多元創(chuàng)新集成小體量工程精品 

合江長江一橋全景。

鋼格子梁結(jié)合鋼混凝土組合橋面板的主梁新結(jié)構(gòu)。

6月12日，在第36屆國際橋梁大會年會上，四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司（簡稱四川公路設(shè)計(jì)院）負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的合江長江一橋榮獲被譽(yù)為世界橋梁界“諾貝爾獎”的喬治·理查德森獎，成為世界鋼管混凝土拱橋建設(shè)史上具有里程碑意義的經(jīng)典工程。

“與本屆其他獲獎工程相比，該橋總投資約2.6億元，是小體量工程，但該橋依托系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝與材料創(chuàng)新，引領(lǐng)了行業(yè)科技進(jìn)步。同時，該橋具有用料少、自重輕、整體性好、施工安全高效、工程綠色美觀等優(yōu)點(diǎn)，且相較于同等跨度的懸索橋，節(jié)省了投資約6000萬元，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。”合江長江一橋主要設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人、四川公路設(shè)計(jì)院總工程師牟廷敏介紹。

建成后的合江長江一橋與長江融為一體，如龍飲綠澗，似驚鴻掠水，成為當(dāng)?shù)貥?biāo)志性建筑和重要景觀。

攻克超500米主跨難關(guān)

設(shè)計(jì)之初，為了降低施工對周邊環(huán)境的影響，保護(hù)長江合江至雷波段珍稀魚類自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境，四川公路設(shè)計(jì)院經(jīng)過認(rèn)真比選，最終選擇了材料最省、造價最低、工期最短的鋼管混凝土桁式拱橋方案，以盡可能減輕對自然環(huán)境的干擾。

選定了橋型，更大的問題又來了：大橋選址處的長江河道彎曲，江面寬約500米，為保證通航安全，大橋主跨不能小于500米。“主跨超過500米的鋼管混凝土拱橋工程在世界上都是沒有先例的，設(shè)計(jì)難度不言而喻，但我們最終依靠自主創(chuàng)新解決了難題。”牟廷敏說。

另一位合江長江一橋的主要設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人、四川公路設(shè)計(jì)院教授級高級工程師范碧琨則歸納出了設(shè)計(jì)過程中的“三二一”：“我們自主研發(fā)了三項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新、兩項(xiàng)施工工藝創(chuàng)新和一項(xiàng)混凝土建筑材料創(chuàng)新，這6項(xiàng)創(chuàng)新相互融合，形成成套技術(shù)，為成功打造這一精品工程奠定基礎(chǔ)。”

6項(xiàng)創(chuàng)新助“長虹經(jīng)天”

“大橋主拱跨徑530米，肋寬只有4米，寬跨比約為1∶132，主拱拱桁高16米，腹管長達(dá)18米，主拱腹管最大長細(xì)比為26∶1。在這種情況下，解決穩(wěn)定承載力低的問題成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。”范碧琨介紹。針對這一難題，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出了三項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，即主拱結(jié)構(gòu)形式采用新型拱肋和組合式橫撐構(gòu)造，主梁形式采用“鋼格子梁+鋼混組合橋面板”新型結(jié)構(gòu)。三項(xiàng)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，能有效減輕結(jié)構(gòu)自重，也降低了施工風(fēng)險和建造成本。

新型拱肋通過對矩形桁式拱肋進(jìn)行加勁，解決了受壓腹管穩(wěn)定問題，增強(qiáng)了拱肋整體剛度。組合式橫撐是將每組橫撐設(shè)置在主拱的同一獨(dú)立單元內(nèi)，相比傳統(tǒng)的橫撐形式，組合式橫撐可以顯著減輕懸拼單位質(zhì)量，大幅減少接頭高空安裝量和焊接量。相較于鋼筋混凝土橋梁和傳統(tǒng)的鋼混疊合梁，新型主梁結(jié)構(gòu)優(yōu)勢在于其橋面板總厚度僅為15厘米，整體性好、用鋼量少，比傳統(tǒng)鋼筋混凝土主梁自重減輕了近六成。該結(jié)構(gòu)非常適用于主要承受豎向荷載的大跨拱橋主梁。

兩項(xiàng)施工工藝，即一體化節(jié)段安裝技術(shù)、大型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)管內(nèi)混凝土真空輔助灌注方法。這兩項(xiàng)施工工藝實(shí)現(xiàn)了大橋安裝“低成本、高精度、零事故”的目標(biāo)，并解決了500米級鋼管混凝土拱橋拱圈成拱問題。

“傳統(tǒng)混凝土流動性較弱，很容易造成管內(nèi)混凝土內(nèi)部出現(xiàn)空洞，再加上混凝土收縮性大，就會導(dǎo)致混凝土與鋼管間縫隙過大，而這些都會降低鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的承載力。”范碧琨說，“設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的大流動度泵送自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土，使大橋建成后主拱內(nèi)混凝土完全滿足鋼管和混凝土協(xié)同受力的要求，徹底解決了大跨鋼管混凝土拱橋脫空的難題。”

合江長江一橋是鋼管混凝土拱橋跨徑的重大突破，也是這一橋型的代表性橋梁。其科技創(chuàng)新成果為廣西平南三橋、合江長江三橋等大跨鋼管混凝土拱橋的建設(shè)提供了技術(shù)借鑒，也為四川公路設(shè)計(jì)院編制國內(nèi)第一部《鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范》提供了支撐。

此次喬治·理查德森獎是合江長江一橋繼今年4月獲得詹天佑獎后獲得的又一項(xiàng)國際大獎，中國土木工程學(xué)會在頒發(fā)詹天佑獎時對合江長江一橋作出如下評價：該橋的順利建成促進(jìn)了行業(yè)科技進(jìn)步，推動了鋼管混凝土拱橋向更大跨徑發(fā)展，對山區(qū)公路、鐵路超大跨度拱橋的建設(shè)具有重要的推動作用，其技術(shù)在一系列大型工程中得到了應(yīng)用，也進(jìn)一步彰顯了我國拱橋在國際上的重要地位。

【鏈接】

四川合江長江一橋，又名波司登大橋，是瀘州至重慶高速公路控制性工程，位于瀘州市合江縣境內(nèi)，大橋全長840.9米，主跨530米，是目前世界最大跨徑的鋼管混凝土拱橋。