷深度减少20%，优化了结构受力，减少了基础规模。
②单桩独柱结构，避免了群桩承台与墩柱、桩基连接位置的耐久性问题。桩基受力最大的位置由承台底转变到土中，同时结构外露面积减少了75%，有效提高了结构耐久性。
③超大直径单桩基础有效提高了施工效率，较群桩基础缩短工期约5个月。
图5 超大直径钢管
4.追求全寿命成本，控制工程规模和养护工作量
在设计过程中，力求采用简洁可靠的结构形式，降低施工控制难度，保证施工质量，从而减少后期的管养和维护。单桩独柱结构即本思想的集中体现。首先，避免了群桩与承台底部、承台与桥墩交接处的耐久性问题。其次，桩基根数减少，使得现场施工进度加快，有效提高了施工效率。再者，单桩独柱基础有效控制了工程规模。表1为单桩独柱基础与群桩基础的主要工程材料对比。通过结构的优化，单桩基础较群桩基础节约造价约30%，取得了良好的经济效益。
工程设计方案
1.总体布置
本项目路线布置受以下因素控制——
①起点分别与主通道、G526，以及远期北向大通道连接，位置确定。
②终点与鱼山石化围垦区鱼山大道连接，受规划限制，走向固定。
③通航孔桥同时跨越鱼山航道和舟山多端柔性直流输电示范工程，需保证通航孔桥的最佳跨越角度和跨越位置。
④花鼓山附近有深水区，且暗礁多，流水紊乱，应尽可能规避。
本项目路线统筹兼顾上述因素，在大海上画出了优美的“S”形曲线——路线从岱山双合村出发，向西北延伸，随后转向西南，在花鼓山东南侧跨越鱼山航道和柔直电缆，路线继续向西南延伸，在K7+000位置转向西北，路线跨越围垦东堤后，与鱼山大道连接。
登高远望，“其形也，翩若惊鸿，婉若游龙”。大桥像一条蜿蜒的巨龙，在蓝天下、碧海中遨游。本项目桥梁总体布置如图7所示。
图6 路线总平图及控制物
图7 桥梁总体布置
项目通航孔桥跨越2000t级航道和500t级副航道，设置（70+140+180+260+180+140+70）=1040m钢—混凝土混合梁连续刚构。
岱山侧非通航孔桥布置为：3×(4×50)+2×(5×50)+4×(4×70)+2×(5×70)m，总长2920m。
鱼山侧非通航孔桥布置为：4×（5×70）+3×（4×70）+（3×70+64.75）+5×50+4×（4×50）+50+7+50+3×（50）m，总长3821.75m。
2.地质概况
桥位区水深0.1～18.7m，上部7.9～67.5m主要为软土，局部夹粉砂、细砂；下部主要为砂性土（粉土、粉砂、细砂、砾砂等）；局部以粉质黏土、黏土为主，局部底板分布圆砾、含黏性土碎石；下伏基岩面起伏变化大，中风化岩埋深15.8～132.3m不等；基岩岩性有（含）角砾凝灰岩、凝灰质角砾岩、凝灰质粉砂岩、流纹岩等6大类12小类，岩性复杂多变，一般岩质硬。
3.通航孔桥设计
本项目主通航孔通航2000t级海轮，通航净空为220×30.5m（单孔双向）；副通航孔通航500t级通达轮，通航净空为80×19.5m。通航孔桥桥位处水深大于15m的深槽区，宽度在1km左右。根据上海船研所的船撞力分析报告，此区域承受2000t级船舶撞击的概率较大。为保证结构安全，通航孔桥跨径布置优化为70+140+180+260+180+140+70=1040m，桥梁跨径缓缓变化，协调大方，且减少了4个桥墩，降低了船舶撞击风险。
图8 通航孔桥桥型布置图
通航孔桥混凝土梁均采用节段预制悬拼，是世界上最大跨径的节段预制悬拼连续刚构；节段梁最大预制高度达12.14m，是目前国内预制高度最大的节段梁。主跨跨中89m采用钢箱梁，利用桥面吊机整体吊装。
根据梁段重量均衡的原则，悬拼预制节段长度分为3m、3.5m、4m、4.5m，除各墩顶2#预制梁段及过渡墩顶附近梁段采用浮吊吊装外，其余均利用桥面吊机施工，节段最大吊重为271.3t。中墩顶0#段采用支架现浇施工，0#现浇段与2#预制梁段之间设置80cm后浇段。边中跨合龙段两侧设置15cm现浇缝。为了减少模板类型，140m跨和180m跨采用相同的抛物线方程，悬臂段自跨中73m范围内预制节段构造相同。
考虑结构刚度和传力的过渡，钢混结合面混凝土侧设置3m钢混结合段和5m混凝土过渡段，结合面钢箱梁侧设置4.5m钢箱梁刚度过渡段，钢混结合段实际梁段长度5m。
本桥钢混结合段采用有格室的后承压板形式。将钢箱梁端部的顶、底板和腹板做成双壁板，在双壁板内部设PBL剪力板和剪力钉，形成钢格室。在钢格室内填充混凝土，通过两端分别锚固于钢箱梁刚度过渡区和混凝土梁横隔梁上的预应力短束，使钢箱梁与混凝土箱梁紧密结合。钢混结合段构件众多，混凝土浇筑困难。设计方要求在工厂预制，以提高结合段质量。具体包括：在预制厂竖向浇筑钢混段内部混凝土，高度为2100mm，待混凝土过渡段节段安装完成之后，桥面设置吊机起吊钢混结合段（转回平放状态）。校核误差后，固定钢混结合段与混凝土过渡段的相对位置、角度，浇筑两者之间的900mm现浇接头，完成钢混结合段的安装。通过上述措施，跨中钢箱梁实现了毫米级合龙，合龙高程误差仅7mm，轴线偏差仅8mm。
图9 钢混结合段构造
图10 跨中钢箱梁吊装
4.非通航孔桥设计
针对非通航孔桥的建设条件不同，将非通航孔桥分为6个区域。
非通航孔桥采用标准跨为70m和50m的连续梁体系，鱼山海塘附近（区域6）采用50m简支梁体系。区域1-区域4及区域5的鱼山侧连续墩，均为纵向固定支座，过渡墩为纵向活动支座。区域5岱山侧第1～3联中间墩，设置纵向固定支座，其余设置纵向活动支座；第4～5联中央两个墩，设置纵向固定支座，其余设置纵向活动支座。区域6均采用简支结构，一端设置纵向固定支座，一端设置纵向活动支座。
对于50m箱梁采用的先简支后连续节段预制拼装施工工艺，在以往的简变连施工中，墩顶块均采用现浇工艺。由于现浇混凝土与预制混凝土龄期的差异，墩顶块极易出现裂缝，一方面影响了结构耐久性，另一方面削弱了墩顶块的力学性能。同时，墩顶块现浇方量较大，外海环境施工工艺较难保证。为解决上述问题，本项目创造性地采用了墩顶块外壳预制，内部现浇的方案。
本方案利用墩顶预制外壳作为模板浇筑内部混凝土，内部混凝土的浇筑方量仅约21m3。较好地解决了墩顶块受力、耐久性和施工质量控制的问题。
非通航孔桥下部结构全面采用大直径单桩基础+圆柱形桥墩方案，其中，桩基均采用钢管复合桩。根据区域不同，桩基分别采用φ5.0m～3.8m、φ4.5m～3.8m、φ4.0m～3.0m、φ3.8m～3.0m、φ3.4m～2.5m的变径桩。其中，φ5.0m～3.8m桩基是世界上直径最大的钢管复合桩，也是海上最大直径的钻孔灌注桩。
图11 φ5m钢管复合单桩构造
图12 钢筋笼吊装
工程设计特点
1.世界最大跨径节段预制法钢混组合梁桥
鱼山大桥主通道桥跨径260m，经过经济比选，跨中带钢箱梁的混凝土梁桥为最佳结构方案，造价低、施工速度快，具有明显优势。但混凝土梁桥易开裂，在海洋环境中，耐久性成为一个难题，因此项目组大胆提出节段预制悬臂拼装的方案。为了减少船舶撞击风险和更加美观，将主桥设计为跨径逐步变化的七跨连续结构，并优化箱梁纵曲线，各跨中节段均可共用模板，降低制造难度和成本。为了适应桥址建设条件与建设工期要求，鱼山大桥主通航孔桥兼顾施工难度、建设成本、建设速度和运营安全，提出了上述创新方案，解决了诸多难题。虽然没有刻意求最求洋，却在不经意间创造了4个第一：世界上第一座节段拼装钢混组合梁桥；世界上最大跨径的节段预制混凝土梁桥；世界上最大高度的混凝土节段梁；世界上联长最长的混凝土预制梁桥。
2.世界最大直径钢管复合桩
结合项目建设条件，鱼山大桥采用了大直径钢管复合桩方案，最大直径达φ5.0-3.8m，创造了又一项世界纪录。本着严谨负责的设计理念，项目组根据大直径桩基础的施工流程，对施工平台、大功率钻机、钢护筒制作及下沉、钢筋笼制造及下放、混凝土浇筑等工序进行了全过程分析。并组织国内权威施工单位和制造厂家多方探讨，充分论证大直径钢管复合桩的可行性，并提炼出各工艺的难点和工艺要求。鱼山大桥大直径钢管复合桩配合单桩独柱方案的使用，将施工构造与永久构造更好地统一，减小了波流力等外力的作用，节省了材料，避免了群桩承台与墩柱、桩基连接位置的耐久性问题，并且缩短了工期，工程造价明显降低。
3.首创50m箱梁连续墩顶外壳预制内部现浇结构
本项目50m箱梁创造性地采用了墩顶块外壳预制，内部现浇的方案。利用墩顶预制外壳作为模板浇筑内部混凝土，内部混凝土的浇筑方量仅有约21m3。较好地解决了墩顶块受力、耐久性和施工质量控制的问题，也省却了立模等费时工序，节省了时间，保证了鱼山大桥的建设速度。
鱼山大桥已于2018年12月31日全线建成，创造了同等规模跨海大桥快速施工新纪录。鱼山大桥大直径钢管复合桩的护筒平面位置偏差均控制在3cm以内，钻孔垂直度控制在1/200以内，桩基经检测均为I类桩。总工期15个月，缩短了5个月工期。上部结构仅用15个月完成了2370榀梁段的预制，仅用14个月完成了所有预制梁段的安装，预制和安装都实现了毫米级的精度。
建设团队通过创新设计、创新工法和信息化、工业化建造模式，仅用27个月建成了品质优良的8km跨海大桥。总投资仅21.72亿元，突破了工期、品质、造价的铁三角定律。工业化快速建造技术在鱼山大桥上的成功应用，丰富了跨海桥梁快速建造技术的设计理论和建造方法，是现代桥梁工业化的典范。鱼山大桥在跨海桥梁的快速建造方面进行了深入全面的研究和探索，形成了开拓性和创新性的成果，为桥梁快速建造技术的发展开拓了崭新的天地。
本文刊载 /《桥梁》杂志 2019年 第1期 总第87期
作者 / 王昌将 李磊 陈向阳
作者单位 / 浙江省交通规划设计研究院有限公司