匠心鑄就極智之美
——榮獲世界橋梁界“諾貝爾獎(jiǎng)”的蕪湖長(zhǎng)江公路二橋

2019-09-10 06:01:46吳志剛朱紅云余振

中國(guó)工程咨詢(xún) 2019年9期

文/吳志剛朱紅云余振

（作者單位：安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司）

2017年12月30日上午，蕪湖長(zhǎng)江公路二橋勝利通車(chē)，八百里皖江再添飛虹。

作為安徽省“四縱八橫”高速公路網(wǎng)“縱二”的重要部分，以及國(guó)家高速路網(wǎng)徐州至福州高速公路的跨江通道，蕪湖長(zhǎng)江公路二橋自建設(shè)之初便備受矚目。該項(xiàng)目起于蕪湖市無(wú)為縣，終于繁昌縣，路線全長(zhǎng)約55.5公里，設(shè)計(jì)速度100公里/小時(shí)，跨江主引橋長(zhǎng)約14公里，其中主橋長(zhǎng)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(duì)于優(yōu)化安徽省高速公路網(wǎng)與過(guò)江通道布局，促進(jìn)兩岸聯(lián)動(dòng)發(fā)展，貫徹落實(shí)國(guó)家長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略部署具有重要的意義。

自2013年10月開(kāi)工以來(lái)，蕪湖長(zhǎng)江公路二橋先后攻克了深水基礎(chǔ)、高塔施工、大體積混凝土溫控、長(zhǎng)大橋線形精度控制、索塔創(chuàng)新技術(shù)等技術(shù)難題，創(chuàng)造了我國(guó)乃至世界橋梁建設(shè)史上的多項(xiàng)第一：在大跨度橋梁中第一次創(chuàng)新采用同向回轉(zhuǎn)錨索系統(tǒng)，成為國(guó)際斜拉橋建設(shè)史上一個(gè)新的里程碑；長(zhǎng)江上第一座雙分肢柱式塔；首創(chuàng)全漂浮獨(dú)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(yùn)用對(duì)稱(chēng)懸拼工藝，最大懸臂長(zhǎng)度達(dá)到397米，刷新了國(guó)內(nèi)斜拉橋施工的新紀(jì)錄。

歷時(shí)四年半建成的蕪湖長(zhǎng)江公路二橋從設(shè)計(jì)到建造過(guò)程中展現(xiàn)出的“絕對(duì)實(shí)力”，讓其尚在建設(shè)期間，就憑借諸多技術(shù)創(chuàng)新獲得我國(guó)首個(gè)全球基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的重要?jiǎng)?chuàng)新獎(jiǎng)項(xiàng)——“BE創(chuàng)新獎(jiǎng)”。大橋建成通車(chē)3個(gè)多月又再次榮獲第35屆國(guó)際橋梁大會(huì)（IBC）最高獎(jiǎng)——喬治·理查德森獎(jiǎng)，該獎(jiǎng)項(xiàng)被譽(yù)為世界橋梁界的“諾貝爾獎(jiǎng)”，在國(guó)際橋梁界享有崇高聲譽(yù)。兩項(xiàng)殊榮的先后取得在國(guó)際橋梁史上實(shí)屬罕見(jiàn)。那么，究竟是什么樣的一座橋梁，能夠令國(guó)際橋梁專(zhuān)家對(duì)其情有獨(dú)鐘、青睞有加呢？接下來(lái)，就讓我們來(lái)一睹真容!

高技術(shù)——同向回轉(zhuǎn)錨索系統(tǒng)讓塔柱“延年益壽”

我國(guó)是建設(shè)大跨徑混凝土斜拉橋的大國(guó)，相比在跨徑上的不斷突破，支撐技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后。一直以來(lái)，傳統(tǒng)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(qiáng)大的拉應(yīng)力增加了橋塔混凝土的負(fù)擔(dān)，開(kāi)裂現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

為了解決這一實(shí)際問(wèn)題，蕪湖長(zhǎng)江公路二橋設(shè)計(jì)中創(chuàng)造性地提出了一種“塔上環(huán)繞、橋面錨固”的同向回轉(zhuǎn)錨索系統(tǒng)，從根本上解決了索塔開(kāi)裂的問(wèn)題，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。不同于以往的直接錨固，回轉(zhuǎn)拉索配合鞍座像一條條的圍巾交錯(cuò)環(huán)繞在了大橋的主塔上。這一創(chuàng)造性的嘗試，徹底顛覆了索與塔的錨固方式，充分發(fā)揮了混凝土結(jié)構(gòu)抗壓不耐拉的特性，將拉索對(duì)主塔的拉力轉(zhuǎn)換為環(huán)形壓力，不僅讓大橋主塔變得“纖細(xì)”，還將塔柱混凝土壓得更結(jié)實(shí)，從而抑制塔柱裂縫的產(chǎn)生，有效提高了混凝土主塔的使用壽命與安全性，被國(guó)際橋梁協(xié)會(huì)認(rèn)定為世界橋梁建設(shè)最新的前沿技術(shù)。

蕪湖長(zhǎng)江公路二橋通過(guò)采用同向回轉(zhuǎn)錨索系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)方案節(jié)約造價(jià)約1773萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。與此同時(shí)，新的索梁錨固方式也帶來(lái)了斜拉橋結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)為關(guān)鍵技術(shù)的同向回轉(zhuǎn)拉索柱式塔斜拉橋，推動(dòng)了斜拉橋的基礎(chǔ)理論研究和實(shí)用技術(shù)進(jìn)步，為未來(lái)大跨徑橋梁建設(shè)提供了新思路。

由于蕪湖長(zhǎng)江公路二橋在設(shè)計(jì)及建設(shè)中取得多項(xiàng)技術(shù)突破，先后獲得中國(guó)工程咨詢(xún)協(xié)會(huì)2014年度全國(guó)優(yōu)秀咨詢(xún)成果一等獎(jiǎng)、第二屆中國(guó)建設(shè)工程BIM大賽單項(xiàng)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中國(guó)公路勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)2018年度公路交通優(yōu)秀勘察一等獎(jiǎng)等諸多獎(jiǎng)項(xiàng)。

高顏值——分肢柱式塔突顯橋梁“極致美感”

蕪湖長(zhǎng)江公路二橋位于解放戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期渡江戰(zhàn)役打響第一槍的地方，四索面獨(dú)柱塔象征“渡江”和“遠(yuǎn)航”的美學(xué)主題，寓意大橋像一艘揚(yáng)帆遠(yuǎn)航的船體連接大江南北。

與傳統(tǒng)斜拉橋粗壯的承重主塔相比，蕪湖長(zhǎng)江公路二橋兩座260多米高的主塔卻格外的纖巧、輕盈，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(kāi)多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的支撐。通過(guò)精心設(shè)計(jì)，橋梁景觀追求輕巧而不單薄，穩(wěn)重而不笨拙，簡(jiǎn)潔而不粗糙，力求集創(chuàng)新、比例、力學(xué)三美為一體，講求造型原創(chuàng)、布局協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)合理，并結(jié)合地域文脈，獨(dú)樹(shù)一幟，創(chuàng)新采用了分肢柱式塔與全漂浮獨(dú)柱塔體系，整體受力性好，透風(fēng)抗震，視覺(jué)通透，融合船帆、桅桿、獨(dú)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(yù)應(yīng)力節(jié)段梁為橋梁“纖體瘦身”

除了主塔纖細(xì)，蕪湖長(zhǎng)江公路二橋的橋體也非常輕薄。由于蕪湖長(zhǎng)江公路二橋及其接線是一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜的道路工程，建設(shè)條件及環(huán)境十分復(fù)雜，工程跨越江、河、漫灘、圩區(qū)，和航道、港區(qū)、大堤、廠區(qū)、城區(qū)、公路、鐵路這一系列的外圍設(shè)施都有交叉。設(shè)計(jì)者通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算論證，創(chuàng)新性地提出全體外預(yù)應(yīng)力輕型薄壁箱梁橋施工方案，通過(guò)輕型、薄壁、大懸臂全體外預(yù)應(yīng)力節(jié)段拼裝箱梁結(jié)構(gòu)，橋梁的荷載大大減輕，大橋樁基、承臺(tái)、墩身等尺寸也得到適當(dāng)縮小。橋面節(jié)段鋼箱梁全部工廠化預(yù)制，使橋體實(shí)現(xiàn)輕量化，施工工期縮短，性?xún)r(jià)比大幅提升，造價(jià)相對(duì)傳統(tǒng)工藝節(jié)省了10%。

蕪湖長(zhǎng)江公路二橋所采用的全體外預(yù)應(yīng)力輕型薄壁箱梁橋施工方案，將標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化制造水平和工程集約化程度提升到了一個(gè)空前的高度。由于整個(gè)工程28公里引橋及接線橋梁共需2萬(wàn)多榀節(jié)段梁，為此，全線共設(shè)置4座標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)段梁工廠，通過(guò)工廠化的制造、構(gòu)件運(yùn)輸、裝配式安裝和科學(xué)管理的大工業(yè)的生產(chǎn)方式，將傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)“粗放”作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楣S化、產(chǎn)業(yè)化、裝配化的“精細(xì)”制造。廠內(nèi)按工藝流程規(guī)劃出相應(yīng)功能區(qū)，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(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)多項(xiàng)技術(shù)的空白。

全體外預(yù)應(yīng)力節(jié)段拼裝箱梁技術(shù)以其易到達(dá)、可更換、節(jié)約成本、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點(diǎn)，一經(jīng)在蕪湖長(zhǎng)江公路二橋?qū)嵤脱杆傥龂?guó)內(nèi)外專(zhuān)家的關(guān)注，并獲得充分肯定，并在國(guó)內(nèi)數(shù)座大型橋梁工程中得到推廣。料進(jìn)廠，到成品出廠，每個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的“流水線”生產(chǎn)。加工養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)全部實(shí)現(xiàn)數(shù)控化和自動(dòng)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(dá)到“毫米級(jí)”精度要求。工廠化生產(chǎn)的節(jié)段梁整體線條流暢、橋面平整，經(jīng)檢驗(yàn)，拼裝之后的橋面基本沒(méi)有錯(cuò)臺(tái)，遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

整整2年零9個(gè)月，蕪湖長(zhǎng)江公路二橋建設(shè)者以追求極致的工匠精神，悄然完成了全世界規(guī)模最大、國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用的20046榀全體外預(yù)應(yīng)力輕型薄壁大懸臂節(jié)段拼裝箱梁工廠化生產(chǎn)任務(wù)，并總結(jié)出節(jié)段梁砼溫控、制造控制、安裝控制、高性能砼品質(zhì)、鋼筋加工、線形控制、預(yù)埋件定

高效率——跨江主橋三維設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)各方“可視化溝通”

蕪湖長(zhǎng)江公路二橋項(xiàng)目具有里程長(zhǎng)，規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)難以滿(mǎn)足項(xiàng)目設(shè)計(jì)的高標(biāo)準(zhǔn)、高要求，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)技術(shù)是必然的選擇。

設(shè)計(jì)突破傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)方法，利用BIM可視化、直觀的技術(shù)特點(diǎn)，形象地展示各個(gè)方案的設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)效果，方便各方溝通，提高了決策效率和質(zhì)量。例如，自動(dòng)工程量統(tǒng)計(jì)功能的使用，可以使設(shè)計(jì)人員專(zhuān)注于方案的合理性，而無(wú)需一次次重復(fù)繁雜的數(shù)量計(jì)算，能有效提升比選結(jié)果的可靠性，縮短比選周期，方案對(duì)比效率提升了50%以上。又比如附屬構(gòu)件之間的相互位置關(guān)系和結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜程度甚至超過(guò)主體結(jié)構(gòu)本身，而附屬結(jié)構(gòu)又是以往設(shè)計(jì)中容易忽視的方面，不精細(xì)的設(shè)計(jì)是造成后期大量變更的主要原因。蕪湖長(zhǎng)江公路二橋的附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)采用全三維設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)各類(lèi)預(yù)埋件的位置，構(gòu)件間相互位置關(guān)系等進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)質(zhì)量大幅提升，錯(cuò)漏碰缺率降低80%以上。由設(shè)計(jì)單位集中優(yōu)勢(shì)力量自主研發(fā)的基于BIM技術(shù)的橋梁信息化管理系統(tǒng)，為蕪湖長(zhǎng)江二橋的施工進(jìn)度、計(jì)量以及變更管理提供可視化的技術(shù)支撐，最終實(shí)現(xiàn)橋梁三維設(shè)計(jì)模型向施工階段的動(dòng)態(tài)交付。

得益于BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)全過(guò)程中的應(yīng)用，蕪湖長(zhǎng)江公路二橋在設(shè)計(jì)過(guò)程中約節(jié)省專(zhuān)業(yè)間協(xié)調(diào)溝通時(shí)間30天，節(jié)約材料價(jià)值1.61億，縮短設(shè)計(jì)周期60天，建筑安裝工程費(fèi)節(jié)省總額4.5億，為今后大型工程的精細(xì)化設(shè)計(jì)開(kāi)啟了創(chuàng)新之路。

高效益——打通安徽跨江“發(fā)展通道”

作為安徽省建設(shè)規(guī)模最大的長(zhǎng)江公路大橋，蕪湖長(zhǎng)江公路二橋彰顯了現(xiàn)代綜合交通一體化發(fā)展的理念。整個(gè)橋梁除了兩座高達(dá)262.48米的主塔外，不設(shè)一座橋墩，392根拉索，懸吊著806米長(zhǎng)的橋梁主跨，主橋通航凈空高度32米，橋下可確保萬(wàn)噸級(jí)以上輪船通航，最大程度保障了長(zhǎng)江黃金水道的通航能力，同時(shí)，著眼皖江城市帶跨江聯(lián)動(dòng)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)需求，橋梁主跨采用分離式設(shè)計(jì)，南向和北向橋面之間專(zhuān)門(mén)預(yù)留了輕軌的過(guò)江通道。這樣，只要城市發(fā)展需要，隨時(shí)可以啟動(dòng)輕軌建設(shè)，從而改變過(guò)江通道建設(shè)往往滯后于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的被動(dòng)局面。建成后的蕪湖長(zhǎng)江公路二橋，不僅進(jìn)一步聯(lián)通了南北沿江高速公路網(wǎng)，有效緩解蕪合高速、蕪湖長(zhǎng)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(huán)線雛形，搭起現(xiàn)代化大城市的主框架，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)的騰飛奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。