不久前，中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)公布第十五屆“中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)”（第一批）和“中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)年度杰出工程大獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)項(xiàng)目，廣西平南三橋榮獲“中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)年度杰出工程大獎(jiǎng)”殊榮，這是我區(qū)首次獲得此項(xiàng)大獎(jiǎng)，也是全國(guó)首個(gè)獲得此項(xiàng)大獎(jiǎng)的橋梁類項(xiàng)目。
這是新時(shí)代10年的偉大變革中，“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”跨越的生動(dòng)案例，是建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)偉大戰(zhàn)略實(shí)踐的有力彰顯，樹立了世界拱橋發(fā)展的又一里程碑。
平南三橋坐落于貴港市平南縣，橫跨潯江，于2018年8月7日開工建設(shè)，2020年12月28日建成通車。大橋全長(zhǎng)1035米，主橋?yàn)榭鐝?75米的中承式鋼管混凝土拱橋，跨徑目前居世界所有類型拱橋第一。該橋由廣西交通投資集團(tuán)投資建設(shè)，中國(guó)工程院院士、廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院鄭皆連教授提出拱橋方案并主持科技攻關(guān)，四川公路院和廣西北投直屬企業(yè)承擔(dān)設(shè)計(jì)和施工。
科學(xué)論證，優(yōu)選拱橋方案
平南三橋的誕生有一段曲折經(jīng)歷。“如果不是鄭皆連院士堅(jiān)定的科學(xué)執(zhí)言，‘世界第一拱’極有可能與我們擦肩而過(guò)。”鄭皆連院士團(tuán)隊(duì)成員、廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院黨委書記陳正教授說(shuō)。
2017年，根據(jù)廣西交通發(fā)展規(guī)劃，荔浦至玉林高速公路平南北互通連接線要跨越潯江修建平南三橋。初步設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)橋位地形、通航、行洪、地質(zhì)、環(huán)保等要求，經(jīng)反復(fù)論證平南三橋主橋跨度須大于500米?？晒┻x擇的橋型只有斜拉橋、懸索橋和拱橋三種。
其中，500米級(jí)斜拉橋和懸索橋技術(shù)較為成熟，施工風(fēng)險(xiǎn)小，但造價(jià)高，且后期維護(hù)費(fèi)用大。相比較而言，拱橋造價(jià)低、剛度大、耐久性好且美觀。
“橋型的選擇要因地制宜、根據(jù)工程需要。”這是鄭皆連院士一貫的工作態(tài)度和準(zhǔn)則。
然而，平南三橋南岸地基為基巖，北岸覆蓋較厚的卵石層，這種地質(zhì)條件不符合傳統(tǒng)拱橋的建造要求。但如果采用拱橋方案，不僅可節(jié)省投資近9000萬(wàn)元，每年還可節(jié)約維護(hù)費(fèi)100多萬(wàn)元。
有厚覆蓋層、無(wú)結(jié)實(shí)基巖的平緩河道能否建拱橋？這是一個(gè)世界難題。
對(duì)此，鄭皆連院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展計(jì)算分析和原位試驗(yàn)。經(jīng)反復(fù)論證后，推薦平南三橋北岸橋臺(tái)采用“地下連續(xù)墻+注水泥漿加固的卵石層”復(fù)合基礎(chǔ)，并認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)可控。
在鄭皆連院士及其團(tuán)隊(duì)的努力下，最終促成了平南三橋采用鋼管混凝土拱橋方案。
奇思妙想，卵石注漿變廢為寶
拱橋方案定了，北岸18—22米的粉質(zhì)黏土、15—18米厚的卵石層如何處理？
解決方案是做個(gè)像水桶一樣的圓形地連墻，深入到基巖以下一定深度，將地連墻中的卵石、覆蓋層全部掏出來(lái)，然后澆筑混凝土進(jìn)行填充。
鄭皆連院士提出，現(xiàn)在卵石已經(jīng)有了，注入水泥漿不就自然形成混凝土了嗎？這一設(shè)想，不但可以節(jié)約2000多萬(wàn)元費(fèi)用，還可節(jié)省2個(gè)月的工期。
注漿前，設(shè)計(jì)院根據(jù)理論計(jì)算得出橋臺(tái)基礎(chǔ)底下的3.5萬(wàn)立方米卵石層需注漿2萬(wàn)噸，但實(shí)際注漿時(shí)只注入了2300噸就灌注不進(jìn)去了，僅達(dá)到理論注漿量的10%左右。這一異常結(jié)果甚至讓檢測(cè)單位不認(rèn)可。
所幸的是，秉承“科研走在工程前面”的理念，注漿前，鄭皆連院士團(tuán)隊(duì)就在原位取出了6個(gè)不同標(biāo)高卵石，開展注漿模型試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出實(shí)橋基礎(chǔ)底下卵石注漿僅需耗水泥2400噸，這與實(shí)際用量2300噸非常接近。這樣，橋梁參建各方才松了一口氣。
截至目前，平南三橋已通車近2年，其間團(tuán)隊(duì)對(duì)北岸橋臺(tái)基礎(chǔ)20多個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降進(jìn)行了長(zhǎng)期測(cè)試，所有測(cè)點(diǎn)的最大沉降也僅為5毫米，為設(shè)計(jì)限值的1/6。
“‘地連墻+卵石層注漿’這項(xiàng)技術(shù)具有劃時(shí)代的意義，使得拱橋建設(shè)從山區(qū)延展到平緩的河道，應(yīng)用范圍將擴(kuò)展到西江，乃至東盟的湄公河流域。”陳正教授說(shuō)。
建設(shè)拱橋最難的是成拱之前，大跨徑拱橋多采用纜索吊運(yùn)、斜拉扣掛懸拼、合龍后松索成拱，平南三橋亦不例外。但傳統(tǒng)工藝存在大型施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)如吊塔的費(fèi)用偏高等問(wèn)題，對(duì)此，鄭皆連院士和團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)以力主動(dòng)控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)剛度被動(dòng)控制吊扣塔位移，不但實(shí)現(xiàn)了吊扣塔瘦身，塔頂位移也從分米級(jí)下降到厘米級(jí)。此外，還發(fā)明了斜拉扣索一次張拉、一次拆除優(yōu)化技術(shù)，顯著提升了拱桁懸拼速度和質(zhì)量。
多管齊下，攻克脫粘、脫空拱橋頑疾
鋼管混凝土拱肋鋼管與管內(nèi)混凝土間的脫粘、脫空是鋼管混凝土拱橋最常見的病害之一，不僅降低拱肋的耐久性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)威脅結(jié)構(gòu)的安全。
平南三橋主拱管內(nèi)混凝土總方量達(dá)7657立方米，且采用C70高強(qiáng)混凝土，在長(zhǎng)距離、大高差條件下，要實(shí)現(xiàn)單根管958立方米的高標(biāo)號(hào)管內(nèi)混凝土的一次性連續(xù)灌注，并保證早期灌注密實(shí)度和后期不脫粘、脫空，給管內(nèi)混凝土的制備和短長(zhǎng)期性能控制帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
對(duì)此，團(tuán)隊(duì)在自主發(fā)明的真空輔助壓力灌注技術(shù)基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步研發(fā)了管內(nèi)混凝土流變性能調(diào)控和全過(guò)程補(bǔ)償收縮技術(shù)，成功制備出C70自密實(shí)無(wú)收縮管內(nèi)混凝土，在平南三橋上首次實(shí)現(xiàn)了鋼管混凝土拱橋管內(nèi)混凝土的全齡期無(wú)收縮和無(wú)脫粘、脫空。
“灌注700多天后，團(tuán)隊(duì)在平南三橋觀測(cè)到，主管各位置的超聲波速都在4600米/秒以上，說(shuō)明管內(nèi)混凝土密實(shí)性非常好。”陳正說(shuō)道。
在平南三橋建設(shè)過(guò)程中，鄭皆連院士團(tuán)隊(duì)先后開展了20余個(gè)專項(xiàng)課題研究，榮獲50多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利以及多項(xiàng)國(guó)家級(jí)、自治區(qū)級(jí)榮譽(yù)，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)首創(chuàng)和突破，為進(jìn)一步探索特大跨徑拱橋建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
平南三橋建設(shè)歷時(shí)28個(gè)月，提前15個(gè)月完工，建設(shè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了零事故、質(zhì)量全優(yōu)良，施工合同價(jià)5.73億元，始終未變，每平方米造價(jià)僅18152元，低于交通運(yùn)輸部批準(zhǔn)概算。記者 劉 琴 通訊員 賈琦艷 劉娜利
