CN117702601A - 一种海上远距离悬浮式桥梁及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上远距离悬浮式桥梁及其施工方法，由下到上依次包括锚碇、主缆、浮箱和桥面，若干个沿桥梁长度方向间隔布置的锚碇固定在海底，若干个沿桥梁长度方向连续布置的主缆设置在海水中，若干个沿桥梁长度方向连续布置的浮箱设置在海水中，桥面设置在海面上方，锚碇与主缆之间通过锚缆连接，主缆与浮箱之间通过多个间隔布置的浮缆连接，浮缆垂直设置在主缆的中部，锚碇均位于在主缆的两端，浮箱为桥梁提供浮力，浮箱上设置有桁梁，桥面铺设在桁梁上。本发明海上远距离悬浮式桥梁及其施工方法，克服长距离、海水深、海况恶劣、海底地质条件苛刻等问题，解决了跨海快速、高效的交通运输。

Description

一种海上远距离悬浮式桥梁及其施工方法

技术领域

本发明涉及海上交通技术领域，尤其涉及一种海上远距离悬浮式桥梁及其施工方法。

背景技术

浮桥是目前可行的水面架桥方式，但浮桥仅适用于相对平静的水面，如河面、湖面等，且对行驶在其上的车辆的重量和速度有严格要求。因此，传统的桩基式栈桥、舟桥等主要局限于陆地上湖泊、江河，适应距离较短、环境条件较好的水况，但对于海洋上的较长距离、深水海域、恶劣海况条件，目前各种型式的浮桥并不适用。研发针对海洋深水、长距离、恶劣海况等恶劣条件的经济可行的海上架桥方式，能将高速公路、高速铁路直接跨海长距离修建，将对社会、经济等方面产生重大影响。

目前具有代表性的浮桥是2016年修建通车的美国西雅图华盛顿湖的SR-520公路大桥，浮桥全长2300米。水最深处可达67米左右，由于湖底是沉积较厚的松软淤泥，使得建固定式桥梁非常困难。因此采用大型的混泥土浮箱支撑桥面，并采用巨型锚链固定，总耗资达45亿美元。但该设计方案，依然仅适用于相对平静的湖面，且耗资达、维护成本高。

专利文件CN 201420597115.9公开了一种深海半潜式轻型模块化浮桥，包括至少两个的单元模块、伸缩跳板结构和系泊缆绳，所述单元模块包括依次连接的下浮体、圆管钢架支撑结构、桁架式桥梁和夹层板路面，所述下浮体的形状为筒形，所述筒形的下浮体的长度方向与所述若干单元模块的长度方向垂直，所述单元模块之间通过伸缩跳板结构连接，所述系泊缆绳与所述若干单元模块宽度方向上的两端相连。该设计方案采用模块化结构设计，适用于近距离岛礁之间的运输，依然无法适应深海长距离、大载重、快速交通。

因此，需要针对上述缺陷开发一种海上远距离悬浮式桥梁及其施工方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种海上远距离悬浮式桥梁及其施工方法，克服长距离、海水深、海况恶劣、海底地质条件苛刻等问题，以解决跨海快速、高效的交通运输。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种海上远距离悬浮式桥梁，由下到上依次包括锚碇、主缆、浮箱和桥面，若干个沿桥所述梁长度方向间隔布置的所述锚碇固定在海底，若干个沿所述桥梁长度方向连续布置的所述主缆设置在海水中，所述主缆沿所述桥梁宽度方向间隔布置有若干个，若干个沿所述桥梁长度方向连续布置的所述浮箱设置在海水中，所述桥面设置在海面上方，所述锚碇与所述主缆之间通过锚缆连接，所述主缆与所述浮箱之间通过多个间隔布置的浮缆连接，所述浮缆垂直设置在所述主缆的中部，所述锚碇位于在所述主缆的两端，所述浮箱为所述桥梁提供浮力，所述浮箱上设置有桁梁，所述桥面铺设在所述桁梁上。

进一步的，所述浮箱的上表面设置有多道与所述桥梁长度方向同向的凹槽，所述凹槽内铺设有与所述凹槽相适配的浮箱梁，所述桁梁的底部固定连接在所述浮箱梁上。

进一步的，所述锚碇成对且对称的设置在所述桥面的两侧，所述主缆成对且对称的设置在所述桥面的两侧，所述主缆为向上凸起的拱形，沿所述桥梁长度方向布置的所述主缆之间通过向下凹陷的弧形连接件连接，对称设置的所述主缆通过所述弧形连接件之间的横肋连接在一起，所述锚碇通过所述锚缆连接在所述弧形连接件的下方，每一个所述锚碇均设置有两个锚缆，其中一个所述锚缆一端与所述锚碇连接、另一端与其同侧的所述弧形连接件连接，另一个所述锚缆一端与所述锚碇连接、另一端与其对立侧的所述弧形连接件连接。

进一步的，所述浮箱设置为长方体结构，所述浮箱的长度方向与所述桥面的长度方向垂直，所述浮箱的长度方向的中线与所述桥面中线位于同一竖直面内，若干个所述浮箱沿所述桥面的长度方向水平排列，所述浮箱的侧面为榫卯结构，相邻两个所述浮箱之间通过所述榫卯结构拼装在一起。

进一步的，所述浮箱还可以设置为立体的梯形结构，所述浮箱的斜面位于所述浮箱沿长度方向的两端且斜面朝上以减小水下暗流对浮箱的冲击。

进一步的，所述浮箱的顶部长度大于所述桥面的宽度，两个所述主缆之间的距离略小于所述浮箱底部的宽度，对称设置的两个所述锚碇之间的距离大于所述浮箱底部的宽度。

进一步的，所述桥面为桁架结构，所述桁架结构为大梁之间布设小梁、逐级减小且最上面为小孔的网状结构。

进一步的，所述主缆、所述浮箱、所述桥面、所述锚缆、所述浮缆、所述桁梁、所述横肋和所述浮箱梁均采用耐腐蚀性好的碳纤维材料制作。

进一步的，所述浮箱设置有对所述浮箱的浮力情况和泄漏情况检测的浮箱检测系统以及对所述浮箱浮力进行调节的浮箱浮力调节系统，所述桥面上设置有检测所述桥面车流分布和重量分布的桥梁承载检测系统，所述锚缆上设置有锚缆拉力检测系统。

本发明一种海上远距离悬浮式桥梁的施工方法，包括：

S1、所述锚碇施工，确定好路线后，根据海底地质条件，确定所述锚碇的施工方案，进行施工；

S2、布设和安装所述锚缆，将所述锚缆连接在所述锚碇上，另一端通过连接所述浮箱上升到浅层水面；

S3、布设所述主缆，利用所述浮箱将所述主缆漂浮在水面，并沿着设计路线布设和下放所述主缆，下放所述主缆后分别与所述锚缆和所述浮缆连接在一起；

S4、布设所述浮箱，将预制好的所述浮箱沿设计好的路线逐次布设，通过所述浮缆不断下拉将所述浮箱下沉至设定好的水下深度后再将相邻的所述浮箱固定连接在一起，然后再将所述浮箱梁安装在所述浮箱上；

S5、布设所述桁梁，将预制好的所述桁梁逐段运输到指定的所述浮箱之上，并将其下沉至悬浮的所述浮箱上在所述浮箱梁上安装固定；

S6、铺设所述桥面，所述桁梁之上铺设框架式的所述桥面，并在所述桥面的最上层铺设网面。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

1、通过将浮箱悬浮于海水中，使得浮箱能够不受海面风浪的影响，确保浮箱可以持续稳定提供恒定的浮力。

2、支撑桥梁的桁梁和桥面采用桁架和网面结构，可有效减小风浪对水面之上部分桥梁的拍打，提高桥梁的稳定性，可有效适应复杂的海况。

3、桥梁各部分的结构均采用耐腐蚀性好的碳纤维材料制作，使得桥梁能够可适应海上腐蚀性强的特点，并且用碳纤维制作的缆绳相比钢缆具有更高的抗拉性能，采用碳纤维制作的桁架结构也具有更好的强度，另外由于桥梁各部分的结构位于水中或水面，具有更好的防火条件，不必担心碳纤维材料易燃的缺点。

4、采用锚缆、主缆、横肋、浮缆的水下浮箱固定方式，浮箱在水下，浮力是稳定的，在桥面空载的情况下，缆绳的拉力也是稳定的，当桥面有车辆通过时，并不改变浮箱的浮力大小，而是减小了缆绳上的拉力大小，保证了桥面的稳定性。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例1的立体结构示意图；

图2为本发明实施例1的左视结构示意图；

图3为本发明实施例2的左视结构示意图。

附图标记说明：1、锚碇；2、主缆；3、浮箱；4、桥面；5、锚缆；6、浮缆；7、桁梁；8、横肋；9、浮箱梁；10、弧形连接件。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种海上远距离悬浮式桥梁及其施工方法，克服长距离、海水深、海况恶劣、海底地质条件苛刻等问题，以解决跨海快速、高效的交通运输。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参考附图，图1为本发明实施例1的立体结构示意图，图2为本发明实施例1的左视结构示意图，图3为本发明实施例2的左视结构示意图。

实施例1

如图1和图2所示，一种海上远距离悬浮式桥梁，由下到上依次包括锚碇1、主缆2、浮箱3和桥面4，若干个沿桥梁长度方向间隔布置的锚碇1固定在海底，若干个沿桥梁长度方向连续布置的主缆2设置在海水中，主缆2沿桥梁宽度方向间隔布置有若干个，若干个沿桥梁长度方向连续布置的浮箱3设置在海水中，桥面4设置在海面上方，锚碇1与主缆2之间通过锚缆5连接，主缆2与浮箱3之间通过多个间隔布置的浮缆6连接，为了能够减小浮缆6收到的拉力，浮缆6垂直设置在主缆2的中部，锚碇1位于在主缆2的两端，浮箱3为桥梁提供浮力，浮箱3上设置有桁梁7，桥面4铺设在桁梁7上。

通过将浮箱3悬浮于海水中，使得浮箱3能够不受海面风浪的影响，确保浮箱3可以持续稳定提供恒定的浮力，保证了桥面4的稳定性；由于沿桥梁长度方向的相邻两锚碇1之间的距离较大，为了方便施工浮箱3的宽度不宜过大，因此相邻两锚碇1之间就存在多个浮箱3，通过设置主缆2和若干个间隔布置的浮缆6，能够将浮箱3连接在主缆2上，在通过主缆2将浮箱连接到锚碇1上，方便施工。

如图1和图2所示，为了保证浮箱3之间连接的牢固性，保证浮箱3之间为一个整体，浮箱3的上表面设置有多道与桥梁长度方向同向的凹槽，凹槽内铺设有与凹槽相适配的浮箱梁9，桁梁7的底部固定连接在浮箱梁9上，进而将桥面4传递下来的力均匀的分散到多个浮箱3上。

如图1和图2所示，锚碇1成对对称的设置在桥面4的两侧，主缆2成对对称的设置在桥面4的两侧，由于锚碇1通过锚缆5对主缆2的两端产生向下的拉力，而浮箱3则通过浮缆6对主缆2中部产生向上的拉力，长此以往主缆2便形成为向上凸起的拱形，沿桥梁长度方向相邻的布置两个主缆2之间通过向下凹陷的弧形连接件10连接，对称设置的主缆2通过弧形连接件10之间的横肋8连接在一起，锚碇1通过锚缆5连接在弧形连接件10的下方，为保证锚碇1与主缆2之间连接的稳定性，每一个锚碇1均设置有两个锚缆5，其中一个锚缆5一端与锚碇1连接、另一端与其同侧的弧形连接件10连接，另一个锚缆5一端与锚碇1连接、另一端与其对立侧的弧形连接件10连接。

如图1和图2所示，浮箱3设置为长方体结构，浮箱3的长度方向与桥面4的长度方向垂直，浮箱3的长度方向的中线与桥面4中线位于同一竖直面内，若干个浮箱3沿桥面4的长度方向水平排列，为进一步保证相邻浮箱3之间连接牢固，浮箱3的侧面为榫卯结构，相邻两个浮箱3之间通过榫卯结构拼装在一起。

如图1和图2所示，为保证桥梁整体的稳定性，浮箱3的顶部长度大于桥面4的宽度，两个主缆2之间的距离略小于浮箱3底部的宽度，对称设置的两个锚碇1之间的距离大于浮箱3底部的宽度。

为有效减小风浪对水面之上的桥面4和桁梁7的影响，提高桥梁的稳定性，使得桥梁能够有效适应复杂的海况，桥面4为桁架结构，桁架结构为大梁之间布设小梁、逐级减小且最上面为小孔的网状结构。

主缆2、浮箱3、桥面4、锚缆5、浮缆6、桁梁7、横肋8和浮箱梁9等桥梁各部分结构均采用耐腐蚀性好的碳纤维材料，使得桥梁各部分结构能够适应海上腐蚀性强的特点，并且用碳纤维制作的缆绳相比钢缆具有更高的抗拉性能，采用碳纤维制作的桁架结构也具有更好的强度，另外由于桥梁各部分的结构位于水中或水面，具有更好的防火条件，不必担心碳纤维材料易燃的缺点，具体的桥梁各部分的结构还可以采用高分子材料或者复合材料等耐腐蚀性好的材料制作。

浮箱3设置有对浮箱3的浮力情况和泄漏情况检测的浮箱检测系统以及对浮箱3浮力进行调节的浮箱浮力调节系统，具体的，浮箱浮力调节系统可设置为安装在浮箱3上的气囊，并通过对气囊的充气或放气来调节浮箱3的浮力，确保在重载交通下浮箱3不下沉或浮箱3在漏水时也能保障桥面4的安全性；桥面4上设置有检测桥面4车流分布和重量分布的桥梁承载检测系统；锚缆5上设置有锚缆拉力检测系统，实时检测锚缆5上的拉力，确保锚缆5上的拉力在安全范围内；具体而言，通过桥梁承载检测系统检测到桥面4上的车流分布和重量分布，当车流分布和重量分布较集中时，此时集中部位的载重量如果大于浮箱3设定的载重量，则对气囊进行充气，保证以浮箱3不下沉；通过浮箱检测系统检测浮箱3的浮力情况和泄漏情况，当浮箱3因漏水浮力减小时，则对气囊进行充气来调节浮箱3的浮力，保证桥面4的稳定性；锚缆拉力检测系统，实时检测锚缆5上的拉力，如果锚缆5拉力过大时，则对气囊进行放气，确保锚缆5上的拉力在安全范围内。

本发明一种海上远距离悬浮式桥梁的施工方法，包括：

S1、锚碇1施工，确定好路线后，根据海底地质条件，确定锚碇1的施工方案，进行施工，如果海底是岩石，则将岩石作为锚碇1，如果海底是较深的松软泥沙，则可以在陆地上浇筑大型的水泥锚碇，通过浮箱拖船等方式移至设计位置水面并下沉；

S2、布设和安装锚缆5，将锚缆5连接在锚碇1上，另一端通过连接浮箱3上升到浅层水面，如果将岩石作为锚碇1，在海底将锚缆5连接在岩石上，如果为水泥锚碇，锚缆5在水泥锚碇下沉前就连接在水泥锚碇上，随水泥锚碇一起下沉。

S3、布设主缆2，利用浮箱3将主缆2漂浮在水面，并沿着设计路线布设和下放主缆2，主缆2下放前先通过弧形连接件10连接在一起，下放的主缆2和弧形连接件10分别与浮缆6和锚缆5连接在一起，此时，浮缆6的另一端通过连接浮箱3上升到浅层水面；

S4、布设浮箱3，将预制好的浮箱3沿设计好的路线逐次布设，通过浮缆6不断下拉将浮箱3下沉至设定好的水下深度后再将相邻的浮箱3固定连接在一起，然后再将浮箱梁9安装在浮箱3上；

S5、布设桁梁7，将预制好的桁梁7逐段运输到指定的浮箱3之上，并将其下沉至悬浮的浮箱3上在浮箱梁9上安装固定；

S6、铺设桥面4，桁梁7之上铺设框架式的桥面4，并在桥面4的最上层铺设网面。

实施例2

如图3所示，一种海上远距离悬浮式桥梁及其施工方法，在上述实施例1的基础上对本发明的浮箱3的结构形式进行改进形成本实施例。本发明海上远距离悬浮式桥梁，浮箱3还可以设置为立体的梯形结构，浮箱3的斜面位于浮箱3沿长度方向的两端且斜面朝上，因为浮箱3的上表面是凸起的，使得上表面的气流速度快，下表面平的，水流速度慢，根据伯努利推论：等高流动时，流速大，压强就小，因此浮箱3上表面的压力小于下表面的压力，提升了浮箱3的浮力，减小了水下暗流对浮箱3的冲击。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种海上远距离悬浮式桥梁，其特征在于：由下到上依次包括锚碇(1)、主缆(2)、浮箱(3)和桥面(4)，若干个沿桥所述梁长度方向间隔布置的所述锚碇(1)固定在海底，若干个沿所述桥梁长度方向连续布置的所述主缆(2)设置在海水中，所述主缆(2)沿所述桥梁宽度方向间隔布置有若干个，若干个沿所述桥梁长度方向连续布置的所述浮箱(3)设置在海水中，所述桥面(4)设置在海面上方，所述锚碇(1)与所述主缆(2)之间通过锚缆(5)连接，所述主缆(2)与所述浮箱(3)之间通过多个间隔布置的浮缆(6)连接，所述浮缆(6)垂直设置在所述主缆(2)的中部，所述锚碇(1)位于在所述主缆(2)的两端，所述浮箱(3)为所述桥梁提供浮力，所述浮箱(3)上设置有桁梁(7)，所述桥面(4)铺设在所述桁梁(7)上。

2.根据权利要求1所述的海上远距离悬浮式桥梁，其特征在于：所述浮箱(3)的上表面设置有多道与所述桥梁长度方向同向的凹槽，所述凹槽内铺设有与所述凹槽相适配的浮箱梁(9)，所述桁梁(7)的底部固定连接在所述浮箱梁(9)上。

3.根据权利要求2所述的海上远距离悬浮式桥梁，其特征在于：所述锚碇(1)成对且对称的设置在所述桥面(4)的两侧，所述主缆(2)成对且对称的设置在所述桥面(4)的两侧，所述主缆(2)为向上凸起的拱形，沿所述桥梁长度方向布置的所述主缆(2)之间通过向下凹陷的弧形连接件(10)连接，对称设置的所述主缆(2)通过所述弧形连接件(10)之间的横肋(8)连接在一起，所述锚碇(1)通过所述锚缆(5)连接在所述弧形连接件(10)的下方，每一个所述锚碇(1)均设置有两个锚缆(5)，其中一个所述锚缆(5)一端与所述锚碇(1)连接、另一端与其同侧的所述弧形连接件(10)连接，另一个所述锚缆(5)一端与所述锚碇(1)连接、另一端与其对立侧的所述弧形连接件(10)连接。

4.根据权利要求3所述的海上远距离悬浮式桥梁，其特征在于：所述浮箱(3)设置为长方体结构，所述浮箱(3)的长度方向与所述桥面(4)的长度方向垂直，所述浮箱(3)的长度方向的中线与所述桥面(4)中线位于同一竖直面内，若干个所述浮箱(3)沿所述桥面(4)的长度方向水平排列，所述浮箱(3)的侧面为榫卯结构，相邻两个所述浮箱(3)之间通过所述榫卯结构拼装在一起。

5.根据权利要求4所述的海上远距离悬浮式桥梁，其特征在于：所述浮箱(3)还可以设置为立体的梯形结构，所述浮箱(3)的斜面位于所述浮箱(3)沿长度方向的两端且斜面朝上以减小水下暗流对所述浮箱3的冲击。

6.根据权利要求4或5所述的海上远距离悬浮式桥梁，其特征在于：所述浮箱(3)的顶部长度大于所述桥面(4)的宽度，两个所述主缆(2)之间的距离略小于所述浮箱(3)底部的宽度，对称设置的两个所述锚碇(1)之间的距离大于所述浮箱(3)底部的宽度。

7.根据权利要求6所述的海上远距离悬浮式桥梁，其特征在于：所述桥面(4)为桁架结构，所述桁架结构为大梁之间布设小梁、逐级减小且最上面为小孔的网状结构。

8.根据权利要求7所述的海上远距离悬浮式桥梁，其特征在于：所述主缆(2)、所述浮箱(3)、所述桥面(4)、所述锚缆(5)、所述浮缆(6)、所述桁梁(7)、所述横肋(8)和所述浮箱梁(9)均采用耐腐蚀性好的碳纤维材料制作。

9.根据权利要求8所述的海上远距离悬浮式桥梁，其特征在于：所述浮箱(3)上设置有对所述浮箱(3)的浮力情况和泄漏情况检测的浮箱检测系统以及对所述浮箱(3)浮力进行调节的浮箱浮力调节系统，所述桥面(4)上设置有检测所述桥面(4)车流分布和重量分布的桥梁承载检测系统，所述锚缆(5)上设置有锚缆拉力检测系统。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述海上远距离悬浮式桥梁的施工方法，其特征在于，包括如下内容：

S1、所述锚碇(1)施工，确定好路线后，根据海底地质条件，确定所述锚碇(1)的施工方案，进行施工；

S2、布设和安装所述锚缆(5)，将所述锚缆(5)连接在所述锚碇(1)上，另一端通过连接所述浮箱(3)上升到浅层水面；

S3、布设所述主缆(2)，利用所述浮箱(3)将所述主缆(2)漂浮在水面，并沿着设计路线布设和下放所述主缆(2)，下放的所述主缆(2)分别与所述锚缆(5)和所述浮缆(6)连接在一起；

S4、布设所述浮箱(3)，将预制好的所述浮箱(3)沿设计好的路线逐次布设，通过所述浮缆(6)不断下拉将所述浮箱(3)下沉至设定好的水下深度后再将相邻的所述浮箱(3)固定连接在一起，然后再将所述浮箱梁(9)安装在所述浮箱(3)上；

S5、布设所述桁梁(7)，将预制好的所述桁梁(7)逐段运输到指定的所述浮箱(3)之上，并将其下沉至悬浮的所述浮箱(3)上在所述浮箱梁(9)上安装固定；

S6、铺设所述桥面(4)，所述桁梁(7)之上铺设桁架结构的所述桥面(4)，并在所述桥面(4)的最上层铺设网面。