[分享]在海上拐一个90度急转弯,文莱首座跨海大桥这样造!

发表于2018-03-15     1083人浏览     0人跟帖     总热度:10  

大摩拉岛大桥采用单箱单室箱梁的连续钢构桥作为结构形式,大桥的主体结构被做成空心的箱形,以期最大限度地利用材料,同时大幅度降低结构自重。其中的箱梁是变截面的结构,越靠近桥墩处,箱梁高度越大,而在大桥的跨中,箱梁最“扁”,二者的厚度相差将近一倍。

如今,中国承建的海外项目已经数不胜数,项目的规格也越来越高,中国基础设施的建设能力早已获得了全世界的认可。文莱的第一座跨海大桥——大摩拉岛大桥就是其中的经典案例。

这座在荒岛沼泽上建立起来的大桥不仅是目前亚洲最大的单箱单室箱梁结构大桥,而且由于地形所限还拐了一个将近90度的急转弯,这种操作在世界范围内都不太常见。


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(一)基础设施落后,限制了文莱的发展

文莱达鲁萨兰国位于加里曼丹岛北部,北邻中国南海,东、南、西三面都与马来西亚接壤,总面积只有5765平方公里,人口42万,不及中国一个普通规模的县。

尽管文莱是一个不折不扣的小国,但它及其周边海域内有大量的石油天然气资源。2015年,文莱的石油年产量达620万吨,相当于整个新疆油田的一半。

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(文莱的地理位置)

然而,由于文莱人口少,国力弱,经济严重依赖油气开发,因而基础设施建设始终非常落后,这已经严重阻碍了文莱的经济发展。

为了转变对于油气资源的依赖,实现可持续发展,文莱一直在积极寻求国家的全面开发和基础设施建设,而放眼世界,最有能力帮助文莱进行建设的恰恰是中国企业。

大摩拉岛位于摩拉港出海口,总面积955公顷。自打2003年开始,文莱政府就打算将大摩拉岛作为经济多元化的重点项目来进行开发,在岛上建设基础设施,并将其改造成集装箱码头、石化基地和出口加工区。

然而,由于岛上交通不便,大摩拉岛开发项目长期处于停滞状态。住在文莱首都斯里巴加湾市中心的员工去大摩拉岛上班,必须在郊外的小码头换乘渡轮,岛上的生活物资也必须通过渡轮来回运输,日复一日,给岛上的工作带来了极大的不便,进一步的开发更是无从谈起。

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(大摩拉岛位置)

这让人们认识到,必须先架设一座桥梁沟通海岛和陆地,随后才谈得上岛屿的开发利用。大摩拉岛大桥迫在眉睫。


(二)大桥越大越先进?必须考虑实际情况

由中国承建的文莱大摩拉岛大桥项目于2015年5月6日开工,预计到2018年4月就能建成通车,相对于其他海外工程项目而言,这座大桥的建设速度算是相当快的。它全长5.9公里,包括一条2680米长的大桥和3公里长的岛上公路,总投资人民币12亿元。

从桥梁工程本身到汽车起重机、挖掘机、混凝土搅拌车、泵车等在内的所有工程机械产品,整个大摩拉岛大桥项目可谓是被中国企业包了圆。

除了双向四车道的公路外,大桥同时还配套有陆地通向岛上的电气线路、通讯线路和供水管道。可以说,这座大桥就是大摩拉岛的生命线。

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(大摩拉岛大桥顺利合龙)


尽管中国海事工程方面的经验,尤其是跨海大桥方面的经验极其丰富,但文莱大摩拉岛大桥项目仍有其独特的难度。

首先,大摩拉岛大桥是中国首次承建文莱的桥梁工程项目,需要采用欧洲标准与文莱本地标准建设,与中国的建筑标准多有不同,需要多方协调,摸索经验。

此外,大摩拉岛大桥项目本身是文莱政府现汇招标的项目,在建设过程中要尽量与文莱当地企业合作,不能图方便就由中国企业大包大揽。

而文莱本地基本上没有工业,材料主要依靠进口,钢筋来自中国,水泥、砂石料来自马来西亚。但是,这些原材料都要从文莱本地的供应商进行采购,一些二级工程,如土石、供水、供电等,也要分包给当地的公司。

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(大摩拉岛上码头施工)

最大的限制因素则来自资金层面。由于项目资金有限,业主已经将整个结构的尺寸以及一般基本设计限定在一个边界条件下,桥梁的结构模式被严重制约。这体现在技术上,就十分考验施工方的建设水平。


(三)单箱单室的箱梁结构,更轻更美更经济

5.9公里的跨海大桥与岛上公路项目,从规模上讲并不大,然而考虑到海外工程项目的成本偏高,大摩拉岛大桥的造价仅有12亿元,那该如何在保障质量的前提下将大桥建成呢?这就需要正确地选择大桥的结构形式。

在国内,人们比较熟悉的跨海大桥模式是悬索桥或斜拉桥。为了保障数万吨级的轮船通航,跨海大桥的跨度和高度必须做得很高,这样才能防止轮船与大桥相撞。这样一来,大桥的主桥跨度动辄上千米,只有悬索桥或者斜拉桥才能抵抗这样的跨度。

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(悬索桥与斜拉桥)


这两种结构形式都是靠桥面以外的钢索进行核心受力,虽然建筑成本很高,但由于工程经验丰富,建造起来难度并不高。而文莱大摩拉岛大桥由于成本限制则不能采用这种成熟但昂贵的结构形式。

不过,从另一方面来说,大摩拉岛大桥无需穿过主航道,桥下只需保障一般船只的通行即可,因此完全可以考虑采用跨度较小的结构形式。

最终,大桥选定了单箱单室箱梁的连续钢构桥作为大桥的结构形式。

大桥的主桥跨度为400米四跨,桥面顶宽23.6米,截面高度为4至7米。结构采用的单箱单室箱梁结构创造了亚洲纪录,包括中国国内也尚未做到这么大的单箱单室箱梁结构。

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(单箱单室箱梁结构)


箱梁结构是跨度不太大的桥梁常用的一种结构形式。这种结构的主要做法是将大桥的主体结构做成空心的箱形,以期最大限度地利用材料,同时大幅度降低结构自重,是一种非常科学的结构形式。而且,当桥面的宽度较大时,还可以将箱梁沿纵向分割成几个区域,形成单箱双室、单箱四室的箱梁结构。

不过,箱梁结构通常作为预制构件,用于跨度很小的非通航段。当大桥的跨度延长到上百米的规模后,单纯的箱梁结构就有些难以支撑了。

因此,大摩拉岛大桥采用的是变截面的箱梁结构。根据计算机拟合出的大桥可能的应力曲线,相应地设计出最合理的箱梁截面。越靠近桥墩处,箱梁高度越大,而在大桥的跨中,箱梁最“扁”。二者的厚度相差将近一倍。

变截面桥梁的设计与施工都非常考验建设单位的技术水平。然而,采用这种方案,可以最大限度地将桥梁的受力与承载能力相匹配,既能有效承载负荷,又能最大限度地减轻桥梁的自重,节约成本。

变截面梁的独特设计感还极大提升了大桥的美感。此外,工程采用的单箱单室箱梁,尽管施工安装难度较大,但降低了横向应力和桥梁的自重,简化了桥梁受力,增强了大桥的安全性。

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相比起常见的悬索桥和斜拉桥,采用变截面箱梁的大摩拉岛大桥独树一帜,成为了中国南海边一道独特的风景。

结语

文莱大摩拉岛大桥项目是中国交通建设进入文莱市场的首个项目,它的成功实施对后续文莱交通建设市场的开发意义重大。

未来,文莱的工程建设项目会越来越多地选择与中国企业进行合作。不仅帮助了文莱的经济发展,也让中国的建设企业形成示范,打出品牌,在长期中打下更多的海外市场,形成更长效的盈利机制。

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出品| 网易新闻

作者| 须臾千秋,清华大学土木工程博士


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