長大橋梁的技術(shù)與發(fā)展趨勢

王慶波

(黑龍江省高速公路建設(shè)局)

1 長大橋梁建設(shè)的必要性和經(jīng)濟(jì)性

交通運(yùn)輸是國民經(jīng)濟(jì)的動脈,橋梁是交通運(yùn)輸設(shè)施必不可少的重要組成部分,近十年來,隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,工業(yè)水平的提高,新建筑材料的出現(xiàn),施工工藝的不斷革新,設(shè)計(jì)理論及計(jì)算手段的突飛猛進(jìn),橋梁工程也日新月異,迅速發(fā)展。到 2007年年底,我國公路總里程已突破 345.7萬km,各類公路橋梁 53.36萬座。并先后在長江、黃河、珠江、閩江、黃浦江等大江大河上,建成一批深水、大跨、施工難度大、技術(shù)含量高的長大公路橋梁,如東明黃河大橋,黃石、銅陵、西陵長江大橋,南浦、楊浦大橋,虎門大橋、廈門海滄大橋、江陰長江大橋以及在建的荊沙長江大橋、軍山大橋、南京長江第二大橋等為代表的位于長江中下游的長大橋梁,這些橋梁的建設(shè),展示了我國長大橋梁發(fā)展的最新技術(shù)水平和成就,代表了長大橋梁發(fā)展方向,使我國公路橋梁建設(shè)步入世界先進(jìn)行列,并對促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)繁榮和發(fā)展,完善國道主干線網(wǎng)起到十分重要作用,并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

大江大河往往成為公路交通貫通的屏障,形成公路“斷頭”,隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,交通運(yùn)輸?shù)男枨笱杆僭鲩L,在大江大河上修建更多的橋梁已成為可能和現(xiàn)實(shí)?？缭酱蠼蠛拥臉蛄和捎谒盍骷?工程地質(zhì)條件復(fù)雜,使橋梁基礎(chǔ)工程浩大,技術(shù)復(fù)雜,難度高,工期長,費(fèi)用昂貴,在這樣的場合修建一般大跨度橋梁,往往難以獲得滿意的經(jīng)濟(jì)效果,通過橋梁上、下部構(gòu)造技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析比較,最終確定采用更大跨度(300～500m以上)的長大橋梁,作為建設(shè)方案仍是較為經(jīng)濟(jì)合理的?？缭酱蠼蠛拥臉蛄?為滿足通航的要求而采用長大橋梁建設(shè)方案的情況,也是常見的。

2 我國長大橋梁技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀

2.1 斜拉橋

斜拉橋作為一種拉索體系,比梁式橋有更大的跨越能力。由于拉索的自錨特性而不需要懸索橋那樣巨大錨碇,加之斜拉橋有良好的力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),已成為大跨度橋梁最主要橋型,在跨徑 200～800m的范圍內(nèi)占據(jù)著優(yōu)勢,在跨徑 800～1 100m特大跨橋梁角逐競爭中,斜拉橋?qū)缪葜匾巧?/p>

斜拉橋由索塔、主梁、斜拉索組成,選擇不同的結(jié)構(gòu)外形和材料可以組合成多彩多姿、新穎別致的各種形式。索塔型式有 A型、倒 Y型、H型、獨(dú)柱,材料有鋼、混凝土的。主梁有混凝土梁、鋼箱梁、混合式梁。斜拉索布置有單索面、平行雙索面。目前,拉索材料主要有熱擠 PE防護(hù)平行鋼絲索、PE外套防護(hù)鋼絞線。

最早的現(xiàn)代斜拉橋是 1956年瑞典建成的主跨 182.6m斯特倫松德橋。半個(gè)世紀(jì)以來,世界已建成主跨200m以上的斜拉橋 200余座,其中,跨徑大于 400m的 40余座。

我國 1975年在四川云陽建成第一座主跨 76m的混凝土斜拉橋,至今已建成各種斜拉橋 200多座,其中跨徑大于200m的近 100座,大于 400m跨度的 20多座。在建的蘇通長江大橋主跨 1 080m,香港昂船洲大橋主跨1 020m。建成后將為世界斜拉橋之最。

表1 中國主跨 400m以上斜拉橋

我國斜拉橋設(shè)計(jì)施工水平已邁入國際先進(jìn)行列,部分成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。

目前正在建設(shè)的香港昂船洲大橋、主跨 1 018m,江蘇蘇通大橋,其主跨超過 1 088m,斜拉橋建設(shè)技術(shù)將有新的突破。

2.2 懸索橋

懸索橋是特大跨徑橋梁的主要形式之一,懸索橋優(yōu)美的造型和宏偉規(guī)模,人們常將它稱為“橋梁皇后”?？鐝酱笥?00m的橋梁,懸索橋具有很大的競爭力。

現(xiàn)代懸索橋從 1883年美國建成布魯克林橋(主跨486m)開始,至今已有 120年的歷史。20世紀(jì) 30年代,美國建成喬治華盛頓橋(主跨 1 067m)和舊金山金門大橋(主跨1 280m),懸索橋跨徑突破千米。20世紀(jì) 80年代至今,世界修建懸索橋進(jìn)入鼎盛時(shí)期,世界已建成跨徑大于 1 000m的懸索橋 17座;日本于 1998年建成了世界最大跨徑的明石海峽大橋,是世界建橋史上的一座豐碑。

我國建設(shè)懸索橋異軍突起,我國懸索橋設(shè)計(jì)和施工水平已達(dá)到國際先進(jìn)水平。1995年率先建成汕頭海灣大橋后的5年內(nèi),相繼建成了江陰長江大橋(主跨 1 385m)、香港青馬大橋(主跨 1 377m)等 11座大跨度懸索橋。主跨 1 490m的潤楊長江大橋?qū)⒂?2005年建成。我國正在規(guī)劃建設(shè)的有青島海灣大橋(主跨 1 652 m),瓊州海峽大橋 (主跨1 600m),香港青龍大橋(主跨 1 418m),舟山西堠門跨海大橋(主跨1 350m),武漢陽邏長江大橋(主跨 1 280m)。

世界已建成跨徑大于 1 000m的懸索橋 17座;日本于1998年建成了世界最大跨徑的明石海峽大橋,是世界建橋史上的一座豐碑。

表2 中國主跨 450m以上的懸索橋

2.3 PC連續(xù)剛構(gòu)橋

PC連續(xù)剛構(gòu)橋比PC連續(xù)梁橋和PCT型剛構(gòu)橋有更大的跨越能力。近年來,各國修建 PC連續(xù)剛構(gòu)橋很多,隨著世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展,PC連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)⒌玫礁彀l(fā)展。1998年挪威建成了當(dāng)時(shí)世界第一stolma橋(主跨 301m)和世界第二拉夫特橋(主跨 298m),將 PC連續(xù)剛構(gòu)橋跨徑發(fā)展到頂點(diǎn),世界已建成跨度大于 240 m的PC梁橋 17座,中國占 7座。

1988年建成廣東洛溪大橋,開創(chuàng)了我國建造大跨 PC連續(xù)剛構(gòu)橋先河,十多年來,我國建成跨徑大于120m的PC梁橋 100多座。在建的主跨 330m的重慶石板坡長江大橋,建成后將是世界最大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋。

我國大跨徑 PC連續(xù)剛構(gòu)橋和PC梁橋的建造技術(shù),已居世界領(lǐng)先水平。

表 3 我國大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋

3 世界橋梁的發(fā)展趨向

(1)大跨度橋梁向更長、更大、更柔的方向發(fā)展,展望未來,我國將迎來修建 1 000m以上長大斜拉橋和 2 000m級的長大懸索橋的挑戰(zhàn),為此,尚有一系列技術(shù)課題有待研究解決。

(2)新材料的開發(fā)和應(yīng)用。

新材料應(yīng)具有高強(qiáng)、高彈模、輕質(zhì)的特點(diǎn),研究超高強(qiáng)硅煙和聚合物混凝土、高強(qiáng)雙相鋼絲鋼纖維增強(qiáng)混凝土、纖維塑料等一系列材料取代目前橋梁用的鋼和混凝土。

(3)在設(shè)計(jì)階段采用高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)輔助手段,進(jìn)行有效的快速優(yōu)化和仿真分析,運(yùn)用智能化制造系統(tǒng)在工廠生產(chǎn)部件,用 GPS和遙控技術(shù)控制橋梁施工。

(4)大型深水基礎(chǔ)工程:目前世界橋梁基礎(chǔ)尚未超過100m深?；A(chǔ)工程,下一步需進(jìn)行100～300m深?；A(chǔ)的實(shí)踐。

我國同江至三亞主干線上有:渤海灣(57 km)、長江口、杭州灣、珠江口伶丁洋、瓊州海峽等 5個(gè)跨海橋梁工程,舟山大陸連島工程、青島至黃島連島工程、長江、珠江、黃河等眾多的橋梁工程。

(5)橋梁建成交付使用后,將通過自動監(jiān)測和管理系統(tǒng)保證橋梁的安全和正常運(yùn)行,一旦發(fā)生故障或損傷,將自動報(bào)告損傷部位和養(yǎng)護(hù)對策。

(6)重視橋梁美學(xué)及環(huán)境保護(hù)。

[1] 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) JTG-B01-2003中華人民共和國交通部.

[2] 顏娟,黃才良,張哲 .雙主梁式斜拉橋主梁有效寬度[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,23(1):46-48.

[3] 韋成龍,曾慶元等 .肋板結(jié)構(gòu)受壓構(gòu)件的剪力滯效應(yīng)分析[J].力學(xué)與實(shí)踐,2001,(2):41-43.

[4] 王少春,賁曉明 .沈陽市鳥島斜拉橋主塔冬期施工[J].遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2006,8(2):4-6.