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以科技力量征服泸定天险——厅公路设计院兴康特大桥设计创新纪实

作者:院办 | 发布日期:2018-10-12 | 阅读次数:
   8月28日,雅康高速公路兴康特大桥工地,伴随着沥青摊铺车的轰鸣,该工程进入最后一道施工工序——桥面铺装,整个项目即将完工。这座被称为“川藏第一桥”的四川第一大跨度悬索桥,雄伟壮观、气势磅礴。
  大桥位于当年红军飞夺泸定桥的上游5.2公里处,地形地质条件极其复杂,抗震、防风、固边坡是勘察设计面临的三大难题。这样一个令人震撼的超级工程,设计上克服了哪些难题,有什么科技含量与技术创新呢?

三大难题 挑战勘察设计
  兴康特大桥桥址位于鲜水河断裂带、龙门山断裂带、川滇南北断裂带三大断裂带的交汇区域,西距活动断裂带—鲜水河断裂带约22km,地震基本烈度为Ⅷ度,E2水准的地表峰值加速度为0.49g,居同类大桥之首,为工程抗震提出了极高要求。同时,桥址区位于高山峡谷区,桥面设计风速32.6m/s,具有风速高、湍流强、风攻角大等特点,加上干热河谷热力驱动效应,风场特别紊乱,风环境特别复杂,防风设计面临考验。大桥两岸边坡高陡,坡度超过35°,又是岩土二元结构,地震时边坡垮塌会形成碎屑流,尤其是强震条件下雅安岸边坡稳定性是一个非常突出的问题。
  在具体勘察设计过程中,需要解决四个难点,一是如何在地质条件差、地灾风险高的峡谷山区选择相对最优的桥位;二是合理确定桥面高程,预留泸定—石棉高速公路的枢纽立交,并实现全路段的造价最省;三是面对极其复杂的建设条件,如何提升结构抗灾能力,保证工程安全;四是详细研究施工工艺,保证高塔、深锚等工程的顺利实施。

科研攻关 助力技术创新
  “厅公路设计院自2011年开始勘察设计,组建了由多个国内外知名专家组成的设计团队,针对面临的难题采取了多种解决措施,开展了多项科研攻关。”该项目设计负责人——厅公路设计院桥梁勘察设计分院副总工程师、教授级高级工程师陶齐宇介绍道。
  为科学合理选择桥位,按照趋利避害、抗灾能力一票否决的原则,结合大渡河两岸地形、地质条件等实际情况共布设了不同标高的10个桥位方案,经过反复研究比选,推荐综合防灾减灾性能最好的咱里高桥位。
  为解决结构抗震问题,进行了大量的结构数值分析,专门开展了波形钢腹板与混凝土顶底板组合横梁的抗震试验研究,对数值分析加以验证。为解决地质和边坡稳定问题,开展了详细的地质勘察,同步开展了大量现场测试和试验研究工作,比如现场大剪试验、冰碛土层接触面原位直剪试验、压缩及剪切蠕变试验、1:10隧道锚模拟试验等,仅地质钻孔长度就超过大桥总长的两倍多。
  为掌握风场规律,在现场建立了声雷达风廓线仪观测站和四要素自动气象站,获取现场风场资料,开展了地形CFD分析、地形模型风洞试验、主梁节段模型风洞试验及气动优化等系列研究。
  通过扎实的工作和不懈的努力,设计方案成功通过了交通运输部专家委员会的多次审查。

创新设计 打造高品质超级工程
  厅公路设计院凭借多年的技术积累,通过对多座相关山区特大桥梁的技术总结,并邀请包括多名院士在内的业界权威专家会商研究,以减轻、防止桥梁自然灾害为根本出发点,从桥位、桥型的选择入手,宏观把控、小处着手,实现了设计理念、设计技术创新,成功解决了该项目的关键技术难题。

  在解决高烈度地震区特大跨径桥梁抗震问题方面大胆更新传统理念,在桥塔塔柱、桥塔横梁、中央扣、约束体系等环节均有关键技术创新,其中两大创新设计为业界首创。一是首次将防屈曲钢支撑用作悬索桥的中央扣,在强烈地震时,中央扣屈服耗能,从而保证主梁安全;二是首次将波形钢腹板与混凝土顶底板的组合结构作为桥塔横梁,充分利用两者的结构优点,既克服了混凝土横梁和钢横梁在抗震方面的不足,又简化了塔柱—横梁连结构造。
  为解决大桥隧道锚和泸定隧道的冲突干扰,创造性地采用反向平曲线设计,将泸定隧道左右两幅分离,布置在大桥隧道锚的外侧,极大地减小了隧道锚和公路隧道的相互影响,为山区桥隧相连的悬索桥总体布置提供了一条崭新的思路。同时,在隧道与隧道锚之间设置横通道,既作为施工期的运输通道,加快施工进度,又作为今后的检修通道,便于养护。
  为消除地震时边坡垮塌形成的碎屑流对大桥的威胁,创新边坡防护理念,将雅安岸第一排和第二排抗滑桩按人字形布置,采用“疏导”的方式,将强震产生的碎屑流沿斜向导出大桥范围,确保碎屑流不危害大桥构造物。
  为解决抗风问题,通过仪器观测和科研试验,获取现场第一手风场资料,分析研究风场规律,得出合理、可信的设计风速,细化抗风设计,采取了投资省、效果好的抗风措施,设立大风预警系统,将大风对行车的影响降至最低。

  为解决冬季行车不受冰雪影响问题,经充分论证研究,桥面标高确定为1619米,低于当地2000米的雪线标高,可确保四季畅通。
  不仅如此,陶齐宇介绍说,兴康特大桥还是一个典型的“交通+旅游”项目,大桥本身雄伟壮观,造型优美,是当地的标志性景观建筑。在设计时也充分考虑了景观、旅游因素,设计了观光廊道。大桥通车后,当地将利用桥下泸定水电站库区开发水上游乐等项目,将大桥有效融入当地自然人文景观,一个围绕这座特大桥打造的多元景区正在紧锣密鼓地酝酿规划中。

■ 采写摄影/匡成刚