《科技创新与品牌》杂志社创新成果

高墩大跨陕西桥梁技术的高地

黄延高速洛河特大桥

黄延高速洛河特大桥


        作为一个非水网地区的内陆省份,长期以来,陕西的桥梁无论从规模、数量还是技术含量来说都与长江流域及南方水网地区存在很大差距。然而,陕西地貌环境的复杂多样又为桥梁技术发展提供了另一种可能性。在黄土高原腹地,陕西涵盖了平原、山区、沙漠、沟壑等多种地貌,尤其是广阔的黄土沟壑成为当地独特景观。“见面面容易,拉话话难……”陕北民歌生动地描述了这种深沟地形带给人民群众的生活不便。许多地方沟深达100、200余米,沟宽800余米,在沟壑纵横的黄土高原修建高速公路,根本无法避免这些深沟地带,高墩大跨特大桥于是成了唯一的选择。全长143公里的黄陵至延安高速公路就有7座这样的特大桥,加之严重的软弱下卧层地基,使这条路修建的技术难度非常大,对陕西桥梁技术提出了严峻的挑战。


        特大桥变天堑为通途

        当年,为了攻克黄土深沟区桥梁设计难关,陕西交通厅与陕西公路勘测设计院、西安公路研究所共同成立“高墩大跨设计施工关键技术研究”科研课题小组,把现有的四大类型桥梁,组合成17种桥型,如斜拉桥、吊桥等都进行了方案比较,经过反复计算、验证和比较,预应力混凝土连续刚构桥以其跨越能力强、结构性能好、简单实用、造价低等特点脱颖而出,被认为是最适宜黄土沟壑地区的高墩大跨桥型。
        连续刚构桥在中国已有20多年发展历程,全国陆续修建了上百座这样的桥梁,目前重庆在建的一座钢混连续刚构大桥,单孔跨径已达330米。但是许多这类桥梁的建造并不成功,据有关方面统计,运营中带缺陷的桥梁约占总数的47%。“跨中下挠”和“箱梁开裂”成为桥梁界很头疼的问题,如1995年建成的某长江公路大桥运营9年后发现箱梁腹板裂缝达5328条,至今仍在不断维修、加固,成为一个历史的教训,警示着后来的桥梁设计者。
        由于陕西沟壑地形的独特,高墩大跨桥梁的修建在全国尚无现成经验可循。黄延高速的洛河大桥,最大桥高150米,在设计之初是世界同类桥梁中最高的,这种高度远远超出了现有的规范,无成熟依据可参考,对设计者提出了挑战。设计院吸取国内同类桥梁的经验教训,参考了美、苏、日等国的规范,对设计参数不断修正,同时邀请到我国具有连续刚构桥施工经验的专家前来座谈交流。
        黄延高速气势磅礴,7座特大桥最大墩高都在百米以上,然而“高墩”带来的不仅仅是壮观。施工中桥墩的垂直度非常难以控制,成为一个关键技术,采用跨中合拢之前对梁顶推,以解决混凝土收缩、徐变、温度等因素对桥墩受力的不利影响。洛河大桥由于地貌复杂,相邻桥墩高度相差过大,导致各桥墩内力分配不均,针对最低墩较大的内力,设计人员特别将该墩设计成预应力混凝土结构。同时,增加梁高以增大箱梁刚度,采用下弯束配置等方法解决了设计施工中的一些问题。另外,为解决高墩大跨的关键技术——抗风问题,洛河大桥模型落户长安大学风洞实验室,该实验室是交通部和教育部资金支持建设的“211工程”重点项目,这里拥有世界先进水平的实验研究设备,相关的抗风研究国内还很少做过,处于领先水平。在设计和施工人员的努力下,许多技术难题一一破解。
        经过近5年的连续刚构桥梁建设,目前陕西已建成这种高墩大跨桥梁20余座,主要分布在黄延高速、禹阎高速、咸永高速等,积累了许多宝贵的经验。如“箱梁开裂”、“跨中下挠”、“竖向预应力钢筋失效”等问题,在这些桥的修建中已得到较好的解决。
        关于高墩大跨桥梁的研究仍在不断深入,“高墩大跨”专项课题位于西安南郊的专用实验室目前正在建设。实验室中的模型桥将和实物桥一同建设,直到今后大桥运营,实验室将实现同步监测,为今后的高墩大跨桥梁提供更成熟的技术依据。全国交通领域著名学府长安大学校园内拔地而起的一座21层的“交通科技”大楼,将建成“特殊地区公路工程”教育部重点实验室和一个交通部重点实验室,162间研究用房今年9月份将投入使用,成为今后技术开发、人才培养、学术交流的中心。陕西的桥梁技术研究将呈现持续发展的可喜前景。

        陕西桥梁的未来:技术与美学结合的时代

        随着陕西桥梁技术的发展,一些更大规模、更高技术含量的桥梁不断现身。正在建设的陕川界高速公路将会出现一座省内技术含量很高的桥梁——紫阳汉江特大桥,单孔跨径达330米,总长2106米,2006年底开工建设,这样的规模目前属国内同类桥梁第二,世界第三。这座拱桥设计复杂、工序繁多,达到美观与耐久的完美结合。这座桥将改善汉江两岸的经济环境,对习惯于水路出行的紫阳及陕南人民生产生活产生深远的影响。
        技术的进步、经济的发展使人们对桥梁的要求与日俱增,交通使用功能和鉴赏需求结合得日趋紧密。在城市近郊、人口密集区以及各种形象窗口地带,人们不再满足于简单的实用性,桥梁美学渐成追求的目标。随着陕西高速公路的加快建设,每年新建桥梁数量都在递增,如此众多的桥梁,为景观设计提供了广阔舞台。在一条单调的高速公路上行驶多时,美观的小跨线桥会使人眼前一亮,成为高速公路一景,设计人员对这种桥梁小景观越来越重视,有些小跨线桥的设计甚至比特大桥都复杂,展示着高速公路与众不同的时尚风格。据陕西公路勘察设计院的刘俊起副总工程师介绍,即将建设的西安咸阳国际机场专用高速公路,将要设计两座结构新颖、能够展示陕西桥梁水平的跨线桥(一座位于机场出口处,一座位于渭河北岸),为来自国内外的客人营造现代陕西的鲜明印象。黄延高速的22座桥梁采用无机材料的汽车漆涂装,增添了光泽度和耐久性,更加环保且易于后期养护,使高速公路桥梁在实用基础上外观更上档次。陕西的桥梁设计还注重融入地域特色,对文化及经济环境尊重与共生。汉中褒河大桥设计中充分考虑了库区的地貌及文化特色,优美的拱形与青山绿水浑然天成,成为汉中古栈道旅游区新添一景,尽显楚汉之风。
        的确,高速公路跨线桥、大型立交桥以及景区桥梁已逐渐成为城市名片,彰显着一个现代化大都市的品位和个性。