【編者按】7月15日，中國(guó)交通新聞網(wǎng)登載《四川省公路設(shè)計(jì)院公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的合江長(zhǎng)江一橋、瀘定大渡河大橋奪得2項(xiàng)國(guó)際橋梁界“諾貝爾獎(jiǎng)”》，詳細(xì)介紹了我司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的、勇奪喬治·理查德森金獎(jiǎng)、古斯塔夫斯·林德撒爾金獎(jiǎng)的合江長(zhǎng)江一橋、瀘定大渡河大橋的科技創(chuàng)新。原文載于《四川交通》2019年6月刊。
北京時(shí)間6月12日，在國(guó)際橋梁大會(huì)第36屆年會(huì)上，四川公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)省公路設(shè)計(jì)院公司）負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的合江長(zhǎng)江一橋、瀘定大渡河大橋分別奪得被譽(yù)為橋梁界“諾貝爾獎(jiǎng)”的喬治·理查德森金獎(jiǎng)、古斯塔夫斯·林德撒爾金獎(jiǎng)。這2個(gè)項(xiàng)目是從港珠澳大橋、南京四橋等一系列優(yōu)秀橋梁中選出，代表我國(guó)參選的。
國(guó)際橋梁大會(huì)獎(jiǎng)項(xiàng)簡(jiǎn)介
國(guó)際橋梁大會(huì)是美國(guó)西賓夕法尼亞州工程師協(xié)會(huì)主辦的極具聲譽(yù)的國(guó)際橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議，在世界橋梁界具有極高的影響力。
國(guó)際橋梁大會(huì)的獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)立于1988年，共設(shè)有喬治·理查德森金獎(jiǎng)、古斯塔夫斯·林德撒爾金獎(jiǎng)、約翰·盧布林金獎(jiǎng)（該項(xiàng)獎(jiǎng)為個(gè)人獎(jiǎng)項(xiàng)）、亞瑟·海頓獎(jiǎng)和尤金·菲戈獎(jiǎng)等五個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，每年評(píng)選一次，先由世界各國(guó)的橋梁學(xué)會(huì)，對(duì)本國(guó)的橋梁經(jīng)過(guò)嚴(yán)格比選后，再推薦至國(guó)際橋梁大會(huì)評(píng)選。每個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)每年至多只有1項(xiàng)橋梁工程獲獎(jiǎng)（如評(píng)委認(rèn)為該年參選項(xiàng)目達(dá)不到要求，獎(jiǎng)項(xiàng)可空缺），迄今已成功舉辦35屆，被譽(yù)為橋梁界的“諾貝爾獎(jiǎng)”。其中，喬治·理查德森獎(jiǎng)為設(shè)立最早、影響最大的獎(jiǎng)項(xiàng)，授予給近期完成的在世界橋梁工程設(shè)計(jì)、施工、科研方面取得杰出成就工程項(xiàng)目的獎(jiǎng)項(xiàng)，是分量最重的獎(jiǎng)項(xiàng)。古斯塔夫斯·林德撒爾獎(jiǎng)是國(guó)際橋梁大會(huì)一項(xiàng)為優(yōu)秀橋梁工程規(guī)范設(shè)立的杰出成就獎(jiǎng)，評(píng)選內(nèi)容主要包括橋梁的實(shí)用性、技術(shù)創(chuàng)新、材料革新、外觀設(shè)計(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)以及其公眾參與度等。
合江長(zhǎng)江一橋：鋼管混凝土橋梁的里程碑
合江長(zhǎng)江一橋位于瀘州至重慶高速公路的四川瀘州市合江縣，主跨530ｍ，是目前世界最大跨徑的鋼管混凝土拱橋，全長(zhǎng)841ｍ，橋?qū)?8ｍ，雙向4車(chē)道，設(shè)計(jì)速度120Ｋｍ/ｈ，于2013年建成通車(chē)，總投資2.5億元，比同等跨度的懸索橋節(jié)省投資約6000萬(wàn)元。
在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師們開(kāi)展了一系列科技研發(fā)，創(chuàng)立了主拱科學(xué)計(jì)算方法及主拱與主梁合理構(gòu)造設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了主拱新性能材料、施工技術(shù)與裝備，主要有六項(xiàng)創(chuàng)新：3項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，即橋梁拱肋、橫撐構(gòu)造、主梁形式的創(chuàng)新，減少了鋼材用量，減輕了結(jié)構(gòu)自重，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)和建造成本。一是對(duì)矩形桁式拱肋進(jìn)行加勁，即在吊桿處受壓腹管采用全加勁，其余受壓腹管采用淺加勁，解決受壓腹管穩(wěn)定問(wèn)題，增強(qiáng)拱肋整體剛度。二是根據(jù)主拱橫向受力行為特點(diǎn)，提出一種新的組合式橫撐，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，橫撐與主拱連接處的振動(dòng)應(yīng)力峰值降低20%，減少現(xiàn)場(chǎng)焊接接頭58%，減少材料用量23%，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。三是主梁采用“鋼格子梁+鋼-混組合橋面板”的新型結(jié)構(gòu)，這種組合結(jié)構(gòu)橋面板總厚度僅為15厘米，整體性好，比鋼筋混凝土橋梁自重減輕58%，比傳統(tǒng)的鋼混疊合梁自重減輕20%，比鋼箱梁用鋼量減少約27%。
2項(xiàng)施工工藝創(chuàng)新，即一體化節(jié)段安裝技術(shù)、混凝土灌注工藝的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了低成本、高精度、零事故的大橋安裝，首次解決了500米級(jí)鋼管混凝土拱橋拱圈成拱問(wèn)題。研發(fā)了制造、運(yùn)輸和安裝一體化節(jié)段單元，制造、運(yùn)輸和安裝不需要臨時(shí)構(gòu)件，工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高精度整體制造，空中安裝僅需完成主管接頭的就位匹配和焊接。較傳統(tǒng)單元重量減輕30%，高空接頭焊接量減少33%，實(shí)現(xiàn)每天安裝1個(gè)節(jié)段，提高安裝速度2-3倍。提出了大型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)管內(nèi)混凝土真空輔助灌注方法，實(shí)現(xiàn)了高度120米、距離超500米、單管800立方米的管內(nèi)混凝土真空輔助三級(jí)連續(xù)泵送施工，保證了管內(nèi)混凝土灌注密實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求。這就大大縮短了工期，也降低了風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用。
1項(xiàng)混凝土材料的創(chuàng)新，即研發(fā)了大流動(dòng)度泵送自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土，克服了傳統(tǒng)混凝土流動(dòng)性較低、很容易造成管內(nèi)混凝土內(nèi)部孔洞的問(wèn)題，經(jīng)超聲波、鉆孔、光纖等手段檢測(cè)，主拱內(nèi)混凝土的最大脫空率為0.3%，最大脫空高度為2毫米，完全滿足鋼管和混凝土協(xié)同受力的要求，解決了大跨鋼管混凝土拱橋脫空頑疾。
這些科技創(chuàng)新支撐制訂了世界首部鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范，使合江長(zhǎng)江一橋成為材料節(jié)省、經(jīng)濟(jì)美觀、低碳環(huán)?？沙掷m(xù)的橋梁典范，成為鋼管混凝土拱橋發(fā)展史上的里程碑。鋼管混凝土拱橋作為省公路設(shè)計(jì)院公司首創(chuàng)的橋型，是中國(guó)橋梁工程自主創(chuàng)新典型的代表，該橋獲獎(jiǎng)表明國(guó)際橋梁界對(duì)鋼管混凝土拱橋的認(rèn)同和認(rèn)可，業(yè)界已形成“鋼管混凝土拱橋，世界看中國(guó)，中國(guó)看四川”的共識(shí)。
合江長(zhǎng)江一橋是鋼管混凝土拱橋跨徑的重大突破，是這一橋型的標(biāo)志性橋梁。其科技創(chuàng)新成果促進(jìn)了跨徑575ｍ的廣西平南三橋、跨徑510ｍ的合江長(zhǎng)江三橋等大量大跨鋼管混凝土拱橋的建設(shè)，支撐省公路設(shè)計(jì)院公司完成了國(guó)際國(guó)內(nèi)第一部公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范的編制。中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)：“該橋的順利建成促進(jìn)了行業(yè)科技進(jìn)步，推動(dòng)了鋼管混凝土拱橋向更大跨徑發(fā)展，對(duì)山區(qū)公路、鐵路超大跨度拱橋的建設(shè)具有重要的推動(dòng)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(guó)拱橋在國(guó)際上的重要地位。”
瀘定大渡河大橋：引領(lǐng)千米大跨懸索橋技術(shù)創(chuàng)新
省公路設(shè)計(jì)院公司設(shè)計(jì)的四川雅安至康定高速公路瀘定大渡河大橋是一座1100ｍ單跨鋼桁梁懸索橋。橋道系采用鋼混組合橋面板。主纜矢跨比1/9，采用平行雙吊索體系，吊索間距10ｍ，跨中設(shè)中央扣。左岸采用深159ｍ的隧道錨，右岸采用重力錨；兩岸均為188ｍ高鋼筋混凝土門(mén)形橋塔。大橋橋面寬度24.5ｍ，雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)速度80ｋｍ/ｈ,設(shè)計(jì)壽命100年。2018年12月正式通車(chē)。
瀘定大渡河大橋總體設(shè)計(jì)特點(diǎn)可用“高、大、上”概括。“高”有三高，橋高，橋位海拔高達(dá)1617米，橋面至水面高差達(dá)239米，主墩索塔高達(dá)188米，橋塔頂至水面高差達(dá)364米；邊坡高，雅安岸邊坡高達(dá)100米；地震烈度高，為Ⅷ度區(qū)?！按蟆庇腥螅L(fēng)大，峽谷多霧、氣象多變、風(fēng)場(chǎng)紊亂，瞬間風(fēng)速達(dá)32.6米/秒，相當(dāng)于12級(jí)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速；溫差大，晝夜溫差高達(dá)15℃以上；砼體積大，一是承臺(tái)大，表面積達(dá)2200平方米，相當(dāng)于5個(gè)籃球場(chǎng)，砼方量18650立方米，二是重力式錨碇大，錨碇平面面積達(dá)5100平方米，相當(dāng)于12個(gè)籃球場(chǎng)，大體積砼方量91000立方米?！吧稀庇袃蓚€(gè)第一，一是雅安岸隧道式錨碇長(zhǎng)159米，世界第一；二是懸索橋主跨1100米，川藏第一。
大橋地形地質(zhì)條件極其復(fù)雜，是建設(shè)在高海拔、高地震烈度區(qū)、復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)環(huán)境下的超大跨徑鋼桁梁懸索橋標(biāo)志性工程。大橋設(shè)計(jì)采用波形鋼腹板組合橫梁、鉸接式耗能型中央扣提高抗震性能，采用人字型抗滑樁和框架錨索防止次生地質(zhì)災(zāi)害，并巧妙處理了大橋隧道錨碇與公路隧道相互干擾的復(fù)雜關(guān)系。其中兩大創(chuàng)新設(shè)計(jì)為業(yè)界首創(chuàng)，一是首次將防屈曲鋼支撐用作懸索橋的中央扣，在強(qiáng)烈地震時(shí)，中央扣屈服耗能，從而保證主梁安全；二是首次將波形鋼腹板與混凝土頂?shù)装宓慕M合結(jié)構(gòu)作為橋塔橫梁，充分利用兩者的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，既克服了混凝土橫梁和鋼橫梁在抗震方面的不足，又簡(jiǎn)化了塔柱—橫梁連結(jié)構(gòu)造。這一系列創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效攻克了抗震、防風(fēng)、固邊坡等建設(shè)難題，使其成為極其復(fù)雜條件下特大跨橋梁建設(shè)的示范工程。
同時(shí)，該橋也是人類(lèi)工程技術(shù)與大自然完美結(jié)合的典范，大橋已經(jīng)成為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑。
瀘定大渡河大橋是省公路設(shè)計(jì)院公司設(shè)計(jì)的第一座跨度千米以上的懸索橋，工程師采用富有想象力和創(chuàng)新性的工程技術(shù)填補(bǔ)了橋隧連接布置形式的空白，攻克了高烈度地震區(qū)混凝土橋塔設(shè)計(jì)技術(shù)難題，對(duì)山區(qū)大跨徑懸索橋具有極大的借鑒意義和推廣價(jià)值，其設(shè)計(jì)創(chuàng)新具有承前啟后的作用。
長(zhǎng)期以來(lái)，省公路設(shè)計(jì)院公司對(duì)懸索橋技術(shù)進(jìn)行了堅(jiān)持不懈的探索創(chuàng)新。先后設(shè)計(jì)了1996年底建成通車(chē)的單跨450米的鋼桁梁懸索橋豐都長(zhǎng)江大橋、2001年9月建成通車(chē)的主跨560米的忠縣長(zhǎng)江大橋、2012年底建成通車(chē)主跨820米的南溪長(zhǎng)江大橋等典型項(xiàng)目。正在設(shè)計(jì)的沿江高速永善支線金沙江大橋是省公路設(shè)計(jì)院公司設(shè)計(jì)的第二座千米級(jí)懸索橋，主跨1030米，在已有懸索橋設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步結(jié)合技術(shù)特色，擬采用板桁結(jié)合的鋼混組合橋道系和鋼管混凝土索塔，更加突出經(jīng)濟(jì)、創(chuàng)新、美觀。
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