【編者按】7月15日，中國交通新聞網(wǎng)登載《四川省公路設計院公司負責設計的合江長江一橋、瀘定大渡河大橋奪得2項國際橋梁界“諾貝爾獎”》，詳細介紹了我司負責設計的、勇奪喬治·理查德森金獎、古斯塔夫斯·林德撒爾金獎的合江長江一橋、瀘定大渡河大橋的科技創(chuàng)新。原文載于《四川交通》2019年6月刊。
北京時間6月12日，在國際橋梁大會第36屆年會上，四川公路規(guī)劃勘察設計研究院有限公司（以下簡稱省公路設計院公司）負責設計的合江長江一橋、瀘定大渡河大橋分別奪得被譽為橋梁界“諾貝爾獎”的喬治·理查德森金獎、古斯塔夫斯·林德撒爾金獎。這2個項目是從港珠澳大橋、南京四橋等一系列優(yōu)秀橋梁中選出，代表我國參選的。
國際橋梁大會獎項簡介
國際橋梁大會是美國西賓夕法尼亞州工程師協(xié)會主辦的極具聲譽的國際橋梁學術會議，在世界橋梁界具有極高的影響力。
國際橋梁大會的獎項設立于1988年，共設有喬治·理查德森金獎、古斯塔夫斯·林德撒爾金獎、約翰·盧布林金獎（該項獎為個人獎項）、亞瑟·海頓獎和尤金·菲戈獎等五個獎項，每年評選一次，先由世界各國的橋梁學會，對本國的橋梁經(jīng)過嚴格比選后，再推薦至國際橋梁大會評選。每個獎項每年至多只有1項橋梁工程獲獎（如評委認為該年參選項目達不到要求，獎項可空缺），迄今已成功舉辦35屆，被譽為橋梁界的“諾貝爾獎”。其中，喬治·理查德森獎為設立最早、影響最大的獎項，授予給近期完成的在世界橋梁工程設計、施工、科研方面取得杰出成就工程項目的獎項，是分量最重的獎項。古斯塔夫斯·林德撒爾獎是國際橋梁大會一項為優(yōu)秀橋梁工程規(guī)范設立的杰出成就獎，評選內(nèi)容主要包括橋梁的實用性、技術創(chuàng)新、材料革新、外觀設計、環(huán)境協(xié)調(diào)以及其公眾參與度等。
合江長江一橋：鋼管混凝土橋梁的里程碑
合江長江一橋位于瀘州至重慶高速公路的四川瀘州市合江縣，主跨530ｍ，是目前世界最大跨徑的鋼管混凝土拱橋，全長841ｍ，橋?qū)?8ｍ，雙向4車道，設計速度120Ｋｍ/ｈ，于2013年建成通車，總投資2.5億元，比同等跨度的懸索橋節(jié)省投資約6000萬元。
在設計中，設計師們開展了一系列科技研發(fā)，創(chuàng)立了主拱科學計算方法及主拱與主梁合理構造設計，開發(fā)了主拱新性能材料、施工技術與裝備，主要有六項創(chuàng)新：3項結構設計創(chuàng)新，即橋梁拱肋、橫撐構造、主梁形式的創(chuàng)新，減少了鋼材用量，減輕了結構自重，降低了施工風險和建造成本。一是對矩形桁式拱肋進行加勁，即在吊桿處受壓腹管采用全加勁，其余受壓腹管采用淺加勁，解決受壓腹管穩(wěn)定問題，增強拱肋整體剛度。二是根據(jù)主拱橫向受力行為特點，提出一種新的組合式橫撐，每組橫撐設置在主拱的同一獨立單元內(nèi)。相比傳統(tǒng)的橫撐形式，橫撐與主拱連接處的振動應力峰值降低20%，減少現(xiàn)場焊接接頭58%，減少材料用量23%，顯著減輕懸拼單位質(zhì)量，大幅減少接頭高空安裝量和焊接量。三是主梁采用“鋼格子梁+鋼-混組合橋面板”的新型結構，這種組合結構橋面板總厚度僅為15厘米，整體性好，比鋼筋混凝土橋梁自重減輕58%，比傳統(tǒng)的鋼混疊合梁自重減輕20%，比鋼箱梁用鋼量減少約27%。
2項施工工藝創(chuàng)新，即一體化節(jié)段安裝技術、混凝土灌注工藝的創(chuàng)新，實現(xiàn)了低成本、高精度、零事故的大橋安裝，首次解決了500米級鋼管混凝土拱橋拱圈成拱問題。研發(fā)了制造、運輸和安裝一體化節(jié)段單元，制造、運輸和安裝不需要臨時構件，工廠內(nèi)實現(xiàn)了高精度整體制造，空中安裝僅需完成主管接頭的就位匹配和焊接。較傳統(tǒng)單元重量減輕30%，高空接頭焊接量減少33%，實現(xiàn)每天安裝1個節(jié)段，提高安裝速度2-3倍。提出了大型鋼管混凝土結構管內(nèi)混凝土真空輔助灌注方法，實現(xiàn)了高度120米、距離超500米、單管800立方米的管內(nèi)混凝土真空輔助三級連續(xù)泵送施工，保證了管內(nèi)混凝土灌注密實度滿足設計要求。這就大大縮短了工期，也降低了風險和費用。
1項混凝土材料的創(chuàng)新，即研發(fā)了大流動度泵送自密實補償收縮混凝土，克服了傳統(tǒng)混凝土流動性較低、很容易造成管內(nèi)混凝土內(nèi)部孔洞的問題，經(jīng)超聲波、鉆孔、光纖等手段檢測，主拱內(nèi)混凝土的最大脫空率為0.3%，最大脫空高度為2毫米，完全滿足鋼管和混凝土協(xié)同受力的要求，解決了大跨鋼管混凝土拱橋脫空頑疾。
這些科技創(chuàng)新支撐制訂了世界首部鋼管混凝土拱橋設計規(guī)范，使合江長江一橋成為材料節(jié)省、經(jīng)濟美觀、低碳環(huán)保可持續(xù)的橋梁典范，成為鋼管混凝土拱橋發(fā)展史上的里程碑。鋼管混凝土拱橋作為省公路設計院公司首創(chuàng)的橋型，是中國橋梁工程自主創(chuàng)新典型的代表，該橋獲獎表明國際橋梁界對鋼管混凝土拱橋的認同和認可，業(yè)界已形成“鋼管混凝土拱橋，世界看中國，中國看四川”的共識。
合江長江一橋是鋼管混凝土拱橋跨徑的重大突破，是這一橋型的標志性橋梁。其科技創(chuàng)新成果促進了跨徑575ｍ的廣西平南三橋、跨徑510ｍ的合江長江三橋等大量大跨鋼管混凝土拱橋的建設，支撐省公路設計院公司完成了國際國內(nèi)第一部公路鋼管混凝土拱橋設計規(guī)范的編制。中國土木工程學會評價：“該橋的順利建成促進了行業(yè)科技進步，推動了鋼管混凝土拱橋向更大跨徑發(fā)展，對山區(qū)公路、鐵路超大跨度拱橋的建設具有重要的推動作用，其技術在一系列大型工程中得到了應用，也進一步彰顯了我國拱橋在國際上的重要地位。”
瀘定大渡河大橋：引領千米大跨懸索橋技術創(chuàng)新
省公路設計院公司設計的四川雅安至康定高速公路瀘定大渡河大橋是一座1100ｍ單跨鋼桁梁懸索橋。橋道系采用鋼混組合橋面板。主纜矢跨比1/9，采用平行雙吊索體系，吊索間距10ｍ，跨中設中央扣。左岸采用深159ｍ的隧道錨，右岸采用重力錨；兩岸均為188ｍ高鋼筋混凝土門形橋塔。大橋橋面寬度24.5ｍ，雙向四車道，設計速度80ｋｍ/ｈ,設計壽命100年。2018年12月正式通車。
瀘定大渡河大橋總體設計特點可用“高、大、上”概括?！案摺庇腥?，橋高，橋位海拔高達1617米，橋面至水面高差達239米，主墩索塔高達188米，橋塔頂至水面高差達364米；邊坡高，雅安岸邊坡高達100米；地震烈度高，為Ⅷ度區(qū)?！按蟆庇腥螅L大，峽谷多霧、氣象多變、風場紊亂，瞬間風速達32.6米/秒，相當于12級臺風風速；溫差大，晝夜溫差高達15℃以上；砼體積大，一是承臺大，表面積達2200平方米，相當于5個籃球場，砼方量18650立方米，二是重力式錨碇大，錨碇平面面積達5100平方米，相當于12個籃球場，大體積砼方量91000立方米?！吧稀庇袃蓚€第一，一是雅安岸隧道式錨碇長159米，世界第一；二是懸索橋主跨1100米，川藏第一?！?br/>
大橋地形地質(zhì)條件極其復雜，是建設在高海拔、高地震烈度區(qū)、復雜風場環(huán)境下的超大跨徑鋼桁梁懸索橋標志性工程。大橋設計采用波形鋼腹板組合橫梁、鉸接式耗能型中央扣提高抗震性能，采用人字型抗滑樁和框架錨索防止次生地質(zhì)災害，并巧妙處理了大橋隧道錨碇與公路隧道相互干擾的復雜關系。其中兩大創(chuàng)新設計為業(yè)界首創(chuàng)，一是首次將防屈曲鋼支撐用作懸索橋的中央扣，在強烈地震時，中央扣屈服耗能，從而保證主梁安全；二是首次將波形鋼腹板與混凝土頂?shù)装宓慕M合結構作為橋塔橫梁，充分利用兩者的結構優(yōu)點，既克服了混凝土橫梁和鋼橫梁在抗震方面的不足，又簡化了塔柱—橫梁連結構造。這一系列創(chuàng)新設計，有效攻克了抗震、防風、固邊坡等建設難題，使其成為極其復雜條件下特大跨橋梁建設的示范工程。
同時，該橋也是人類工程技術與大自然完美結合的典范，大橋已經(jīng)成為當?shù)氐臉酥拘越ㄖ?br/>
瀘定大渡河大橋是省公路設計院公司設計的第一座跨度千米以上的懸索橋，工程師采用富有想象力和創(chuàng)新性的工程技術填補了橋隧連接布置形式的空白，攻克了高烈度地震區(qū)混凝土橋塔設計技術難題，對山區(qū)大跨徑懸索橋具有極大的借鑒意義和推廣價值，其設計創(chuàng)新具有承前啟后的作用。
長期以來，省公路設計院公司對懸索橋技術進行了堅持不懈的探索創(chuàng)新。先后設計了1996年底建成通車的單跨450米的鋼桁梁懸索橋豐都長江大橋、2001年9月建成通車的主跨560米的忠縣長江大橋、2012年底建成通車主跨820米的南溪長江大橋等典型項目。正在設計的沿江高速永善支線金沙江大橋是省公路設計院公司設計的第二座千米級懸索橋，主跨1030米，在已有懸索橋設計經(jīng)驗的基礎上進一步結合技術特色，擬采用板桁結合的鋼混組合橋道系和鋼管混凝土索塔，更加突出經(jīng)濟、創(chuàng)新、美觀。
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