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发表于2020-05-20     52人浏览     1人跟帖     总热度:140  

桥架蜀道平险峻——四川桥梁技术的发展与创新


四川自古就有“蜀道难、难于上青天”的说法,这是由于四川特殊的地形、地貌、地质条件所决定的。四川地处西南腹地, 区域面积48万多平方公里,有长江、嘉陵江、大渡河等1300多条河流。地势西高东低,西部海拔3000米以上,东部海拔400米左右。地形以高山峡谷为主,地质构造复杂,地震断裂带多,地震烈度高,生态脆弱,气候多变,公路桥梁建设条件十分困难。

蜀道之难

以桥隧比为例,1995年通车的成渝高速公路,桥隧比为5%;2008年通车的西攀高速公路,桥隧比为35%;2012 年通车的雅西高速公路,桥隧比为55%;2018年通车的雅康高速公路,桥隧比为82%;正在建设的沿江高速公路,桥隧比已突破90%。这些都给道路、桥梁、隧道等设计带来了前所未有的挑战。

图1 四川盆地山区高速公路桥隧比情况

因此,在地质勘察上,着眼于特殊不良工程地质、强震灾害的形成机理与辨识评估、工程防治与监测预警的技术方法研究,为公路桥梁建设提供了重要的基础支撑。

在路线设计上,提出了“不破坏就是最大的保护”、“以人为本,尊重自然,可持续发展”和“全系统经济效益最佳、全寿命周期成本最低”等路线总体设计理念。选线思路从“地形选线”“地质选线”,上升到“环保选线”“避灾选线”和“气候选线”“安全选线”,形成了山区公路勘察设计成套技术,在雅西高速公路、川九路等交通运输部示范工程中得到充分体现。

图2 川主寺至九寨沟口公路

在隧道设计上,深入研究建设安全技术、运营通风照明技术、舒适节能环保技术等,形成了高寒、高海拔、复杂地质条件下深埋、超长隧道设计成套技术,设计完成了上世纪国内最长的公路隧道——华蓥山隧道、世界海拔最高的超特长公路隧道——雀儿山隧道等重大工程。

在路面设计上,开展路面合理结构与耐久性、路面再生利用、路面养护专家系统和极端天气路面行车处置等技术研发,建立了路面工程科研、设计、检测、咨询、监控一体的成套市场服务体系,形成了国家、行业、省级三个梯次的科研平台。

在桥梁设计上,为适应四川山区建设条件,因地制宜创新桥梁工艺、结构及材料,形成了独具特色的山区复杂桥梁设计建造技术,建成了20余座跨长江大桥、100余座跨山区峡谷大桥、20余座市政越江大桥。

工艺的革新

转体工艺

上世纪70年代,采用缆索吊装成本较高、风险较大。在四川桥梁建设条件和经济条件严重受限的情况下,转体工艺应运而生,具有费用低、施工场地要求简单、建造速度快、对通车通航影响时间少的特点。40多年来,实现了从有平衡重转体,到无平衡重转体,再到竖转与平转结合、跨越铁路等障碍物的发展与创新。

1977年建成的主跨70米的遂宁建设大桥,是我国第一座平转施工的钢混凝土肋拱桥,采用有平衡重的平转工艺,揭开了中国转体桥梁新篇章。

图3 遂宁建设大桥

1987年建成的主跨122米的巫山龙门大桥,以及1988年建成的主跨200米的涪陵乌江大桥,首次提出了无平衡重转体法成拱新技术,在国内外产生了巨大影响。

图4 巫山龙门大桥
图5 涪陵乌江大桥

2000年建成的主跨360米的广州丫髻沙大桥,是一座飞燕式的中承式钢管混凝土拱桥;2006年建成的主跨300米的佛山东平大桥,为钢拱与连续梁的协作体系桥梁。两桥均采用竖转与平转结合实现主拱合龙,竖转最大重量3000 吨、平转最大重量14800吨。

图6 广州丫髻沙大桥
图7 佛山东平大桥

2019年建成的主跨为两孔56米的广州惠清高速公路北江大桥,实现了双幅整体式一次性转体施工,系高速公路跨越铁路T构转体施工,在施工中不影响铁路运营。

图8 广州惠清高速公路北江大桥

目前,转体工艺成拱、成梁技术,已在全国遍地开花结果。

悬臂浇筑工艺

随着工艺和建设条件的发展,我们提出了悬臂浇筑工艺,具有整体性好、现场适应性更高的特点。悬臂浇筑主拱成拱技术从攀枝花白沙沟大桥起步,成功应用于盐边县鳡鱼河大桥,同类型成拱技术已实现推广使用。

2007年建成的主跨150米的西攀高速攀枝花白沙沟大桥,成为中国第一座悬臂浇筑施工的钢筋混凝土箱形拱桥。

图9 攀枝花白沙沟大桥

主跨182米的攀枝花新密地金沙江大桥和主跨200米的盐边县鳡鱼河大桥,由于两岸道路和城市建筑限制,没有预制场地,无法布设吊装体系和转体支架,因而采用了悬臂浇筑法的成拱技术。

图10 攀枝花新密地金沙江大桥

同类型成拱技术,贵州、重庆等地已建成5座,最大跨度达到240米。

图11 盐边县鳡鱼河大桥
图12 贵州马蹄河大桥
图13 武隆县乌江大桥

结构的突破

钢管混凝土拱桥结构

上世纪80年代末、90年代初,随着国内基础设施建设的快速发展,山区大跨径桥梁得到了大的发展。基于圬工拱桥跨越能力有限、钢拱桥造价较高等原因,我们开发了钢管混凝土拱桥,该结构发展速度很快,30年来国内建成的钢管混凝土拱桥已经超过460座。

1990年建成的主跨115米的四川旺苍东河大桥,是我国建成的第一座钢管混凝土拱桥,开启了钢管混凝土拱桥发展的新篇章。

图14 四川旺苍东河大桥

2004年建成的主跨492米的巫山长江大桥,是当时世界最大跨度的钢管混凝土拱桥。我们开发的计算方法、主拱构造、安装工艺、加工制造和成拱监测等技术成果,为超大跨钢管混凝土拱桥的发展积累了技术经验。

图15 巫山长江大桥

2012年建成的主跨530米的合江长江一桥,是世界首座突破500米跨的钢管混凝土拱桥。该桥的系列新技术成果,支撑了世界首部《公路钢管混凝土拱桥设计规范》的编制。

图16 合江长江一桥

预计2020年建成的主跨507米的四川合江长江三桥,为首次跨越500米级的飞燕式钢管混凝土系杆拱桥。在建的主跨575米的广西平南三桥,其跨度已经超过所有拱桥。

图17 合江长江三桥
图18 广西平南三桥

钢筋混凝土劲性骨架结构

受钢管混凝土拱桥技术的启发,我们提出了采用钢管混凝土作为劲性骨架,外包钢筋混凝土的成拱技术。这是我国超大跨径钢筋混凝土拱桥成拱方法的独门绝技,成为我国自主创新的桥梁技术,支撑建设了当时世界最大跨度公路钢筋混凝土拱桥─万县长江大桥。

1994年建成的主跨160米的攀枝花倮果金沙江大桥,为超大跨钢筋混凝土拱桥成拱新技术的第一座桥梁。

图19 攀枝花倮果金沙江大桥

1997年建成的主跨420米的万县长江大桥,为世界最大跨度公路钢筋混凝土拱桥。

图20 万县长江大桥

近10年来,采用钢筋混凝土强劲骨架法成拱工艺,先后建成了主跨364米的广元昭化嘉陵江大桥、主跨280米的磨刀溪大桥、主跨320米的广安官盛渠江大桥等。已开工建设的四川沿江高速公路西宁河大桥,主拱跨度达510米。

钢管混凝土梁式桥结构

我们开发的钢管混凝土梁式桥结构,把钢管混凝土作为梁,具有性能好、安装速度快、施工便捷、用钢量节省的特点,在四川山区中等跨径桥梁中得到普遍应用。

1996年建成的广东南海紫洞大桥,为主跨140米的钢管混凝土桁梁的双塔斜拉桥,全长1034米,已安全使用23 年。同期建成的相同结构体系、主跨140米的万安大桥,已安全使用18年。

全长1811米的雅西高速干海子大桥,全长6431米的汶马高速汶川克枯大桥,均采用全钢管混凝土桁式结构,安装速度快、节约材料约40%、施工不需要模板、用钢量节省,成为山区中等跨径桥梁建设的典型工程。

图21 雅西高速干海子大桥
图22 汶马高速汶川克枯大桥

随着轻型高强桥梁结构的技术发展,催生了组合桥面结构技术发明。我们发明了平面型钢-混凝土组合桥面板、波折型钢-混凝土组合桥面板和复合强劲型桥面铺装新技术,促进了山区桥梁成套技术进步,现已在广西、重庆、上海等地推广应用。

2012年建成的主跨200米、最大桥墩高度为183米的雅西高速腊八斤大桥,首次采用了钢管混凝土组合结构高墩。同期建成了主跨200米、最大桥墩高度157米的黑石沟大桥和主跨114米、最大桥墩高度为95米的唐家湾大桥。

图23 雅西高速腊八斤大桥

在建的四川凉山州金阳河大桥,为主跨200米、最大桥墩高度196米的连续刚构桥梁,地震设防烈度为9度,桥梁全长758米,桥墩采用钢管混凝土组合高墩新结构。

图24 凉山州金阳河大桥

连续刚构桥结构

针对60-200米跨径的桥梁可选择的桥型方案较少,以及市场要求简化成桥工序、工艺等情况,我们提出了连续刚构桥结构,促进了桥梁技术进步。

1979年建成的主跨84米的石棉大渡河大桥,成为全国第一座刚构桥。

1982年建成的主跨170米的泸州长江大桥,成为全国最大跨度的连续刚构桥梁。该桥首次采用钢围堰施工基础、采用液压滑模施工主墩、采用挂篮节段悬臂浇筑主梁等新工艺,开启了我国建设大跨连续刚构桥梁的先河。

图25 泸州长江大桥

我们开展了“特大跨混凝土梁式桥梁关键技术研究” 等项目,建成了主跨255米的汉源大树大渡河大桥,以此为代表的连续刚构桥梁已经超过50座。

悬索桥、斜拉桥结构

我们联合国内科研设计单位,共同开发了缆索承重桥梁的结构形式和施工方式,适应了山区桥梁建设条件,设计了全国第一座斜拉桥,为大跨度桥梁在山区的应用提供了示范。

1975年建成第一座主跨70米的云阳汤溪河大桥,并接连建成了主跨128米的四川三台大桥,为全国斜拉桥建设拉开了序幕。

2001年建成的主跨360米的重庆马桑溪长江大桥,是国内首批采用钢绞线拉索体系的斜拉桥。2018年建成的主跨572米的四川南溪长江大桥,主梁采用钢混凝土叠合梁结构。

为了跨越河流、泥石流等障碍物,我们开发了空间主缆和隧道式锚碇的悬索桥结构,建成了主跨450米的丰都长江大桥。

为跨越泥石流而建的西藏角笼坝大桥,为主跨345米的悬索桥,桥位海拔高达3400米,开发了主桁高强螺栓空中节段连接新技术,为山区悬索桥主梁建设提供了技术示范。

我们开发了波折板索塔横梁和中央铰式耗能中央扣, 提升了超大跨悬索桥的抗震能力,克服地震烈度超过8度的技术难题,建成了主跨1100米的雅康高速公路泸定大渡河大桥。

图26 雅康高速公路泸定大渡河大桥

材料的升级

高性能混凝土

针对四川山区桥梁跨度、高度、抗震强度的需要, 以及砂石资源困乏的实际,我们开发高强高性能混凝土技术,混凝土强度等级不断突破,从C50到C60、C80,再到C100、C120,四川一直走在全国前列,推动了山区桥梁的建设发展。

1979年建成的石棉大渡河大桥,是全国第一座主跨84 米的大跨径混凝土刚构桥,主梁混凝土强度等级突破C50。

1997年建成的主跨420米的公路钢筋混凝土拱桥万县长江大桥,主拱混凝土强度等级突破C60。

2012年建成的主跨200米、最大桥墩高度为183米的雅西高速腊八斤大桥,采用了自密实高抛混凝土,混凝土强度等级突破C80。

2014年建成的主跨280米的磨刀溪大桥,采用了超高性能的高强混凝土,主拱钢管内混凝土强度等级突破了C100。

2018年建成的主跨320米的广安官盛渠江大桥,是世界最大跨度中承式钢筋混凝土肋拱桥,主拱钢管内混凝土强度等级突破了C120。

目前在建的主跨510米的沿江高速西宁河大桥、主跨375米的乐西高速公路苏坝大桥,主拱外包混凝土数量较重,主拱劲性骨架强度要求更高,主拱钢管内混凝土强度等级已经突破C120。

正是四川特殊的自然环境和建设条件,促使四川桥梁在发展中创新,在创新中发展,跨越山谷江河,承载希望梦想,促进交通建设发展。

随着四川公路向盆周山区和川西高原延伸,桥梁建设将会面临更多的难题和更大的挑战。路之所往,心之所向, 我们将在《交通强国建设纲要》的指引下,不断强化桥梁工艺、结构、材料等关键技术研发,努力提升桥梁技术水平,为国家桥梁建设事业贡献智慧和力量。



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 发表于2020-05-20   |  只看该作者      

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