設(shè)計“川藏第一橋”

文/四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院 何薇 喻翔

抗震、防風、固邊坡

沿著雅康高速公路從雅安到天全，再到瀘定、康定，一路向西，翻越巍峨二郎山，抵達大渡河畔，這里有一座被網(wǎng)友們稱為“超燃”和“震撼世界”的工程—雅康高速公路大渡河興康特大橋。從2014年開工建設(shè)至今，歷時4年，興康特大橋于2018年下半年順利完成橋面鋪設(shè)，具備了通車能力。興康特大橋位于海拔高達1617米的瀘定縣咱里村，下距著名的紅軍橋5.2公里，主橋為1100米單跨鋼桁梁懸索橋，引橋為34米跨連續(xù)現(xiàn)澆箱梁橋，全橋長1411米，橋面至水面高差達239米，水面至橋塔頂高差達364米。

2017年，依托雅康高速二郎山特長公路隧道項目，四川省交通運輸廳授予中鐵十二局集團有限公司2016年施工標準化優(yōu)秀合同段。

除了超大跨徑，大橋還面臨著極其復(fù)雜的建設(shè)條件。“大橋地形地質(zhì)條件極其復(fù)雜，抗震、防風、固邊坡是勘察設(shè)計面臨的三大難題。”四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院副總工程師陶齊宇介紹說，“為優(yōu)質(zhì)高效完成這項艱巨任務(wù)，我們多次現(xiàn)場勘察、實地調(diào)研，多項科研試驗同步開展，無數(shù)次深入細致地研究論證，克服了種種困難。”據(jù)了解，興康特大橋位于鮮水河斷裂帶、龍門山斷裂帶、川滇南北斷裂帶三大斷裂帶的交匯區(qū)域，西距活動斷裂帶—鮮水河斷裂帶約22公里，地震基本烈度為Ⅷ度，E2水準的地表峰值加速度為0.49克，居同類大橋之首，為工程抗震提出了極高要求。同時，橋址區(qū)位于高山峽谷區(qū)，橋面設(shè)計風速每秒32.6米，相當于12級大風，具有風速高、湍流強、風攻角大等特點，加上干熱河谷熱力驅(qū)動效應(yīng)，風場特別紊亂，風環(huán)境特別復(fù)雜，防風設(shè)計面臨考驗。此外，大橋兩岸邊坡高陡，坡度超過35度，又是巖土二元結(jié)構(gòu)，地震時邊坡垮塌會形成碎屑流，尤其是強震條件下雅安岸邊坡穩(wěn)定性是一個非常突出的問題。

四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院總工程師牟廷敏（右）正在與施工人員討論技術(shù)難點

方案再優(yōu)化

自工程開工以來，勘察設(shè)計團隊就常駐工地現(xiàn)場，實地指導(dǎo)、解決了施工中的大量技術(shù)問題：為科學(xué)合理選擇橋位，按照趨利避害、抗災(zāi)能力一票否決的原則，團隊結(jié)合大渡河兩岸地形、地質(zhì)條件等實際情況共布設(shè)了不同標高的10個橋位方案，經(jīng)過反復(fù)研究比選，推薦綜合防災(zāi)減災(zāi)性能最好的咱里高橋位；為解決結(jié)構(gòu)抗震問題，進行了大量的結(jié)構(gòu)數(shù)值分析，專門開展了波形鋼腹板與混凝土頂?shù)装褰M合橫梁的抗震試驗研究，對數(shù)值分析加以驗證；為解決地質(zhì)和邊坡穩(wěn)定問題，開展了詳細的地質(zhì)勘察，同步開展了大量現(xiàn)場測試和試驗研究工作，比如現(xiàn)場大剪試驗、冰磧土層接觸面原位直剪試驗、壓縮及剪切蠕變試驗、1∶10隧道錨模擬試驗等，僅地質(zhì)鉆孔長度就超過大橋總長的兩倍多；為掌握風場規(guī)律，在現(xiàn)場建立了聲雷達風廓線儀觀測站和四要素自動氣象站，獲取現(xiàn)場風場資料，開展了地形CFD分析、地形模型風洞試驗、主梁節(jié)段模型風洞試驗及等系列研究。

在震區(qū)崛起

勘察設(shè)計團隊憑借多年的技術(shù)積累，通過對多座相關(guān)山區(qū)特大橋梁的技術(shù)總結(jié)，并邀請包括多名院士在內(nèi)的業(yè)界權(quán)威專家會商研究，以減輕、防止橋梁自然災(zāi)害為根本出發(fā)點，從橋位、橋型的選擇入手，宏觀把控、小處著手，實現(xiàn)了設(shè)計理念、設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新，成功解決了該項目的關(guān)鍵技術(shù)難題：在解決高烈度地震區(qū)特大跨徑橋梁抗震問題方面，大膽更新傳統(tǒng)理念，在橋塔塔柱、橋塔橫梁、中央扣、約束體系等環(huán)節(jié)均有關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，其中兩大創(chuàng)新設(shè)計為業(yè)界首創(chuàng)；為解決大橋隧道錨和瀘定隧道的沖突干擾，創(chuàng)造性地采用反向平曲線設(shè)計，將瀘定隧道左右兩幅分離，布置在大橋隧道錨的外側(cè)，極大地減小了隧道錨和公路隧道的相互影響，為山區(qū)橋隧相連的懸索橋總體布置提供了一條嶄新的思路；為消除地震時邊坡垮塌形成的碎屑流對大橋的威脅，創(chuàng)新邊坡防護理念，將雅安岸第一排和第二排抗滑樁按布置，采用“疏導(dǎo)”的方式，將強震產(chǎn)生的碎屑流沿斜向?qū)С龃髽蚍秶_保碎屑流不危害大橋構(gòu)造物；為解決抗風問題，通過儀器觀測和科研試驗，獲取現(xiàn)場第一手風場資料，分析研究風場規(guī)律，得出合理、可信的設(shè)計風速，細化抗風設(shè)計，采取了投資省、效果好的抗風措施，設(shè)立大風預(yù)警系統(tǒng)，將大風對行車的影響降至最低；為解決冬季行車不受冰雪影響問題，經(jīng)充分論證研究，橋面標高確定為1619米，低于當?shù)?000米的雪線標高，可確保四季暢通。

此外，興康特大橋還是一個典型的“交通+旅游”項目，大橋本身雄偉壯觀，造型優(yōu)美，已成為當?shù)氐臉酥拘跃坝^建筑。設(shè)計團隊在充分考慮了景觀、旅游等因素后，設(shè)計了簡潔大方的觀光廊道。可以預(yù)見，大橋通車后，當?shù)貙⒗脴蛳聻o定水電站庫區(qū)開發(fā)水上游樂等項目，將大橋有效融入當?shù)刈匀蝗宋木坝^。

關(guān)于大橋的兩個“第一”和五個“首次”

兩個“第一”

?在建川藏第一大跨徑鋼桁梁懸索橋，主跨達1100米；

?在建世界第一長隧道式錨碇，雅安岸隧道式錨碇長159米。

五個“首次”

?四川省內(nèi)首次采用無人機牽引先導(dǎo)索過江；

?國內(nèi)首次在高海拔峽谷地區(qū)、復(fù)雜強勁風場條件下采用纜索吊裝系統(tǒng)架設(shè)千米級鋼桁梁；

?首次將防屈曲鋼支撐用作懸索橋的中央扣；

?首次將波形鋼腹板與混泥土頂?shù)装宓慕M合結(jié)構(gòu)作為橋塔橫梁；

?康定岸重力式錨碇設(shè)置在深厚的冰磧層覆蓋層內(nèi)，是國內(nèi)首次在冰磧層設(shè)計開挖如此大的深基坑。