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“跨径600m级混凝土拱桥建造关键技术”背后的工程师逻辑

2026-09-13 14:06:42 来源：中国交通报作者：韦念周怡 -标准+

8月24日，南宁。郑皆连院士在广西科学技术奖励大会上，代表全体获奖者作了发言。

当天，经广西壮族自治区交通运输厅提名，由郑皆连院士牵头、广西交通设计集团作为第一完成单位申报的“跨径600m级混凝土拱桥建造关键技术”项目，荣获科学技术进步奖特等奖。

该项目首创拱圈承载力双控计算与配筋设计体系，减少钢筋用量3500吨，从设计源头实现材料节约、结构优化。首创拱圈混凝土永存应力控制技术，使600米级拱桥拱圈混凝土重量降低22%，永存应力与400米级同类拱桥持平，混凝土恒载最小压应力大于3.5兆帕。首创劲性骨架强劲度综合选择标准，实现骨架材料用量最优。首创“8工作面划分、4工作面同步浇筑”外包混凝土精细浇筑法，有效控制施工过程外包混凝土应力，降低了外包混凝土开裂风险。

依托该项技术成果，广西建成了跨径600米的世界第一拱——天峨龙滩特大桥，该桥于2024年2月1日建成通车。它超越国外尚未突破的混凝土拱桥“跨径禁区”约200米，将混凝土拱桥跨径世界纪录一次性提高155米，相当于全世界混凝土拱桥约一百年的跨度增长量，彻底打破了国外在拱桥技术领域长期领先的格局，实现了从“跟跑”到“领跑”的跨越式发展。

这份跨越的背后，是“硬刚”出来的三个解题思路。

“没有规范可循，就量身定制设计指南”

2018年，天峨龙滩特大桥进入设计阶段。

摆在设计团队面前的第一个问题：怎么选？

天峨龙滩特大桥位于河池市天峨县龙滩电站上游约6公里处，横跨红水河，桥址水位变动大，两岸地势险峻，桥梁跨度需要达到600米或以上。

是采用成熟的斜拉桥方案，还是选择理论上更经济但从未有人尝试过的超大跨径混凝土拱桥方案？当时世界最大跨径混凝土拱桥是2016年建成的沪昆高铁北盘江特大桥，跨径445米。而国外更是从1980年建成跨度390米的克尔克桥之后一直停滞不前。

针对该桥庞大的建设规模、复杂的地势，设计团队选择了理论上更经济、但从未有人尝试过的超大跨径混凝土拱桥方案。

当时600米以上跨度级别的混凝土拱桥进入到施工图设计阶段的并无先例，可供借鉴的经验较少。以郑皆连院士为首的科研团队攻克难关，编制了《南丹至天峨下老高速公路天峨龙滩特大桥主拱肋结构设计计算指南》（简称《设计指南》），并通过了专家评审。在《设计指南》的指导下，团队最终经过不断试算优化，在保证主拱应力受控的前提下，通过调整板厚确定外包混凝土最优方案，混凝土总方量节省约8000立方米。并在郑皆连院士首创的“强骨架强横筋弱纵筋”的理论指导下，通过方案优化，节省了拱肋普通钢筋超过3500吨。

量身定制《设计指南》。这是第一重“破局”。

“重量太大，就必须减”

计算方法有了，但另一个问题浮出水面：太重了。

据统计，大跨径劲性骨架混凝土拱桥恒载应力占总应力的92%—96%，其中外包混凝土恒载约占全部恒载的55%。减重是跨径突破的关键。跨径从445米跳到600米，如果不减重，结构根本撑不住。

设计团队做了一个大胆的决定：将大跨径混凝土拱桥最常用的单箱多室拱圈断面优化为双箱肋，取消了由于最后浇筑而应力水平较低的中室顶、底板；拱肋等高截面优化为变高度截面；根据应力大小梯级对双箱肋的底板、腹板及骨架弦管进行多级变厚。

这一系列措施显著提高拱圈材料强度利用效率，使天峨龙滩特大桥外包混凝土用量从3.6万立方米降至2.8万立方米。有效降低了主拱应力，还减少了混凝土徐变，提高了拱的安全储备，使600米级混凝土拱桥每延米拱肋混凝土用量比400米级同类桥梁下降22%，恒载应力基本持平。

此外，从施工阶段到运营阶段、从整体结构到局部构造、从静力分析到动力分析，设计团队进行了上百次的方案对比和结构分析，突破技术瓶颈，顺利攻克600米级超大跨度劲性骨架混凝土拱桥设计建造关键技术，巩固300至600米级大跨度钢管混凝土拱桥核心技术，极大推动全国拱桥技术发展。

以400米级的受力水平，跨越600米的天堑。这是第二重“破局”。

“浇筑受挫，就优化工艺”

“过五关斩六将”，天峨龙滩特大桥终于来到外包混凝土浇筑的关键阶段。

拱脚处坡度接近45度，人站着都困难。却要把7万吨混凝土包裹到百米高空、8200吨的大桥骨架上。

谁也没想到，第一次浇筑就遭遇巨大挫折，第二次也未能如愿。

两次失败后，项目团队痛定思痛，在郑皆连院士的指导下，将一次浇筑8个工作面，改为一次浇筑4个工作面，另外4个工作面进行钢筋绑扎、模板安装等工作，两者错开，工期没有变化，单次浇筑强度降低了。最后实现了4天一个浇筑周期的最快纪录，历时180天，顺利完成外包混凝土浇筑，并成功实现实桥中无可视裂纹的质量目标。