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四川省公路设计院公司负责设计的合江长江一桥、泸定大渡河大桥夺得2项国际桥梁界“诺贝尔奖”

作者:院办 | 发布日期:2019-07-16 | 阅读次数:
    【编者按】7月15日,中国交通新闻网登载《四川省公路设计院公司负责设计的合江长江一桥、泸定大渡河大桥夺得2项国际桥梁界“诺贝尔奖”》(http://www.zgjtb.com/sichuan/2019-07/15/content_222909.htm),详细介绍了我司负责设计的、勇夺乔治·理查德森金奖、古斯塔夫斯·林德撒尔金奖的合江长江一桥、泸定大渡河大桥的科技创新。原文载于《四川交通》2019年6月刊。

    北京时间6月12日,在国际桥梁大会第36届年会上,四川公路规划勘察设计研究院有限公司(以下简称省公路设计院公司)负责设计的合江长江一桥、泸定大渡河大桥分别夺得被誉为桥梁界“诺贝尔奖”的乔治·理查德森金奖、古斯塔夫斯·林德撒尔金奖。这2个项目是从港珠澳大桥、南京四桥等一系列优秀桥梁中选出,代表我国参选的。

    国际桥梁大会奖项简介

    国际桥梁大会是美国西宾夕法尼亚州工程师协会主办的极具声誉的国际桥梁学术会议,在世界桥梁界具有极高的影响力。

    国际桥梁大会的奖项设立于1988年,共设有乔治·理查德森金奖、古斯塔夫斯·林德撒尔金奖、约翰·卢布林金奖(该项奖为个人奖项)、亚瑟·海顿奖和尤金·菲戈奖等五个奖项,每年评选一次,先由世界各国的桥梁学会,对本国的桥梁经过严格比选后,再推荐至国际桥梁大会评选。每个奖项每年至多只有1项桥梁工程获奖(如评委认为该年参选项目达不到要求,奖项可空缺),迄今已成功举办35届,被誉为桥梁界的“诺贝尔奖”。其中,乔治·理查德森奖为设立最早、影响最大的奖项,授予给近期完成的在世界桥梁工程设计、施工、科研方面取得杰出成就工程项目的奖项,是分量最重的奖项。古斯塔夫斯·林德撒尔奖是国际桥梁大会一项为优秀桥梁工程规范设立的杰出成就奖,评选内容主要包括桥梁的实用性、技术创新、材料革新、外观设计、环境协调以及其公众参与度等。

    合江长江一桥:钢管混凝土桥梁的里程碑

    合江长江一桥位于泸州至重庆高速公路的四川泸州市合江县,主跨530m,是目前世界最大跨径的钢管混凝土拱桥,全长841m,桥宽28m,双向4车道,设计速度120Km/h,于2013年建成通车,总投资2.5亿元,比同等跨度的悬索桥节省投资约6000万元。

    在设计中,设计师们开展了一系列科技研发,创立了主拱科学计算方法及主拱与主梁合理构造设计,开发了主拱新性能材料、施工技术与装备,主要有六项创新:3项结构设计创新,即桥梁拱肋、横撑构造、主梁形式的创新,减少了钢材用量,减轻了结构自重,降低了施工风险和建造成本。一是对矩形桁式拱肋进行加劲,即在吊杆处受压腹管采用全加劲,其余受压腹管采用浅加劲,解决受压腹管稳定问题,增强拱肋整体刚度。二是根据主拱横向受力行为特点,提出一种新的组合式横撑,每组横撑设置在主拱的同一独立单元内。相比传统的横撑形式,横撑与主拱连接处的振动应力峰值降低20%,减少现场焊接接头58%,减少材料用量23%,显著减轻悬拼单位质量,大幅减少接头高空安装量和焊接量。三是主梁采用“钢格子梁+钢-混组合桥面板”的新型结构,这种组合结构桥面板总厚度仅为15厘米,整体性好,比钢筋混凝土桥梁自重减轻58%,比传统的钢混叠合梁自重减轻20%,比钢箱梁用钢量减少约27%。

    2项施工工艺创新,即一体化节段安装技术、混凝土灌注工艺的创新,实现了低成本、高精度、零事故的大桥安装,首次解决了500米级钢管混凝土拱桥拱圈成拱问题。研发了制造、运输和安装一体化节段单元,制造、运输和安装不需要临时构件,工厂内实现了高精度整体制造,空中安装仅需完成主管接头的就位匹配和焊接。较传统单元重量减轻30%,高空接头焊接量减少33%,实现每天安装1个节段,提高安装速度2-3倍。提出了大型钢管混凝土结构管内混凝土真空辅助灌注方法,实现了高度120米、距离超500米、单管800立方米的管内混凝土真空辅助三级连续泵送施工,保证了管内混凝土灌注密实度满足设计要求。这就大大缩短了工期,也降低了风险和费用。

    1项混凝土材料的创新,即研发了大流动度泵送自密实补偿收缩混凝土,克服了传统混凝土流动性较低、很容易造成管内混凝土内部孔洞的问题,经超声波、钻孔、光纤等手段检测,主拱内混凝土的最大脱空率为0.3%,最大脱空高度为2毫米,完全满足钢管和混凝土协同受力的要求,解决了大跨钢管混凝土拱桥脱空顽疾。

    这些科技创新支撑制订了世界首部钢管混凝土拱桥设计规范,使合江长江一桥成为材料节省、经济美观、低碳环保可持续的桥梁典范,成为钢管混凝土拱桥发展史上的里程碑。钢管混凝土拱桥作为省公路设计院公司首创的桥型,是中国桥梁工程自主创新典型的代表,该桥获奖表明国际桥梁界对钢管混凝土拱桥的认同和认可,业界已形成“钢管混凝土拱桥,世界看中国,中国看四川”的共识。

    合江长江一桥是钢管混凝土拱桥跨径的重大突破,是这一桥型的标志性桥梁。其科技创新成果促进了跨径575m的广西平南三桥、跨径510m的合江长江三桥等大量大跨钢管混凝土拱桥的建设,支撑省公路设计院公司完成了国际国内第一部公路钢管混凝土拱桥设计规范的编制。中国土木工程学会评价:“该桥的顺利建成促进了行业科技进步,推动了钢管混凝土拱桥向更大跨径发展,对山区公路、铁路超大跨度拱桥的建设具有重要的推动作用,其技术在一系列大型工程中得到了应用,也进一步彰显了我国拱桥在国际上的重要地位。”

    泸定大渡河大桥:引领千米大跨悬索桥技术创新

    省公路设计院公司设计的四川雅安至康定高速公路泸定大渡河大桥是一座1100m单跨钢桁梁悬索桥。桥道系采用钢混组合桥面板。主缆矢跨比1/9,采用平行双吊索体系,吊索间距10m,跨中设中央扣。左岸采用深159m的隧道锚,右岸采用重力锚;两岸均为188m高钢筋混凝土门形桥塔。大桥桥面宽度24.5m,双向四车道,设计速度80km/h,设计寿命100年。2018年12月正式通车。

    泸定大渡河大桥总体设计特点可用“高、大、上”概括。“高”有三高,桥高,桥位海拔高达1617米,桥面至水面高差达239米,主墩索塔高达188米,桥塔顶至水面高差达364米;边坡高,雅安岸边坡高达100米;地震烈度高,为Ⅷ度区。“大”有三大,风大,峡谷多雾、气象多变、风场紊乱,瞬间风速达32.6米/秒,相当于12级台风风速;温差大,昼夜温差高达15℃以上;砼体积大,一是承台大,表面积达2200平方米,相当于5个篮球场,砼方量18650立方米,二是重力式锚碇大,锚碇平面面积达5100平方米,相当于12个篮球场,大体积砼方量91000立方米。“上”有两个第一,一是雅安岸隧道式锚碇长159米,世界第一;二是悬索桥主跨1100米,川藏第一。 

    大桥地形地质条件极其复杂,是建设在高海拔、高地震烈度区、复杂风场环境下的超大跨径钢桁梁悬索桥标志性工程。大桥设计采用波形钢腹板组合横梁、铰接式耗能型中央扣提高抗震性能,采用人字型抗滑桩和框架锚索防止次生地质灾害,并巧妙处理了大桥隧道锚碇与公路隧道相互干扰的复杂关系。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。这一系列创新设计,有效攻克了抗震、防风、固边坡等建设难题,使其成为极其复杂条件下特大跨桥梁建设的示范工程。

    同时,该桥也是人类工程技术与大自然完美结合的典范,大桥已经成为当地的标志性建筑。

    泸定大渡河大桥是省公路设计院公司设计的第一座跨度千米以上的悬索桥,工程师采用富有想象力和创新性的工程技术填补了桥隧连接布置形式的空白,攻克了高烈度地震区混凝土桥塔设计技术难题,对山区大跨径悬索桥具有极大的借鉴意义和推广价值,其设计创新具有承前启后的作用。

    长期以来,省公路设计院公司对悬索桥技术进行了坚持不懈的探索创新。先后设计了1996年底建成通车的单跨450米的钢桁梁悬索桥丰都长江大桥、2001年9月建成通车的主跨560米的忠县长江大桥、2012年底建成通车主跨820米的南溪长江大桥等典型项目。正在设计的沿江高速永善支线金沙江大桥是省公路设计院公司设计的第二座千米级悬索桥,主跨1030米,在已有悬索桥设计经验的基础上进一步结合技术特色,拟采用板桁结合的钢混组合桥道系和钢管混凝土索塔,更加突出经济、创新、美观。