匠心鑄就極智之美
——榮獲世界橋梁界“諾貝爾獎”的蕪湖長江公路二橋

2019-09-10 06:01:46吳志剛朱紅云余振

中國工程咨詢 2019年9期

文/吳志剛朱紅云余振

（作者單位：安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司）

2017年12月30日上午，蕪湖長江公路二橋勝利通車，八百里皖江再添飛虹。

作為安徽省“四縱八橫”高速公路網“縱二”的重要部分，以及國家高速路網徐州至福州高速公路的跨江通道，蕪湖長江公路二橋自建設之初便備受矚目。該項目起于蕪湖市無為縣，終于繁昌縣，路線全長約55.5公里，設計速度100公里/小時，跨江主引橋長約14公里，其中主橋長1622米，為主跨806米雙塔四索面分離式全漂浮鋼箱梁斜拉橋，索塔高262.48米，為皖江第一高塔。工程對于優化安徽省高速公路網與過江通道布局，促進兩岸聯動發展，貫徹落實國家長江經濟帶戰略部署具有重要的意義。

自2013年10月開工以來，蕪湖長江公路二橋先后攻克了深水基礎、高塔施工、大體積混凝土溫控、長大橋線形精度控制、索塔創新技術等技術難題，創造了我國乃至世界橋梁建設史上的多項第一：在大跨度橋梁中第一次創新采用同向回轉錨索系統，成為國際斜拉橋建設史上一個新的里程碑；長江上第一座雙分肢柱式塔；首創全漂浮獨柱塔體系；第一座采用弧底鋼箱梁的超大跨徑斜拉橋；第一次在所有梁段上運用對稱懸拼工藝，最大懸臂長度達到397米，刷新了國內斜拉橋施工的新紀錄。

歷時四年半建成的蕪湖長江公路二橋從設計到建造過程中展現出的“絕對實力”，讓其尚在建設期間，就憑借諸多技術創新獲得我國首個全球基礎設施建設領域的重要創新獎項——“BE創新獎”。大橋建成通車3個多月又再次榮獲第35屆國際橋梁大會（IBC）最高獎——喬治·理查德森獎，該獎項被譽為世界橋梁界的“諾貝爾獎”，在國際橋梁界享有崇高聲譽。兩項殊榮的先后取得在國際橋梁史上實屬罕見。那么，究竟是什么樣的一座橋梁，能夠令國際橋梁專家對其情有獨鐘、青睞有加呢？接下來，就讓我們來一睹真容!

高技術——同向回轉錨索系統讓塔柱“延年益壽”

我國是建設大跨徑混凝土斜拉橋的大國，相比在跨徑上的不斷突破，支撐技術發展相對滯后。一直以來，傳統斜拉橋的拉索體系普遍采用“拉力鉚固”方案，通常以齒塊、鋼錨箱、鋼錨梁等直接錨固在主塔上，強大的拉應力增加了橋塔混凝土的負擔，開裂現象時有發生。

為了解決這一實際問題，蕪湖長江公路二橋設計中創造性地提出了一種“塔上環繞、橋面錨固”的同向回轉錨索系統，從根本上解決了索塔開裂的問題，提高了結構的耐久性。不同于以往的直接錨固，回轉拉索配合鞍座像一條條的圍巾交錯環繞在了大橋的主塔上。這一創造性的嘗試，徹底顛覆了索與塔的錨固方式，充分發揮了混凝土結構抗壓不耐拉的特性，將拉索對主塔的拉力轉換為環形壓力，不僅讓大橋主塔變得“纖細”，還將塔柱混凝土壓得更結實，從而抑制塔柱裂縫的產生，有效提高了混凝土主塔的使用壽命與安全性，被國際橋梁協會認定為世界橋梁建設最新的前沿技術。

蕪湖長江公路二橋通過采用同向回轉錨索系統，相對于傳統方案節約造價約1773萬元，經濟效益顯著。與此同時，新的索梁錨固方式也帶來了斜拉橋結構體系的突破，塔梁錨固方式和主梁形式的變革，研究最終形成了以柔性塔為特征、以同向回轉為關鍵技術的同向回轉拉索柱式塔斜拉橋，推動了斜拉橋的基礎理論研究和實用技術進步，為未來大跨徑橋梁建設提供了新思路。

由于蕪湖長江公路二橋在設計及建設中取得多項技術突破，先后獲得中國工程咨詢協會2014年度全國優秀咨詢成果一等獎、第二屆中國建設工程BIM大賽單項獎一等獎、中國公路勘察設計協會2018年度公路交通優秀勘察一等獎等諸多獎項。

高顏值——分肢柱式塔突顯橋梁“極致美感”

蕪湖長江公路二橋位于解放戰爭時期渡江戰役打響第一槍的地方，四索面獨柱塔象征“渡江”和“遠航”的美學主題，寓意大橋像一艘揚帆遠航的船體連接大江南北。

與傳統斜拉橋粗壯的承重主塔相比，蕪湖長江公路二橋兩座260多米高的主塔卻格外的纖巧、輕盈，遠遠望去猶如兩只輕薄的巨帆！高顏值、大體量、飄逸輕巧的造型背后離不開多項創新技術的支撐。通過精心設計，橋梁景觀追求輕巧而不單薄，穩重而不笨拙，簡潔而不粗糙，力求集創新、比例、力學三美為一體，講求造型原創、布局協調、結構合理，并結合地域文脈，獨樹一幟，創新采用了分肢柱式塔與全漂浮獨柱塔體系，整體受力性好，透風抗震，視覺通透，融合船帆、桅桿、獨柱形等意象元素，使得橋塔剛勁不失柔美，雄壯不失纖巧。

高精度——全體外預應力節段梁為橋梁“纖體瘦身”

除了主塔纖細，蕪湖長江公路二橋的橋體也非常輕薄。由于蕪湖長江公路二橋及其接線是一個系統復雜的道路工程，建設條件及環境十分復雜，工程跨越江、河、漫灘、圩區，和航道、港區、大堤、廠區、城區、公路、鐵路這一系列的外圍設施都有交叉。設計者通過嚴謹的計算論證，創新性地提出全體外預應力輕型薄壁箱梁橋施工方案，通過輕型、薄壁、大懸臂全體外預應力節段拼裝箱梁結構，橋梁的荷載大大減輕，大橋樁基、承臺、墩身等尺寸也得到適當縮小。橋面節段鋼箱梁全部工廠化預制，使橋體實現輕量化，施工工期縮短，性價比大幅提升，造價相對傳統工藝節省了10%。

蕪湖長江公路二橋所采用的全體外預應力輕型薄壁箱梁橋施工方案，將標準化、工廠化制造水平和工程集約化程度提升到了一個空前的高度。由于整個工程28公里引橋及接線橋梁共需2萬多榀節段梁，為此，全線共設置4座標準化節段梁工廠，通過工廠化的制造、構件運輸、裝配式安裝和科學管理的大工業的生產方式，將傳統的現場“粗放”作業轉變為工廠化、產業化、裝配化的“精細”制造。廠內按工藝流程規劃出相應功能區，從原位、信息化管控的“8大精度”系列施工指南，提煉出752條技術指標，系統填補了國內多項技術的空白。

全體外預應力節段拼裝箱梁技術以其易到達、可更換、節約成本、標準化程度高等特點，一經在蕪湖長江公路二橋實施，就迅速吸引國內外專家的關注，并獲得充分肯定，并在國內數座大型橋梁工程中得到推廣。料進廠，到成品出廠，每個環節實現了標準的“流水線”生產。加工養護環節全部實現數控化和自動化，人工減少三分之一，加工效率卻提高了5倍，加工精度合格率提高到98%以上，全部達到“毫米級”精度要求。工廠化生產的節段梁整體線條流暢、橋面平整，經檢驗，拼裝之后的橋面基本沒有錯臺，遠高于國家標準。

整整2年零9個月，蕪湖長江公路二橋建設者以追求極致的工匠精神，悄然完成了全世界規模最大、國內首次應用的20046榀全體外預應力輕型薄壁大懸臂節段拼裝箱梁工廠化生產任務，并總結出節段梁砼溫控、制造控制、安裝控制、高性能砼品質、鋼筋加工、線形控制、預埋件定

高效率——跨江主橋三維設計實現各方“可視化溝通”

蕪湖長江公路二橋項目具有里程長，規模大，結構復雜的特點，傳統的設計技術難以滿足項目設計的高標準、高要求，運用三維設計技術是必然的選擇。

設計突破傳統的平面設計方法，利用BIM可視化、直觀的技術特點，形象地展示各個方案的設計意圖和設計效果，方便各方溝通，提高了決策效率和質量。例如，自動工程量統計功能的使用，可以使設計人員專注于方案的合理性，而無需一次次重復繁雜的數量計算，能有效提升比選結果的可靠性，縮短比選周期，方案對比效率提升了50%以上。又比如附屬構件之間的相互位置關系和結構本身的復雜程度甚至超過主體結構本身，而附屬結構又是以往設計中容易忽視的方面，不精細的設計是造成后期大量變更的主要原因。蕪湖長江公路二橋的附屬結構設計通過采用全三維設計技術，對各類預埋件的位置，構件間相互位置關系等進行三維協同設計，使得設計質量大幅提升，錯漏碰缺率降低80%以上。由設計單位集中優勢力量自主研發的基于BIM技術的橋梁信息化管理系統，為蕪湖長江二橋的施工進度、計量以及變更管理提供可視化的技術支撐，最終實現橋梁三維設計模型向施工階段的動態交付。

得益于BIM技術在設計全過程中的應用，蕪湖長江公路二橋在設計過程中約節省專業間協調溝通時間30天，節約材料價值1.61億，縮短設計周期60天，建筑安裝工程費節省總額4.5億，為今后大型工程的精細化設計開啟了創新之路。

高效益——打通安徽跨江“發展通道”

作為安徽省建設規模最大的長江公路大橋，蕪湖長江公路二橋彰顯了現代綜合交通一體化發展的理念。整個橋梁除了兩座高達262.48米的主塔外，不設一座橋墩，392根拉索，懸吊著806米長的橋梁主跨，主橋通航凈空高度32米，橋下可確保萬噸級以上輪船通航，最大程度保障了長江黃金水道的通航能力，同時，著眼皖江城市帶跨江聯動發展的長遠需求，橋梁主跨采用分離式設計，南向和北向橋面之間專門預留了輕軌的過江通道。這樣，只要城市發展需要，隨時可以啟動輕軌建設，從而改變過江通道建設往往滯后于經濟社會發展的被動局面。建成后的蕪湖長江公路二橋，不僅進一步聯通了南北沿江高速公路網，有效緩解蕪合高速、蕪湖長江大橋的交通壓力，還在蕪湖市外圍形成約143公里的高速公路外環線雛形，搭起現代化大城市的主框架，為區域經濟的騰飛奠定了堅實基礎。