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精绘彩虹 攻关“世界第一拱” ——南丹至天峨下老高速公路天峨龙滩特大桥设计纪实

2022-07-04 09:25     来源:广西交通新闻中心
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通讯员 李芳园 黄国清 摄影报道

6月6日,由广西交通投资集团投资建设、广西交通设计集团勘察设计的在建世界最大跨径拱桥——南丹至天峨下老高速公路(以下简称南天高速)天峨龙滩特大桥主桥拱桁实现高精度合龙。天峨龙滩特大桥是南天高速的控制性工程,全长2488.55米,主桥为跨径600米的上承式劲性骨架混凝土拱桥,建成后将成为世界最大跨径拱桥,标志着拱桥进入600米级跨径时代。

从天峨龙滩特大桥初步设计到施工图设计,广西交通设计集团设计团队围绕大桥受力合理性、施工便利性、运营期的维护以及行车舒适度等方面,开展研究对比、优化完善、技术创新工作。

全面比选 提高经济效益

天峨龙滩特大桥位于河池市天峨县龙滩电站上游约6公里处,横跨红水河,桥址水位变动大,两岸地势险峻,桥梁跨度需要达到600米或以上。是采用成熟的斜拉桥方案,还是选择理论上更经济但从未有人尝试过的超大跨径混凝土拱桥方案,这是摆在设计团队面前的第一道难题。

2018年年底以来,天峨龙滩特大桥设计方案的优化调整从未间断过,仅初步设计论证就耗时一年多。

针对该桥庞大的建设规模、复杂的地势,设计团队选择了理论上更经济、但从未有人尝试过的超大跨径混凝土拱桥方案。

为使方案落地实施,设计团队细化了可行性高的10个桥梁方案,并邀请经验丰富的中国工程院院士郑皆连对项目方案进行指导。经过多次研究探讨,项目最终采用主跨600米的超大跨度劲性骨架混凝土拱桥方案,该方案比斜拉桥方案节省工程建设投资1.1亿元,是最经济合理的方案。

一般的钢管混凝土拱桥只有“骨架钢管+管内混凝土”,但天峨龙滩特大桥在钢管混凝土之外还增加外包混凝土。在设计过程中,设计团队优化了劲性骨架的尺寸和构造,使桥梁更加强壮结实,并精心设计了外包混凝土的制作用料、裁缝工艺、穿搭顺序等多处细节,使其更加经济耐久。

反复试算 精确指导施工

2020年,设计团队开始了天峨龙滩特大桥施工图设计。当时600米以上跨度级别的混凝土拱桥进入到施工图设计阶段的并无先例,已建成的最大跨度混凝土拱桥也只有445米,可供借鉴的经验较少。经过不断试算优化,在保证主拱应力受控的前提下,设计团队通过调整板厚确定外包混凝土最优方案,混凝土总方量节省约3400立方米。在郑皆连院士首创的“强横弱纵”理论指导下,通过方案优化,节省了拱肋普通钢筋超过3500吨。

除了尺寸优化,施工图设计还优化了外包混凝土工艺及劲性骨架,而劲性骨架对大桥建设施工安全至关重要,外包混凝土浇筑过程复杂,涉及到的模板数量多、重量大,在设计过程中必须精确计算每个浇筑过程的模板荷载,对劲性骨架的受力进行分析,确保大桥建设施工安全。前后历经4次专家组会议,评审通过了包括主拱圈构造参数、上构布置形式等在内的约28个子专题,并最终确定具体指导施工的设计方案。

科研攻关 巩固核心技术

在专家组指导以及参与大桥项目的团队帮助下,设计团队先后开展多项科研攻关,包括超大跨度劲性骨架混凝土拱桥的设计及结构分析技术、拱上高墩施工工艺研究、上承式拱桥超长联跨适用性及约束体系研究等。

随着现场施工的逐步开展,设计团队还开展了劲性骨架制造、加工、运输、吊装等初应力理论及试验研究,还将根据施工进度开展外包混凝土水化热等防裂工艺研究。

为了验证各种方案、分析各类参数组合的合理性,设计团队采用多种分析计算软件,涉及整体计算到局部计算、线性分析到非线性分析,在反复推倒重来中寻找答案。随着“参数化建模”理念的提出和贯彻实施,计算效率得到有效提升。

经过反复计算优化,设计团队突破技术瓶颈,顺利攻克600米级超大跨度劲性骨架混凝土拱桥设计建造关键技术,巩固300至600米级大跨度钢管混凝土拱桥核心技术,极大推动我国拱桥技术发展。

如今,在幽幽红水河上,一条连接两岸的大桥初现雏形,未来,它将承担起联通两岸、带动沿线经济发展、造福地方百姓的重任。

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