达达尼尔海峡的世界级跨越——土耳其1915恰纳卡莱大桥

2021年杂志征订现已开始

【桥梁杂志】

这是一座卓越的、跨度创世界纪录的悬索桥项目。建成后将超过闻名世界的1998年建成的明石海峡大桥，成为世界第一跨。

吸引全球目光

大桥跨越马尔马拉海西端的达达尼尔海峡,距离伊斯坦布尔西南200公里，是土耳其恰纳卡莱-泰基尔达-克纳勒岛-巴勒克西尔高速公路的控制性工程。在这个区域，科威公司也参与了多个其他重要桥梁项目设计，包括博斯普鲁斯海峡三号大桥。恰纳卡莱大桥的位置很重要，按桥梁选址标准来看，由于非常靠近公海，大桥受强风况环境影响。另外，土耳其位于地震活跃地带，大地震的发生应该在桥梁设计中加以考虑，从地图中也可以看到，大桥位于马尔马拉海的南入口处，是北部临黑海的唯一路线，未来会有很多大型集装箱船在桥下通行。现在，每年有超过4万只船从这里经过，在桥梁100年的设计寿命中，通行船舶的数量还会增加。

图1

大桥的业主方是土耳其交通部（KGM），项目的施工采纳PPP模式，政府与社会资本合作，中标的联合体包括两家韩国的公司Daelim和SK，两家土耳其的公司Limak和Yapi Merkezi。合资企业叫做“DLSY”。联合体中标的结果，是在2017年1月公布的，合资企业中，各家所占的比例是相同的25%。2017年，科威公司成功中标，负责大桥的详细设计。

图2

大桥吸引着全球的目光，因为它巨大的体量，同时对土耳其有着特殊的意义。恰纳卡莱1915大桥这个名字本身蕴含着土耳其的历史，代表着土耳其历史上一个重要的时期。1915年3月18日，奥斯曼帝国的军队在此击退英法联军的入侵，这是第一次世界大战中著名的“达达尼尔海峡战役”，战场就在大桥的不远处，所以那场战役的日期包含在大桥的名字中。桥梁的设计于3月18日开始，奠基仪式也是在3月18日，桥塔的高度确定为318米，也寓意着3月18日这个日子。大桥跨度2023米，也代表着土耳其的历史，因为2023年将是土耳其共和国建国100周年。

图3

设计施工的选择

在初步设计中，研究了很多不同于传统大跨度桥梁的方案，但是由于恰纳卡莱大桥的跨度很大，风环境影响强烈，最后决定采用传统的方式，即三跨连续钢箱梁悬索桥，H形钢塔，这是最合适的设计。悬索桥主跨为2023米，边跨770米，两岸引桥分别长365米和680米。加劲梁采用分体式钢箱，箱体横向间距9米，纵向每隔24米采用3米宽、3.5米高的横梁连接，以此来确保桥梁的空气动力学稳定性。两个箱梁加上两侧的维修通道，总共宽45米。主缆采用的是PPWS预制平行钢丝。

图4

图5

大桥所处的地质条件为欧洲和亚洲海岸线的软弱土质，需要加大悬索桥边跨的同时，两个锚碇还放置在大桥两岸引桥跨范围，以便锚碇设置在第三纪中新世岩石上。因边主缆跨太长，在两侧过渡桥墩处设计了连接主缆与桥墩承台的柔性吊索拉杆，以限制活荷载引起的主缆及加劲梁变位。

图6

318米高的两个桥塔，使用钢材料，主要是为了快速架设和安装。塔柱矩形截面及倒角几何设计需要满足主塔气动稳定性要求。

图7

桥塔由快速安装构件组成，预制装配。塔柱分为32个节段，每道横梁分3个节段预制并安装。快速安装构件的尺寸和重量都是非常精细确定的。节段箱四周壁板连接采用焊接，内部竖向加劲肋采用栓接，这种方法可以快速施工，即箱体壁板焊接工作完成之前（这时加劲肋已经栓接完成），上面新的节段箱就可起吊安装了。

图8

设计工作从2017年5月开始，现在所有设计工作已经完成。桥塔于2017年8月开始施工，现在我们在做的工作是装饰工程的详细设计。

技术挑战和限制

地面条件、地基改良：桥塔基础采用钢管桩加固海床后安置混凝土沉箱的复合基础方案。沉箱采用多箱室结构，预制，浮运下沉法施工。沉箱在欧洲一侧进行预制，每个沉箱首先在干船坞建造，在部分完成之后，对干船坞灌水让箱体自浮，箱体从干船坞拖移到更深水位置的湿船坞内，继续浇筑隔舱混凝土以接高沉箱，箱体在水中沉得越来越深，直到沉箱全高度混凝土浇筑作业完成。在箱体的顶部，有两个大约25米高的钢筒体用于承接钢塔柱。箱体在干船坞和湿船坞施工的同时，塔位海底也在做地基加固处理工作，以便后来安放沉箱基础。海床为全新世软黏土和泥沙的沉积，为了改善土质，优化桥塔地基条件，海底处理一开始是挖泥疏浚、铲平，然后将2.5米直径的钢管桩打入中新世泥岩中，上面回填3米厚的砾石层形成复合地基，最后将沉箱安放在复合地基上。钢管桩采用直径2.5米的开口承插钢管桩，192根桩打入欧洲侧塔基础下方，最长达46米；亚洲侧塔基础下方打入165根长21米的桩，钢管桩特殊的环箍结构和管内设置的剪切键将荷载从砾石层传递到桩上。群桩基础减少了塔的沉降，提升基础侧向抗力。

图9

抗震设计：大桥位于地震活跃地带，地震设计按三阶段目标评估：FEE评估（重现期125年），SEE评估（重现期975年），NCE评估（重现期2475年）。（译者注：用125年一遇的地震荷载作为确保结构保持弹性的设计荷载；用975年一遇的地震荷载作为结构不发生重大破坏的设计荷载；用2475年一遇的地震荷载作为允许大桥出现重大破坏而不倒塌的设计荷载）

为了分析大桥地震响应，确定在地震活动中大桥发生的位移等。针对三阶段地震设计目标，地震分析使用全桥有限元模型进行，包括在全桥结构6个部位分别进行3向地震动参数输入和7组时程序列，还考虑了在索塔处设置粘滞阻尼器，土-结构相互作用及抗风支座作用。

图10

对桥梁设计来说，另一个重要的荷载是交通荷载（活荷载），交通荷载的管理对于跨度2000米以上的桥梁非常重要，桥梁设计参考欧洲规范。但是欧洲规范也有局限，只考虑到200米以下加载长度的桥梁，对于超过200米的就变得保守了。需要根据具体项目进行相关确定，对于加载长度超过200米的桥梁，我们遵照瑞典国家规范附件。

船舶碰撞风险分析：这座大桥通过马尔马拉海，连接着地中海和黑海，起到重要的连接作用，是交通要道，每年有超过4万只船舶在此航行。现在的交通包括高达23万载重吨干散货船只，16万吨液体货物，包括油轮以及大型的集装箱船，虽然这可能不是世界上最大体量的船只，但也会在很大程度上影响我们的设计。通航净空的宽度是600米，净空高度是70米，所以船只在桥下的通行是安全的。

图11

风参数：该地区欧洲规范中的基本风速是10米每秒，对风资料的分析得出了基础风速29m/s，桥面标高处风速为46m/s。我们做了大量的风洞实验，以确保桥梁的空气动力稳定性。风洞实验在全球三个地方进行，对不同的效应做了研究。桥梁的空气动力稳定性通过风洞实验，在全桥模型上进行验证，这些实验是在中国开展。

由于该地区风气候很强，所以我们进行了双箱梁的设计，考虑两个独立的箱梁，正交异性钢桥面，每隔24米由钢横梁连接，每个箱形状的设计，是为了将风对桥的影响降到最低，保持空气动力稳定性。在设计初期，各种不同形状的箱梁都做了测试和研究，优化它们的行为，优化桥梁的几何结构，斜腹板、分体箱梁的间距、不同的箱梁高度以及风荷载等。最后经过风洞试验做过测试，以便找出最优的结构外形，验证桥梁的性能。

图12

顺利施工中

锚碇施工于2018年5月开始，现在已经完成，但是还在等待主缆安装后再最终完工。

图13

引桥施工还在进行中，从2018年10月开始，所有下部结构已经完成，现在在进行上部结构的施工。

图14

桥塔基础的施工是2017年8月份开始，首先在干船坞预制沉箱施工，塔基沉箱安装是在2019年6月、7月，桥塔本身的施工是2019年8月开始，2020年8月完工。目前正在进行预制缆索以及主缆安装的准备工作。还有钢箱梁制造也在进行中，有一些箱梁节段已经完成。

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2021年 第1期 总第99期

作者 / Kent Fuglsang

作者单位 / 丹麦科威咨询公司

编辑 / 陈晨

审核 / 李正熔

美编 / 赵雯

责编 / 王硕

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

BIM正向设计——桥梁设计·制造·施工全过程指导

公路桥梁数字化养护的水到渠成——构建多层级数据平台

工程哲学的“尴尬”

杂志征订

订阅杂志

获取资料名录

联系人：李天颖

联系邮箱：xmt@bridgecn.org

联系电话：13552183635

联系人：黎伯阳

联系邮箱：xmt@bridgecn.org

联系电话：010-64282959-503 18601025686

稿件投递

联系人：裴小吟

联系邮箱：xmt@bridgecn.org

喜欢请转发吧！

原创稿件，转载请标明出处