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“飞燕”翩翩掠长江

——合江长江公路大桥设计建设技术探秘

2022-05-09 16:24:30 来源:四川交通 作者:​焦运轩 供稿供图/匡成刚 -标准+

2021年6月25日,四川合江长江公路大桥顺利建成通车。大桥主跨507米,是世界上跨径最大的“飞燕式”钢管混凝土系杆拱桥,全桥总长1420米,其中主桥长668米,采用一级公路标准,设计速度60公里/小时。大桥如飞燕掠水过江,美轮美奂,成为当地标志性建筑,也是众多主流媒体报道的“网红”工程。

合江长江公路大桥设计科技含量高,实现多个世界首创。该项目设计单位四川省公路规划勘察设计研究院有限公司(简称四川公路设计院)开展了大量科技创新工作。

精心选型 精妙设计

为满足500米通航净空宽度,兼顾通航净空、南岸地形等因素约束,设计师们多次进行现场踏勘,根据地形地质、行洪等条件,开展了多种方案的桥型论证,经过与推力拱桥、斜拉桥、悬索桥等方案的比较研究,最终选定最具经济优势的中承式钢管混凝土系杆拱桥一跨跨越主航道。钢管混凝土拱桥为四川公路设计院首创,经30多年几代桥梁人的持续研究和开发,钢管混凝土结构具备了承载能力高、结构轻盈、节约造价、结构整体刚度大、造型优美、易于维护等优势与特点。从上世纪90年代第一座钢管混凝土拱桥——百米跨径的四川旺苍东河大桥,到在全球首次突破500米跨径大关的合江长江一桥,设计单位从理论研究、科学试验到工程实践,始终完全掌握着领跑世界的自主知识产权。因此,这一桥型既因地制宜,也体现了设计的技术优势。

合江长江公路大桥按主跨507米、两边边跨80.5米的三跨飞燕式拱桥布设,采用实心墩和群桩基础,张拉系杆索以平衡巨大的桩顶水平力,特别是在该桥施工中灌注C70混凝土,是世界大跨径拱桥建设中的首次尝试。设计团队通过数十次试验,实现满足力学性能、工作性能的超高强性能混凝土的成功制备和泵送。大桥边拱使用劲性骨架外包混凝土的拱肋结构,而主拱的横撑简洁,受力明确,用料节省,可减少空中焊接。该桥拱上立柱为钢管混凝土立柱+空管横联的排架结构,其系杆索采用环氧喷涂钢绞线索体搁置于桥面梁上,同时,设计充分利用主墩承载力,在建设全过程中,施工人员张拉系杆索仅3批次,与同规模系杆拱桥相比,张拉次数减少2/3以上;并且,建设者们发现了系杆拱桥端部伸缩变形不超过4厘米的客观规律,伸缩缝宽度由原来32厘米减少为最多不超过8厘米,这提高了行车舒适性和安全性,且便于安装和检查。桥面系选用不含“U”肋的超静定钢格子梁和钢—混凝土组合桥面板,结构强度大,用料省,自重轻,同时有效避免疲劳问题,此外,其施工工艺亦较为简单,无需底模板。

“斜拉扣挂”解难题

为克服钢管混凝土拱桥大构件精确安装施工难题,使施工既可靠便利,又能降低成本,结合地形水文和通航等特点,在安装体系的设计中,针对主跨507米的大桥主拱的安装进行了斜拉扣挂、转体、大节段竖直提升等方案比较,最终采用技术难度相对较低、设备投入较少、体系转换较少的斜拉扣挂法。根据地质情况,建设团队因地制宜设置锚碇,在开发区岸将桥台合并,采用预应力组合式锚碇;而在符阳路岸则使用承压板式锚碇结构,通过大面积压重、承台桩基助力,以最小的开挖量和混凝土方量稳固了扣塔,同时避免了拆迁。

合江长江公路大桥设计建设中从多方面严控工程造价。大桥主拱共计40个节段,传统方式是在工厂加工完成后,拆成零件运输到工地,现场组装后再进行安装。四川公路设计院创新优化工序,发明了“基于制造、运输、安装一体化的单元”专利,一个单元代表一个节段,在位于上海的工厂生产出来后,不拆零,而是整体通过水路运输,经长江逆流而上运至合江,直接进行吊装。该项发明,将一个节段的安装完成时间由3-5天缩短到了1-2天,大大节省了现场安装时间和高空作业时间,节省了工程造价。

实现突破 造福一方

合江长江公路大桥的建设过程中面临前所未有的挑战,四川公路设计院与参建各方开展联合攻关,累计完成技术验证与试验10项、攻克技术难题16个,确保了施工的顺利,该桥造价比同类同规模的悬索桥和斜拉桥节约了至少9000万元人民币以上。该工程结构体系、构造细节、施工方案等方面的成果均在钢管混凝土拱桥技术领域取得重大突破,并为钢管混凝土拱桥的推广应用提供了更加有力的技术支撑。同时,该桥的建成,实现了同一设计单位在同一城市(四川合江)对钢管混凝土拱桥跨径的两次突破,合江长江一桥(推力拱)首次突破500米,合江长江公路大桥(系杆拱)以507米再创新纪录。

合江长江公路大桥作为“渡改桥”项目,是90万合江人民期盼的“安全渡江桥”。大桥成功建成通车,两岸通行时间从以前的1小时缩短到2分钟,使得40余万居民出行更加安全方便快捷,彻底消除了两岸居民水上客渡出行的隐患。大桥连接北岸主城区与南岸开发区,是城市主干线跨越长江的第一座桥梁,也是连接渝宜高速公路与国道353线(现省道308线)的重要纽带,大桥的建设对拓展城市空间、促进区域经济发展、落实国家路网、过江通道规划以及长江经济带战略同样具有重要意义。

编辑:翟慧

审核:孙英利