薄霧繞青峰，長(zhǎng)橋臥波，未云何龍。
甲辰龍年春節(jié)即將到來(lái)之際，由我會(huì)副理事長(zhǎng)單位廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司（下稱(chēng)“廣西交設(shè)”）承接的世界最大跨徑拱橋——天峨龍灘特大橋于2月1日正式通車(chē)。
天峨龍灘特大橋
從趙州橋、寶帶橋到頤和園十七孔橋，從合江長(zhǎng)江一橋、平南三橋再到天峨龍灘特大橋，拱橋——這一中華民族重要的文化符號(hào)和工程名片，再一次，向全世界展現(xiàn)勃勃生機(jī)和獨(dú)特魅力。
此刻，回望天峨龍灘特大橋風(fēng)雨兼程的勘察設(shè)計(jì)之路，工程師們堅(jiān)守初心、執(zhí)著匠心、創(chuàng)新求變的奮斗足跡熠熠生輝。
院士領(lǐng)銜 造福百姓
習(xí)近平總書(shū)記在“國(guó)家工程師獎(jiǎng)”首次評(píng)選表彰之際作出的重要指示中指出，工程師是推動(dòng)工程科技造福人類(lèi)、創(chuàng)造未來(lái)的重要力量。
在橋梁工程領(lǐng)域，每一種橋型都有其最經(jīng)濟(jì)適用的跨度范圍，低于或超過(guò)這一范圍，雖然也可能建成，但往往不夠經(jīng)濟(jì)。而以更經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)更大的跨度，讓中華拱橋造福世界，是中國(guó)工程院鄭皆連院士不變的初心。幾十年來(lái)，他帶領(lǐng)大跨拱橋關(guān)鍵技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)潛心探索，矢志不渝推動(dòng)拱橋科研和工程技術(shù)創(chuàng)新，取得了一系列重大成就。
廣西深谷、江河地形眾多，喀斯特地貌遍布，且作為后發(fā)展地區(qū)，交通建設(shè)困難重重。如何在螺螄殼里做道場(chǎng)，用最經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)八桂人民大道通達(dá)的美好愿望，是以鄭皆連院士為代表的廣西交通工程師們需要作答的時(shí)代之問(wèn)、人民之問(wèn)。
時(shí)間撥回到2020年，在天峨龍灘特大橋立項(xiàng)之初，年屆耄耋的鄭皆連院士剛剛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成世界最大跨徑拱橋平南三橋的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了鋼管混凝土拱橋575米主跨的新紀(jì)錄，不僅質(zhì)量?jī)?yōu)良，而且將建設(shè)周期縮短到了28個(gè)月。
“中國(guó)拱橋已經(jīng)贏得世界聲譽(yù)，無(wú)論是建造技術(shù)還是數(shù)量，都已挺進(jìn)到世界前列。”彼時(shí)已經(jīng)站在巔峰的鄭皆連院士團(tuán)隊(duì)已無(wú)需向外界證明中國(guó)拱橋建造技術(shù)在世界范圍的實(shí)力。
直到天峨龍灘特大橋的出現(xiàn)。
面對(duì)更為險(xiǎn)峻的天塹和更加苛刻的建設(shè)條件，鄭皆連院士決定“再冒一次險(xiǎn)”，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)身走進(jìn)龍灘庫(kù)區(qū)的密林峽谷，全過(guò)程深度參與大橋建設(shè)。
鄭皆連院士與大橋建設(shè)團(tuán)隊(duì)在施工現(xiàn)場(chǎng)
“沒(méi)有鄭院士就沒(méi)有天峨龍灘特大橋。”大跨拱橋關(guān)鍵技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)成員，時(shí)任廣西交設(shè)黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)黃德耕表示，鄭皆連院士作為天峨龍灘特大橋的總設(shè)計(jì)師，面對(duì)這前所未有的挑戰(zhàn)，多方奔走，帶領(lǐng)廣西交設(shè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以降低前所未有跨度潛在風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)，圍繞拱肋截面承載力計(jì)算、施工期非線性穩(wěn)定等方面進(jìn)行大膽探索，開(kāi)展了針對(duì)超大跨徑勁性骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)全面綜合的研究工作，以一流的科研引領(lǐng)設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研、用一體化發(fā)展。
方案比選 科學(xué)審慎
為什么主跨要達(dá)到600米？
龍灘水庫(kù)庫(kù)區(qū)以其水面開(kāi)闊又稱(chēng)“天湖”，煙波浩渺，倒影沉碧，但兩岸岸坡陡峭，最大水深達(dá)160米，常年水位落差45米，水中無(wú)法立墩，因此跨度不能小于600米。
在鄭皆連院士的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)向自治區(qū)交通運(yùn)輸廳和項(xiàng)目業(yè)主廣西交通投資集團(tuán)提出了2個(gè)橋位、5個(gè)橋型方案。
專(zhuān)家組第一次工作會(huì)議
“首先是線位，順直的線位更節(jié)省工程投資，但當(dāng)時(shí)因?yàn)楦樦钡?/font>K線存在小樁號(hào)側(cè)滑坡堆積體問(wèn)題，我們一度考慮過(guò)相對(duì)沒(méi)有那么順直的B10線。” 天峨龍灘特大橋項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一、廣西交設(shè)副總工程師商從晉介紹，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了多個(gè)線位的比選，發(fā)現(xiàn)更順直的K線有一處巨型古滑坡堆積體，體積可填滿1800多座標(biāo)準(zhǔn)游泳池，這一堆積體是否處于穩(wěn)定狀態(tài)？是否會(huì)威脅橋梁安全？這是線路選擇首先要搞清楚的問(wèn)題。
在鄭院士的指導(dǎo)下，勘察設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)一直沒(méi)有放棄更經(jīng)濟(jì)的順直線路。廣西交設(shè)巖土工程勘察設(shè)計(jì)院工程師運(yùn)用鉆探、槽探、高密度電法物探、孔內(nèi)電視、孔內(nèi)聲波測(cè)井、剪切波測(cè)井、原位測(cè)試、孔內(nèi)壓水試驗(yàn)等多種方法和手段，對(duì)橋位及周邊區(qū)域進(jìn)行“望、聞、問(wèn)、切”，由表及里做了一次全面“體檢”，為選線提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)資料。K線在經(jīng)過(guò)詳細(xì)論證、補(bǔ)充完善了堆積體加固處置方案后，相較于B10線仍節(jié)省建安費(fèi)2.3億元。“大橋建設(shè)3年來(lái)，在各種極端工況下滑坡堆積體穩(wěn)定，再次證明當(dāng)初選擇的正確性。”
600米跨度，可選橋型有斜拉橋、懸索橋和大跨拱橋？紤]到滑坡堆積體，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將5個(gè)橋型方案進(jìn)一步優(yōu)化至3個(gè)，包括組合梁斜拉橋、上承式鋼管混凝土拱橋、上承式勁性骨架拱橋。
“三個(gè)方案主跨相當(dāng)，按常規(guī)思路，600米跨度可以采用斜拉橋方案一跨過(guò)江，但工程投資和后期養(yǎng)護(hù)成本都比較高。拱橋方案則可以比斜拉橋方案節(jié)省建安費(fèi)1.2億元。”商從晉表示，由于大橋橋址深處山區(qū)、庫(kù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)，運(yùn)輸條件受限，環(huán)境保護(hù)要求也高，勁性骨架混凝土拱橋在制造加工、運(yùn)輸、環(huán)保方面比鋼管混凝土拱橋更有優(yōu)勢(shì)，且后期養(yǎng)護(hù)成本最低。
但是，難度和風(fēng)險(xiǎn)也是最高的。
因?yàn)槭澜缟线沒(méi)有一座跨徑超過(guò)600米的拱橋，當(dāng)前最大跨徑的勁性骨架混凝土拱橋的主跨只有445米（滬昆高鐵北盤(pán)江特大橋，2016年建成）。
這意味著，600米跨徑的勁性骨架混凝土拱橋方案將遠(yuǎn)超現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范適用范圍，世界上也沒(méi)有如此規(guī)模的工程實(shí)例可供參考借鑒。
如何選擇？
自治區(qū)交通運(yùn)輸廳、廣西交通投資集團(tuán)秉承著對(duì)歷史和人民負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供的方案進(jìn)行了將近1年的研討，組織召開(kāi)過(guò)8次專(zhuān)家評(píng)審會(huì)，廣泛聽(tīng)取意見(jiàn)，最終確定選用600米跨徑的勁性骨架混凝土拱橋方案。
看似并不復(fù)雜的方案比選背后，不僅藏著鄭皆連院士和廣西交設(shè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?zhuān)業(yè)素養(yǎng)、為民造福的初心匠心，更體現(xiàn)著廣西交通工程師乃至整個(gè)廣西交通行業(yè)創(chuàng)新求變、勇攀高峰的進(jìn)取精神和不懈斗志。
矢志創(chuàng)新 克難攻堅(jiān)
方案確定之后，橫在設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面前的第一道難關(guān)就是計(jì)算方法的選擇。
廣西交設(shè)副總工程師何志芬說(shuō)，對(duì)于常規(guī)橋梁，工程師可以參考設(shè)計(jì)規(guī)范，找到大多數(shù)問(wèn)題的解決對(duì)策，但600米跨度的拱橋已經(jīng)遠(yuǎn)超常規(guī)計(jì)算方法的適用范圍。
經(jīng)過(guò)與專(zhuān)家組多次討論，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將拱橋的實(shí)際受力特點(diǎn)作為突破口和落腳點(diǎn)，聯(lián)合國(guó)內(nèi)頂尖高校和科研機(jī)構(gòu)扎實(shí)開(kāi)展超大跨度拱橋計(jì)算方法研究，首次明確勁性骨架拱橋應(yīng)采用容許應(yīng)力+二類(lèi)穩(wěn)定極限承載力結(jié)構(gòu)分析方法，以這個(gè)計(jì)算方法為核心的設(shè)計(jì)指南于2021年3月通過(guò)專(zhuān)家組評(píng)審。
設(shè)計(jì)指南評(píng)審會(huì)
天峨龍灘特大橋跨徑超同類(lèi)型橋梁世界紀(jì)錄155米，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面臨的第二道難關(guān)是如何降低施工風(fēng)險(xiǎn)。“外包混凝土”——鄭皆連院士在一開(kāi)始就給團(tuán)隊(duì)指出了關(guān)鍵所在。
設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)多座同類(lèi)型大橋進(jìn)行了對(duì)比調(diào)研，結(jié)合相關(guān)學(xué)者研究結(jié)論，打破傳統(tǒng)，首次提出“強(qiáng)骨架、弱鋼筋”“強(qiáng)橫筋、弱縱筋”的設(shè)計(jì)思路，增加骨架剛度，降低骨架應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)大橋減少普通鋼筋3500噸，極大降低了工程風(fēng)險(xiǎn)和施工難度，同時(shí)也有利于防止外包混凝土開(kāi)裂。
設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與鋼結(jié)構(gòu)加工單位深度交流
“除了要降低風(fēng)險(xiǎn)，我們還要想辦法降低外包混凝土應(yīng)力。”大橋另一位設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人，廣西交設(shè)橋梁設(shè)計(jì)研究院總工程師黎棟家介紹，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)拱肋方案進(jìn)行了全面的優(yōu)化，包括板拱改為肋拱、等高改為變高，此外針對(duì)拱箱高度、拱軸系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比。“我們完成了超過(guò)100種方案的計(jì)算分析和40余種構(gòu)造細(xì)節(jié)局部實(shí)體模擬。”通過(guò)一系列優(yōu)化措施，大橋最終的外包混凝土方量減少到了28000立方，運(yùn)營(yíng)階段外包混凝土最大應(yīng)力水平與400米同類(lèi)型拱橋相當(dāng)。
勁性骨架混凝土拱橋結(jié)構(gòu)受力和與外包混凝土澆筑順序直接相關(guān)，因此降低風(fēng)險(xiǎn)的第三項(xiàng)重要措施是確定合理的外包工序。
“我們首次研發(fā)了針對(duì)600米跨拱橋外包混凝土的‘三環(huán)六段八工作面’均勻加載方案，這個(gè)方案能夠很好地調(diào)控施工階段應(yīng)力，整個(gè)澆筑過(guò)程外包混凝土最大拉應(yīng)力控制在0.5兆帕以?xún)?nèi)。”黎棟家說(shuō)。在優(yōu)化了均勻加載的設(shè)計(jì)方案后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)再次深入施工現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)時(shí)跟蹤外包混凝土施工全過(guò)程，開(kāi)展了外包混凝土不平衡澆筑的影響研究，開(kāi)發(fā)了勁性骨架外包混凝土不平衡澆筑控制系統(tǒng)，在分環(huán)分段方案基礎(chǔ)上，分析每次澆筑上下游拱肋、左右岸、高低泵間的不平衡澆筑對(duì)拱肋位移影響、應(yīng)力影響，細(xì)到一臺(tái)罐車(chē)混凝土的偏差量，目的是為該節(jié)段澆筑過(guò)程設(shè)定澆筑量偏差的邊界值，從而即時(shí)指導(dǎo)施工。
設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在施工現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)
三年工期，廣西交設(shè)深度參與施工，形成了“一名常駐、多名輪崗”的多設(shè)代工作機(jī)制，全過(guò)程跟蹤大橋建設(shè)，積極參與各項(xiàng)施工方案的編制，開(kāi)展施工過(guò)程的大臨設(shè)施、施工方案輔助驗(yàn)算和施工過(guò)程優(yōu)化方案計(jì)算，總共超過(guò)20個(gè)專(zhuān)題，還開(kāi)展了15項(xiàng)科研、試驗(yàn)；廣西交設(shè)全資子公司廣西交通工程檢測(cè)有限公司則研發(fā)了鋼結(jié)構(gòu)焊接加工過(guò)程應(yīng)力和內(nèi)力自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大橋鋼桁節(jié)段從桿件、部件、構(gòu)件到結(jié)構(gòu)的全過(guò)程監(jiān)測(cè)，為大橋的順利施工提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和保障。
晴空萬(wàn)里，天峨龍灘特大橋如一條巨龍，氣貫長(zhǎng)虹，又精巧靈動(dòng)，飛跨在瀲滟波光之上。
大橋的通車(chē)，承托起沿線人民奔向幸福的希望，將帶動(dòng)更多周邊群眾和產(chǎn)業(yè)因橋而興，龍騰四海。
大橋的通車(chē)，更展現(xiàn)出了廣西拱橋建設(shè)品牌的精彩卓越，而勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中體現(xiàn)出的堅(jiān)守初心、創(chuàng)新求變、勇攀高峰的精神，必將激勵(lì)每一位廣西交設(shè)人奮勇前行，繼續(xù)書(shū)寫(xiě)更多更精彩的奮斗篇章。