创建大桥设计 造福两湖人民——湖北省交通规划设计院荆岳长江公路大桥设计和服务纪实
监利县位于湖北省东南部、长江中游北岸,江汉平原腹地,南披长江玉带,东拥洞庭明珠,南与湖南省岳阳市隔江相望。境内河网密布,湖泊星罗,土壤肥沃,素有鱼米之乡的美誉。监利是荆楚大粮仓,粮食种植面积280万亩,2009年粮食产量26亿斤,在全国排第六位,水稻产量全国第一。
监利还是春秋名将伍子胥的故里,富丽的荆州古城就出自伍子胥的规划设计。
然而,这个曾诞生我国古代规划设计鼻祖的农业大县,却没能走上经济发展的快车道。虽然制约经济发展的因素很复杂,监利虽然区位优越,但交通不畅是制约经济发展的主要原因。监利拥有长江黄金水道,但水道淤积,航运梗阻;监利境内还没有一条一级公路,更别提高速公路了。由于交通闭塞,监利发展经济的成本很高,经济发展的速度和效果却不是很明显。
今年年底,随州至岳阳高速公路跨越长江的特大型桥梁——荆岳长江公路大桥的即将建成通车,将彻底改变监利的公路交通状况,将监利纳入湖北省“六纵六横两环”骨架公路网,并与京珠复线互通,缩短了湘鄂两省的直线距离,加快了武汉城市圈与长株潭城市群的战略连接,从而推动监利步入经济社会高速发展的快车道。
监利百万人民期盼这一天已经很久很久,大桥是他们心中一道灿烂的彩虹,一个美丽的梦想。
从地图上看,监利是一个洼地,相信随着荆岳长江公路大桥的建成通车,监利会成为名副其实的“洼地”:吸引资本投入的“洼地”、产业集群和创新的“洼地”、科技和人才聚集的“洼地”….. 巍巍耸立的荆岳长江公路大桥深深植根在湘鄂两省人民心中,是湘鄂两省人民的致富桥、幸福桥,她情牵两湖人民,寄托着两湖人民的共同愿景。
她就像一幅灵动的水墨山水画,或粗狂,或简约,每一处精彩着笔都体现出大桥设计者创新的智慧和独具匠心。
在荆岳长江公路大桥建设现场,我们追随湖北省交通规划设计院设计人员逐浪前行,真实感受到了他们大桥设计闪光思想和激动人心的场面。
设计创新树丰碑
一座桥就是一部历史,也是一座丰碑。荆岳长江公路大桥设计者们在设计中利用科技攻克了一个个世界级难题,大胆创新创出了我国桥梁设计新奇迹。荆岳长江公路大桥主桥是目前世界上最大跨径的高低塔非对称性斜拉桥,滩桥也是国内建设规模最大、抗震级别高的长联大跨连续梁之一。从大桥的整体设计方案到局部细微设计,处处闪耀着智慧的光芒。
桥型结构体系的创新荆岳长江公路大桥充分考虑了大桥特殊的建设条件,桥位巧妙避开南岸地形和建筑物对大桥桥位的限制,通过分析论证,斜拉桥主跨采用816米,一跨跨越了可通航水域,同时塔墩基础避开不良地质地带;为防止今后航道发生改变,减小行洪阻水率,滩桥采用长联大跨连续梁,其中水中主跨布置成备用通航孔;主桥桥型布置充分考虑了桥位的地形条件,南边跨位于岸上,采用便于支架施工的混凝土箱梁,主跨和北边跨位于水中,采用便于整体预制、吊装的钢箱梁;桥位和桥型选择和结构类型采用均充分考虑了与自然坏境条件的和谐协调;技术经济比较结果表明:高低塔、不对称混合梁斜拉桥结构是主桥受力合理、满足桥位特殊建设条件、造价最省的桥型方案。结构体系创新还体现在采用分离式双边箱主梁、索塔钢牛腿+钢锚梁锚固构造、可拼装式主梁钢砼结合段等;为提高主跨合龙段两端斜拉索的初始刚度,减小斜拉索的二次非线性影响,主跨合拢段采用长16.4米的钢箱梁段,是国内同类斜拉桥中最长的合龙段。
景观设计创新索塔是斜拉桥的景观的关键所在,好的外形设计不仅应新颖独特,给人过目不忘的感觉,同时还要经济合理、受力安全、施工便利、快捷。在初步设计阶段,项目组调研所有千米级斜拉桥索塔结构形式,发现大部分均采用倒Y型结构,个别采用的是单柱式结构,索塔结构形式比较单一,过多采用则有重复之嫌;最终经专题景观比较、结构分析及经济性比较的综合论证,采用了“双柱擎天、蓬勃向上”的H型索塔造型,完成了双柱H型桥塔在大跨径斜拉桥中应用的多项技术攻关,并通过大量的计算分析论证,合理确定塔柱横梁刚度解决索塔横向受力安全和稳定性难题;荆岳长江公路大桥首次在千米级斜拉桥结构中采用双柱H型索塔的结构型式,塔高达265.5米,丰富了千米级斜拉桥索塔的结构形式。
南北主塔基础设计创新由于桥位南岸基岩岩层陡立,且夹有层间剪切带等不良地质,给索塔超长桩基成孔施工带来了很大难度;根据试桩专题研究成果,提出了“摩擦+嵌层桩”设计新理论,南塔基础采用该理论进行设计,有效减小了桩基长度,降低了桩基成孔难度。主桥北塔基础位于复杂岩溶地质区,根据地质岩层特点,北塔基础采用大型分离式圆形承台+大直径嵌岩桩,大大减小了深水基础和钢围堰的规模,为同类特大型深水基础中首次应用;采用分离式双钢围堰异步下沉方法,减小了钢围堰的运输、下放的难度;同时,采用大直径嵌岩桩,减小了桩基根数,有效缩短了施工工期;通过以上措施保证了基础在一个枯水期顺利完成。
双边箱主梁的合理构造关键技术
选用分离式双边箱断面作为超宽混合梁斜拉桥主梁的断面形式,该断面形式大大提高了主梁断面的受力效率。同时双边箱单室断面具有较少、较厚的板肋,对保证施工质量提供了有利条件。
主梁钢—砼结合段关键技术千米级混合梁斜拉桥主梁轴力大、桥面宽,由于收缩徐变的影响混凝土箱梁侧易产生纵向裂缝;根据以上结构特点,主梁钢—砼接头采用带PBL键的多钢格室部分连接填充砼的构造方案,并将预制拼装施工技术应用到主梁钢—砼接头的施工中,大大减小了混凝土收缩徐变的影响,成功解决了钢箱梁与混凝土箱梁连接部位易开裂的技术难题。
混凝土箱梁预制拼装关键技术对主桥南边混凝土主梁,改进施工工艺,首次采用分段预制、匹配制造、逐段拼装的施工方法;此施工工艺有效提高混凝土施工质量,减小混凝土箱梁受力期间的收缩、徐变变形的影响,降低了宽幅箱梁开裂的可能性。混凝土梁段全宽38.5m,采用整幅预制,单片梁段最重达1091吨,为国内最宽、最重的短线预制梁段。
拉索塔端锚固关键技术索、塔锚固区采用大型钢锚梁+钢牛腿的结构型式,通过计算分析和试验比较了钢锚梁两端支承方式。最终采用了“斜拉索张拉施工期钢锚梁一端固定、一端滑动,运营期两端固结”的支承方案,充分发挥了钢锚梁的受力效能,大大减少了索塔锚固区预应力的配置,同时降低了运营期拉索失效、换索对塔壁混凝土产生的不利影响。
长寿命斜拉索防护及斜拉索LMD减振新技术 改进斜拉索防护体系和局部防护设计,增设PVF胶带外防护层,改进锚头与PE结合部位的防护;通过试验论证,斜拉索设计寿命完全可以达到50年;由于本桥斜拉索很长(最长斜拉索达443m),自振频率较低,在风、雨或行车荷载的激励下斜拉索极易产生振动,需加以控制,设计研究并发明了一种新型的杠杆质量减振器(LMD)作为荆岳大桥主桥斜拉索外置式减振器,经施工现场安装测试,LMD抑振效果好,安装维修方便,对景观影响小。
长联大跨混凝土连续箱梁开裂和变形控制及抗震关键技术长江滩桥采用长联大跨预应力混凝土连续箱梁,梁体开裂与下挠是目前大跨预应力混凝土箱梁桥中普遍存在的病害,为有效解决以上问题,滩桥从设计到施工采取一系列措施和手段,这些措施包括:对箱梁合理配置钢筋和预应力,进行应力和挠度控制设计;合理确定混凝土的强度等级,控制原材料技术标准和加载龄期;根据结构抗震的需要,采用经济合理、安全可靠、结构耐久的双曲面球形钢支座抗震支承体系。
服务创新出精品
荆岳长江公路大桥横跨湘鄂两省,建设条件极为复杂,既要考虑复杂地质结构和特殊的水文气象条件,又要考虑通航和防洪的高要求,还要兼顾两省各级政府和行业主管部门的意见和建议,这些因素都对大桥设计提出了更高的要求。
湖北省交通规划设计院独立承担大桥设计以来,为把荆岳长江公路大桥建设成为世界级的精品桥梁工程之一,成立了由院党委书记姜友生挂帅的设计专班,各专业负责人和设计组成员全部由大桥设计室青年技术骨干担任,设计组成员平均年龄还不到30岁。在大桥的设计过程中,以“刚毅精神”为动力,以建“刚毅桥”为目标,从总体方案到细部设计,从材料选用到施工工艺,从设计阶段到后期服务,省交通规划设计院始终坚持“选择适用的技术,及时周到的服务,持续不断的改进”的质量方针。
为了建设精品桥梁工程,在设计创新的同时,省交通规划设计院将“服务创新”贯穿荆岳长江公路大桥的勘察、设计和建设的整个过程,为大桥建设提供设计技术咨询和贴身服务。在勘察设计阶段,详细掌握桥位选址周边的第一手资料,包括地质构造、交通流量、通航情况、施工难度、工程造价及与周边交通的协调等等,为大桥选址做出科学合理的分析。
通过大量的调查分析和交通流量预测,湖北省交通规划设计院提出了采用建设方案选择与专题研究动态互动的综合优选法来确定桥位的方案,通过12个专题和多组模型试验对2个桥位方案、16个桥型方案反复推进论证,并从投资、经济与社会评价等方面综合论证可行性,最终确定推荐桥位、桥型方案和实施计划。专家组高度评价了工程可行性研究报告,该报告获得了“2007年度湖北省优秀工程咨询一等奖”和“2007年度全国优秀工程咨询三等奖”。同时,这份凝聚智慧和多项创新方法的科研报告为大桥工程的选址和桥型方案确定奠定了坚实可靠的基础,提供了科学合理的指导。
院领导十分关心荆岳长江公路大桥的勘察设计工作,院长詹建辉和党委副书记、大桥建设名誉指挥长陈刚毅经常深入设计组询问设计情况,亲自参加大桥的各种专题讨论和技术咨询会议,为桥梁设计工作进行技术指导;同时,也非常重视大桥设计的后期服务工作,定期率院相关职能部门和设计技术人员对工程进行回访,深入工程建设一线,听取现场业主、施工方和监理方对设计的意见和建议,指导开展施工技术咨询服务工作。
荆岳大桥工程由设计蓝图到变成现实的施工过程凝聚着湖北省交通规划设计院设计人员的心血和智慧,在工程设计和施工的各个阶段,不管炎炎夏日还是数九寒冬,总能看到省交通规划设计院设计人员忙碌的身影,感受到他们身上迸发的“刚毅精神”。
陈卉是索塔和基础设计的负责人,作为一个8岁小男孩的母亲,2006年4月项目开始进行基础施工图设计阶段,设计组在南湖进行为期5个月左右的封闭集中设计,她只能将年幼的儿子托给母亲照顾,一天她接到母亲的电话,说儿子生病需要做手术。这位母亲心里焦急万分,忧心如焚。儿子这个时候是多么的需要妈妈照顾和疼爱啊!但是作为基础设计的负责人,一个个设计方案、一张张图纸还需要她来把关,许多的设计技术难题等着她来解决,她深知项目设计在这个时候更离不开她。这位母亲只是在手术当天去了趟医院,看到儿子成功完成手术,情况良好,听到儿子在阵阵“妈妈”的叫唤声中甜甜地睡去,她顿时泪流满面,咬咬牙又匆匆赶回设计驻地。
廖原是负责主桥结构计算分析工作,2007年4月,老婆已经怀孕9个多月即将临盆,这个时候项目已经进入到了技术设计的关键阶段,主桥结构大量的计算分析比较工作都压在他的肩上,在儿子快要出生的前一天,他才赶回武汉,但工作并没有停止,他把笔记本电脑带到了老婆的产房,在老婆的床边,乘着儿子睡着,他依旧继续修改计算分析模型,调整结构尺寸和预应力的数据。在儿子出生后的第3天,他就带着喜糖赶回了洪湖集中设计驻地。
在大桥施工现场,设计代表负责人丁望星从大桥开始施工的那天起就在工地安营扎寨,有时几个月才能回家一次。提起今年才7岁的女儿,丁望星一脸的愧疚,每次回家女儿都要缠着他讲故事,他的故事成了女儿的催眠曲。第二天一早,她的故事爸爸又不见了踪影。女儿说每次学校的家长会,她都期盼着爸爸能参加,她说全班同学都想听听大桥的故事。虽然这个梦想一直没有实现,但她还是期待着这一天的到来。
在荆岳长江公路大桥设计和施工过程中,这种奉献在岗位的“刚毅精神”随处可见,感人的场面不胜枚举。
2010年5月5日凌晨5时,湘鄂第一桥——荆岳长江公路大桥正式合龙,标志着这座长江上的特大桥梁主体工程完工。在这场设计和服务攻坚战中,湖北省交通规划设计院一系列突出表现受到了湖北、湖南两省交通厅的交口称赞。
荆岳长江公路大桥的建设,对湘鄂两省路网格局、抗洪抢险、旅游等都将产生非常重要的作用。作为“武汉城市圈”和“长株潭城市群”经济发展的新纽带,荆岳大桥建成后,将有效改善长江中游过江交通条件,完善鄂湘两省公路交通网络,方便陕、甘等西北地区车辆南下,对促进中部地区崛起,加快江汉平原和洞庭湖平原资源优势有效整合等,具有极为重要的意义。同时,以岳阳楼、荆州古城、三国古战场等为代表的旅游景点(区)蜚声中外,荆岳长江公路大桥建成后,将促进区域内旅游产业的大联合、大发展,从而推动区域内经济繁荣和社会协调发展。 (来源:湖北日报)(责任编辑:曹琳)
