乳山口大桥主桥为666米双塔钢箱梁悬索桥，是华北地区最大的悬索桥，也是山东第一座大跨度公路悬索桥。该桥的主加劲梁为整体扁平流线型钢箱梁；立柱外部采用独特的带切角的三角形截面，内部空空腔采用圆形。圆形钢筒一方面作为内部施工模型，另一方面作为永久结构参与受力。锚碇为深埋式重力锚，施工方便，景观效果好。40m灯泡贯流式T型引桥克服了后张预应力混凝土梁孔道灌浆等缺点。
乳山口大桥位于环海公路威海段中海阳至乳山口，终点位于碧瓦岛市界附近，与G228丹东线海阳段相接。它是环海公路的控制性工程。其中，主桥采用M双塔钢箱梁悬索桥，索塔为承台+群桩基础，桥全宽35.5m。
图1项目地理位置图
项目设计的关键问题
1.项目所在地区是典型的海洋气候环境。在桥型方案选择和结构设计方面，应重视耐久性设计和桥梁运营维护。
2.桥址为规则半日潮，平均潮位变化约2 ~ 3m。潮位变化区水中桥墩附着的大量水生生物会对结构的耐久性造成危害，在结构设计中应引起注意。
3.注意对海洋公园的影响。
本项目位于大乳山景区西门外，穿越海洋公园重点保护区。设计和路线应尽量减少对海洋公园的影响。
穿越重点保护区线路里程约0.348km，占地面积0.0094km2；约占重点保护区总面积的0.15%；大鲁山海洋公园中度利用区总长1.678km，占地面积4.53km2，约占中度利用区总面积的0.20%。不跨越、不占用生态和资源恢复区。
4.注意对重点保护目标-岩石岸线的影响。
东塔位于浅水区，塔柱与岩礁的最短距离为120米。设计通道宜采用栈桥绕行，避免直接登陆对岩礁的破坏；边钢箱梁施工采用缆索吊机或轨道缆索吊机，不影响陆岩礁。不允许爆破岩石，且远离近海岩礁区。
5.从岸边的岩石可以看出，本工程地质条件较好，基岩埋藏较浅，可以考虑扩大基础或嵌岩桩。
6.要注意与大乳山景区的协调关系。
从大乳山景区眺望乳山口大桥，可以领略大桥的壮丽；桥上有人行道，从桥上经过的行人应该能欣赏到景区的美景。大海中航行的船只和附近道路上的路人也可以拥有桥梁与环境和谐之美的视角。
桥址选择和桥跨布置
大桥通航宽度565m，航道在西岸，东岸有礁石保护区。桥梁方案主跨需覆盖通航网空，边跨尽量不侵占礁石保护区。为方便施工，西塔设置在岸边；根据通航净宽的要求，留有一定富余并避开礁石保护区，在4m左右的浅水区设置东索塔。由于路线的终点需要连接到海阳段，为了满足路线的平面指标，路线在海阳侧稍微向北偏转。在目前的线路推荐方案下，东索塔位于浅水区，西索塔位于岸边的平地，更有利于施工。主跨约666米。
有悬索桥和斜拉桥可以适应666m左右的主跨。但由于烟台旁路线位于曲线上，不方便安排斜拉桥的边跨，所以选择了悬索桥。
大桥主跨666米，烟台边塔位于码头岸边，威海边塔位于浅水区。根据地质条件，采用深埋重力式锚碇。由于烟台边跨路线急弯且位于岸边，成桥时无吊索，采用一段51.4米长的钢箱梁后接一座40米引桥。威海边跨，考虑到位于水中减少水下作业，可跨越礁石保护区，设置吊索；水运条件好，采用经济成熟的钢箱梁。
主桥结构方案及创新
主桥为193m+666m+51.4m三跨全浮式悬索桥。主缆间距29.5m；吊索在钢箱梁上的横向锚固距离为29.5米；；沿桥的标准吊索距离为12.8米
图2主桥布置结构
图3主桥加劲梁标准截面布置图
全箱型方案，梁宽35.5m，梁高2.8m；吊点横向间距29.5m，沿桥吊点间距12.8m；吊索锚固在气嘴上，顶板宽28.5米，气嘴宽1.5米，平底板宽30.3米，斜底板宽5.1米；；风口外设置2.0m宽的便道和导流板。便道和导流板的主要作用是优化钢箱梁的气动外形，不参与钢箱梁的受力，只承担自身重量和行人荷载。标准梁长12.8m，设置实腹横隔板，间距3.2m:屋顶U型肋上开口宽度300mm，下开口宽度170mm，高度280mm，U型肋中心距600mm。底板上U形筋上口宽度为240毫米，下口宽度为500毫米，高度为260毫米，U形筋中心距为1000毫米。屋顶外车道18mm厚，高速公路内16mm厚，U型肋板8mm厚，底板10mm厚，斜底板10mm厚，底板U型肋板6mm厚。隔板上设有两个1.4m高的人孔和两个管道通道，人孔处设有检查车轨道。
特色与创新
采用带水平导流板的扁平流线型钢箱加劲梁，提高结构的颤振稳定性，避免涡振风险。采用钢结构Revit正向图，实现了BIM在悬索桥正向设计中的首次应用。
电缆系统
结构
乳山口大桥主缆采用预制平行钢绞线，全桥共有两根主缆。单根主缆80股，威海侧布置两根背缆，每股由127根直径为5.15mm的锌铝合金涂层高强度钢丝组成
本桥采用钢丝绳吊索；间隔索采用平行钢丝，平行钢丝索的每侧各有三根。除了塔侧的长吊索和限位装置旁边每侧的三个吊索外，钢丝绳每侧有两个吊索。烟台侧的三根吊索和威海侧靠近限制索的两根吊索为临时吊索，用于吊装主梁，待梁段施工完成后拆除。
本桥式起重机电缆夹采用跨装式，限位电缆采用销式电缆夹，壁厚45mm。由于本桥主缆直径较小，为消除钢丝绳吊索的弯曲应力，提升索索夹处的索出口应适当加粗。
主索鞍的鞍体采用铸造焊接结构；鞍头用铸钢铸造，鞍座用钢板焊接；威海中跨侧主鞍座吊装重量为30吨，威海边跨侧主鞍座吊装重量为29吨；烟台中跨侧26吨，烟台边跨侧27吨。鞍体装有不锈钢板-聚四氟乙烯板滑动副，以适应施工中的相对运动。为了便于索股定位，在鞍座槽内设置了一个垂直的垫片。待所有索就位并调整好股后，顶部填充锌块，并进行水封处理，然后用拉杆夹紧鞍槽侧壁。边跨背索锚固在主索鞍的锚梁上。塔顶有网格底座，安装主索鞍。格栅悬挂在塔顶，可以放置控制鞍体运动的千斤顶。鞍体就位后，格栅悬空部分会被切掉。
松鞍体采用铸造焊接的结构方案。鞍槽用铸钢铸造，鞍体用钢板焊接。为了便于索股定位，在鞍形槽内设置了垂直隔板。电缆全部就位并调整好股线后，顶部用锌块填充，并进行防水处理。然后，拧紧受压梁，再用拉杆夹紧鞍槽侧壁。威海侧索鞍吊装重量为42吨，烟台侧索鞍吊装重量为42吨。
特色与创新
本桥主缆采用“Z形钢丝+缠带+烘干空气体除湿”的防护方案。Z形钢丝直接缠绕在主缆钢丝外，Z形钢丝内送干燥空气体，且空气体相对湿度不超过40%RH。为了保证Z形钢丝缠绕的紧密性和Z形钢丝本身的保护要求，在Z形钢丝外增加了缠绕带密封系统，提高主缆保护系统的紧密性。
索塔
结构
塔架采用门式，塔架在承台处设有上梁和下梁。
威海边索塔承台顶标高为-0.5m，顶标高为+141.649m，总高度为142.149m；烟台边塔平台顶标高为+4.000米，顶标高为+141.649米，总高度为137.649米。缆索的主要构件包括下塔柱、上塔柱、下横梁、上横梁和塔冠。
除索塔上梁为全预应力混凝土构件外，其他塔柱均为普通钢筋混凝土结构，索塔均为C55混凝土。
下塔柱和上塔柱采用带切角的三角形截面。威海边塔下塔标高从-0.5米到+63.539米，截面尺寸从8.0米×10.3米变化到7.44米×9.59米；；上塔柱标高从+63.539米到+135.649米，截面尺寸从7.44米×9.59米变化到6.8米×8.8米；；内腔为圆形，直径3.2m，壁厚从塔底1.5m过渡墩到1.0m在塔顶；烟台侧塔下塔标高从+4.0米到+63.539米，截面尺寸从7.94米×10.25米变化到7.44米×9.59米；；上塔柱标高从+3.539米到+135.649米，截面尺寸从7.44米×9.59米变化到6.8米×8.8米；:内腔为圆形，直径3.2m，壁厚从塔底过渡墩至塔顶1.0m为1.48m。
下横梁采用实心矩形截面，高8.0m，宽6.0m。上梁截面为矩形，高7.0m，宽4.0m，壁厚1.0m，有32根15-19预应力钢束。
塔顶为主索鞍室，采用钢筋混凝土结构，边墙厚30cm，顶墙厚60cm。威海边索塔基础采用20根直径为2.8m的钻孔灌注桩，按嵌岩桩设计。承台为圆形，直径21.8米，高6米。烟台边塔基础采用20根直径为2.8m的钻孔灌注桩，按嵌岩桩设计。承台为圆形，直径21.8米，高6米。
图4索塔结构
特色与创新
塔身采用三角形截面，有切角，线条清晰，棱角分明。塔柱和横梁同时使用三角形截面，营造出和谐感、节奏感和现代感。内空腔为圆形。圆形钢筒一方面是内模，另一方面作为永久结构参与受力。柱截面的固化可以减小轮廓。
塔内无中梁，内腔为等径圆形。同顶同底钢质内模的设计和使用，可以大大提高内铸件质量，节省内膜脱模周期，提高效率。塔内检查可以在工厂用钢筒内模焊接，施工时也可以使用。塔内钢筋也可以和内模一起安装，可以缩短工期，保证定位可靠。
锚定块
结构
威海侧地势横坡较大，锚体后部呈两侧高低不等的阶梯状。松索鞍两侧IP点高度为47m，松索鞍采用不同的缆索转角，使下坡侧后锚室位于较低标高，锚块标高相应降低，顺应山坡走向，减少对自然环境的影响。IP点之间的水平距离为29.5m，锚碇总高度为28.84m，前部宽度为40m，后部最宽处为55.47m，沿桥长度为44m，前锚室侧壁厚2m，能较好地抵抗填土的土压力。锚碇的前部设有检修门，以方便内部维护。
烟台的侧面地形沿桥向坡度较大，跨桥向坡度较小。采用跨桥向同高、顺桥向前低、向后高的锚体形式。索鞍IP点标高为66m，锚体后部高于前端10m，前端高出地面约5m。IP点之间的水平距离为29.5米，锚碇总高度为36米，前部宽度为40米，后部最宽处为58.52米，沿桥向长度为52米，前锚室壁厚2米，能较好地抵抗填土的土压力。锚碇的前部设有检修门，以方便内部维护。
本设计推荐采用多股成品索锚固系统，威海单根主缆采用30个双股锚和22个单股锚。烟台侧单主缆双股锚28个，单股锚24个；双股锚采用5×15-7挤压成品缆，单股锚采用6×15-3挤压成品缆。
图5锚固结构示意图
特色与创新
锚碇采用深埋式重力锚，隐藏在大自然中，避免大体积锚体的突然影响。采用开挖施工，可以使用坡道运输工具和材料，比隧道锚更安全方便。锚具采用主动排水阻水措施，可有效降低漏水风险，增加锚具耐久性。锚地埋在地下，以减少对自然景观的影响。前锚室开有检修门，可从地面直接进入，方便维护。
引桥的结构方案及特点
1.结构
乳山口大桥引桥跨径布置为33×40m和5×40m。
上部预拉伸法。单桥横向布置7根梁，梁间距2.0m，主梁跨度40m，设置2块31cm厚的端隔板，在跨度中间设置3块31cm厚的中隔板。单梁顶宽1.26米，底宽1.01米，腹板厚度0.21米
图6引桥的标准横截面
下盖梁采用倒梯形截面，上底宽3m，下底宽1.5m，盖梁高4m，最大悬臂11.95m:桥墩截面为六边形，跨桥尺寸6m，墩顶尺寸沿桥2.3m，墩底截面沿桥向一侧线，随墩高增加1:80；采用矩形基础承台和群桩基础方案，单个承台下有4根直径为2.0m的钻孔灌注桩。承台平面尺寸为8.2m×8.2m，承台厚度为3.5m，承台采用C50混凝土，桥墩采用C40混凝土，承台采用C35混凝土，桩基采用C35混凝土。
2.特点和创新
介绍在北美广泛使用的桥型Bulb-T。由于本方案采用先张法预应力梁，不需要复杂的预应力筋穿孔和灌浆工艺，从根本上克服了后张法预应力混凝土梁孔道内灌浆不密实的缺陷，耐久性好。灯泡T梁采用简支桥面连续体系，桥面采用20cm厚的整体现浇层，结构整体性好，桥面受力比小箱梁和T梁整体层更强，无薄弱环节。
管理中心和景观平台
合并管理副中心1个维护工区，占地1.04公顷，总建筑面积2970平方米。在两岸设置4个景观平台。
1.管理中心
管理中心主体为三层建筑，在结合功能的同时注重景观效果。该设计与主桥桥塔相呼应，采用三角形元素。
图7管理中心效果图
2.景观平台
沿线乳山口桥东西两侧有两个停车场，路线左侧有沿地形的步道，观景视线高的区域有观景平台和休息室空。在山顶上开茶馆。
观景台可以同时欣赏海、山、岛、桥的不同景观，将最美的景观尽收眼底。当车辆行驶在道路上时，通过指示牌提前提醒进入观景平台的停车位，然后通过观景步道的引导将人引入高空观景平台。景观和平台是参照地形设置的。因为地形变化大，坡道和台阶交替布置。
图8景观平台效果图
步道和平台的设计采用了与周围环境相协调的材料，合理地将人工设施与环境融为一体，提供了人性化的休息空室。
本文发表于/桥梁杂志2020年第5期第97号
作者/吴明远赵磊
作者/中交公路规划设计院有限公司
