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峽谷巨龍越川西——記汶川克枯大橋

作者:本站 來源:轉載 日期:2019-12-12 11:48:43 人氣:5069

金秋十月,四川阿壩藏族羌族自治州色彩斑斕,景色秀美。當你駕車沿都(江堰)汶(川)高速前行,漫山的彩林彰顯著別樣的川西風情,進入汶(川)馬(爾康)高速,映入眼簾的是一座比紅葉還紅艷的大橋,有人形容它就像一位山野中的姑娘,朝著高原,火紅的“裙擺”下搖曳著纖細的腿,蜿蜒從容地行走在崇山峻嶺之間。這就是汶馬高速公路汶川克枯大橋。

汶川克枯大橋全長6.4公里,由四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司(簡稱四川公路設計院)設計,是汶馬高速的重大關鍵節點工程。大橋首創“全橋施工無模板”工藝和工廠化程度超過80%,是全國首座預應力鋼管混凝土桁梁橋,是世界最大規模的鋼管混凝土梁橋工程,也是高烈度地區橋梁抗震的典范,因其獨特結構、多項創新,成為近兩年各大媒體競相報道的“網紅”工程。

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首創無模板施工

四川西部山區,地形多為深切峽谷,區域內地震斷裂帶縱橫交錯,震災頻發、震級高,冰雪雨霧極端天氣、大型泥石流、滑坡等氣象和地質災害肆虐,整體生態環境極其敏感脆弱。汶馬高速全線幾乎在深山峽谷里穿行,有的地方甚至很難找到一塊預制構件的完整場地。在這樣的復雜環境下,設計單位進行了非常精細的橋型比選。

四川山區的高速公路,橋連隧、隧連橋,全程幾乎“腳不沾地”,中等跨徑高橋墩橋梁數量非常多,占路線總里程比重極高。采用鋼筋混凝土構件,脆性破壞危害嚴重、結構自重大、地震響應高、結構體系抗震穩定性差。同時,現場預制場地要求高、現場作業環境惡劣且作業量大,很難滿足復雜條件下復合使用性能要求。混凝土材料用量高,也將嚴重影響當地生態,且混凝土梁橋施工模板用量多,模板運輸、堆放、拆卸等環節占地多、周期長,工程質量控制困難。而采用傳統鋼結構梁橋,雖抗震性能好,但鋼材消耗量多、造價高,山區運輸大件困難,沒有大型組拼場地;施工現場安裝大型設備無法進場、構件連接工作量大,質量控制環節多,正交異性橋面板的抗疲勞能力、橋面鋪裝抗耐久性能差,運營成本高。

設計團隊在設計之初,做了常規混凝土T梁橋等多個方案比選,但各方案的材料指標、技術指標和工程造價等均不能完全令人滿意。經過反復論證研究,在以往設計和建設雅西高速干海子大橋經驗的基礎上,結合鋼管混凝土具備自重輕、強度高、無模板、架設方便、施工場地要求低等優勢,決定采用鋼管混凝土材料,設計建造鋼管混凝土桁梁橋,解決了面臨的復雜建設條件系列難題。

汶川克枯大橋外形均為鋼管結構,與一般高速公路大橋相比,橋墩更細、更修長。大橋橋基、橋墩、蓋梁、桁式主梁均是鋼管混凝土,橋面板是帶鋼底板的組合橋面板,最大的特點是“全橋不需要模板”。沒有模板,鋼管就是“模具”。橋墩部分,確定鋼管位置后,再澆筑混凝土,形成橋墩。上部結構部分,根據橋成型后的樣式,分割成若干塊鋼管,由工廠統一定制生產,建設者只需現場組裝,焊接、注入混凝土、安裝即可。

大橋上跨國道317線,在施工全過程中必須確保317線通暢,且下部結構與國道空間位置無沖突。設計單位設計了一種先張法預應力鋼箱混凝土蓋梁,具有尺寸小、工廠化制造、安裝快捷方便、不影響下方國道交通等優勢,與鋼管混凝土墩柱采用管-梁節點連接,共同解決了這一難題。此外,鋼管混凝土桁梁橋節點的疲勞問題,是影響該類橋型壽命的關鍵因素,為確保結構安全,設計團隊開展了一系列鋼管混凝土節點疲勞性能試驗研究,為大橋設計和施工提供了可靠的數據和結論。

創新突破 打造經典工程

“一開始,我看著這座鋼管混凝土組合桁梁橋充滿疑惑,但是后來看了介紹,真的由衷地為這座橋點贊。”

“汶川克枯大橋的設計理念非常具有創新性,針對地形難度和特點,做出了非常巧妙的構思。”

近兩年,包括10多位中國工程院院士、全國工程設計大師在內的眾多國內外知名橋梁專家,參觀了該橋的施工現場后,從疑惑到贊嘆。這些權威專家發出了共同的觀感,創新突破是他們的一致評價。

耗材少,污染少。與簡支橋梁比較,鋼管混凝土組合桁梁橋減少混凝土用量約60%;與同等規模常規橋梁相比,汶川克枯大橋混凝土用量減少40%,鋼材用量減少30%,原材料生產及現場污染排放物減少30%,實現了資源節約和環保。

工廠化、集約化。該橋鋼結構全部在成都附近工廠內加工制造組拼,運輸至工地再重新組拼成安裝整節段,施工現場組裝后,在半成品車間焊接、涂裝成整體,再運到橋址進行安裝,工廠化生產率達到80%,現場工程量僅20%,確保了工程質量;現場工人由需 500人減少到只需 30余人,且可選擇有利天氣安排作業時間,在施工場地受限、晝夜溫差大的進藏高速公路上,尤為實用,也為川藏鐵路建設積累了經驗。

建設工期更短。在現場,焊拼一跨鋼桁梁只需20天,比傳統方法施工周期節省1/3以上。若采取傳統方式,生產同等長度的T形梁需 30天以上。

抗震性能好。整橋采用鋼管混凝土組合,重量僅為混凝土橋梁的50%,同時具有鋼管和混凝土橋梁的優點,實現了 “大震不倒、中震可修、小震不壞”的設計目標,8級地震可行、9級地震可修。

厚積薄發 技術領先

汶川克枯大橋創立了鋼管混凝土桁架梁的科學計算方法,開發了管板節點、管梁節點、管柱節點等新型節點構造,建立了變剛度支座長聯結構新體系,開發了整跨架設的快速化施工技術與裝備,支撐制定了世界首部鋼管混凝土梁橋和焊接節點疲勞技術規范,為類似川藏公路建設條件的工程探索了新的技術路徑。無模板的施工工藝引領農民工向產業工人成長,助推交通土建工程向工業化轉型升級。橋梁建成后設計團隊舉辦了兩次國際學術報告會,進一步提升了該橋的國際影響力。

幾十年來,設計院持續進行鋼管混凝土橋梁的研究和實踐,第一座鋼管混凝土拱橋、梁橋等都出自該設計院。在建成世界最大跨鋼筋混凝土拱橋——萬縣長江公路大橋后,又開發了基于超高強(達到c120)的鋼管混凝土強勁骨架成拱法,建造了近10座鋼筋混凝土拱橋。

創新無止境,用技術“革命”推動行業進步,服務時代發展,始終是這個設計團隊不改的初心。

汶川克枯大橋的成功,再一次有力證明了業界的共識:鋼管混凝土橋梁,世界看中國,中國看四川。


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