厉害!世界第一跨径拱桥,就在广西这个地方……

萌大叔

萌大叔

2020-11-21

建于隋朝年间,距今已有1400多年历史的赵州桥,是当今世界上现存保存最完整的古代单孔敞肩石拱桥。在漫长的岁月中,虽然经过无数次洪水冲击、风雨侵蚀和8次地震的考验,却安然无恙。中国是桥梁大国,拥有先进的技术和高效的施工。党的十九届五中全会提出“坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑”。

今天21:55,广西卫视《八桂科创》节目带大家了解拱桥这一古老的桥梁结构,在科技创新和自主知识产权的支撑下如何突破极限,不断刷新世界纪录的,它就是即将通车的广西平南三桥,让我们一起走进今天的节目。

中国地域广袤,复杂多样的地质条件和地理地貌制约了交流与发展,遇山开路,遇水架桥,新中国成立以来,通过加大基础设施建设,建设道路和桥梁沟通各地往来,加快经济发展。中国成为四通八达,高速快捷的世界第二大经济体,桥梁建设功不可没。现今世界各地的桥梁按结构体系划分,有梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥四种基本体系。而展现在大家面前无数雄伟壮丽的桥梁结构为何不同呢?在什么样的环境下选择建设什么结构的桥梁呢?这里面科学道理还有很多。

选择一个合适的桥梁,主要从三个方面进行考虑。一个是它的跨径,第二个是它的地质条件,第三个当然是成本了。目前世界上最大跨径的梁桥是330米,目前世界上最大跨径的拱桥是552米,这个纪录马上就要被我们的平南三桥刷新了,它在建成后跨径将达到575米,将成为世界上最大跨径的拱桥。如果(跨径)再往上,到800米900米,甚至1000米以上,那么这个范围可能就要优先选择斜拉桥和悬索桥。

传统拱桥受限于材料、工艺,跨径增大十分困难,而大跨钢拱桥因造价高、维护难等问题难以推广。钢管混凝土拱桥具有受力合理、经济性好、耐久性好等优点,是大跨拱桥比较理想的选择。广西平南三桥居于平南县西江大桥上游6公里处,是平南北部互通连接线,跨越浔江的特大桥。该桥为双向六车道,桥宽35米,荷载为公路一级,通航为内河一级航道。依据过去的建设桥梁经验,跨越浔江两岸将近600米的水域建造桥梁一般首选斜拉桥,但是广西大学土木工程学院的郑皆连院士却提出了以钢筋混凝土拱桥代替斜拉桥的设计建造方案。

拱桥甚至有些人把它认为是落后的东西,其实古老它有它的特质,它经过了长期的历史考验,建设费用它最低,它的维护费用最低,它可持续的耐久性是最强的。

拱桥它有几大优点,一个是优良的性价比,也就是说它的造价比较低,刚度大,养护成本低。另外它能够适应各种复杂地形地质条件下的这种施工。

广西平南三桥,是中下承式大跨钢管混凝土拱桥,结构主要由主拱桁、横向连接系、吊索、桥面梁、桥面板、拱座与基础以及辅助装置组成,575米超大跨径钢管混凝土拱桥刷新了世界纪录,建设难度非常大。

钢管混凝土拱桥,南北两岸拱座非常重要,它是承载整体桥梁的基础,西江流域具有深度达20至30米覆盖层,这样的地质条件桩基础无法满足上部结构受力要求,建设者因地制宜,在江北岸,将直径60米的大型地连墙嵌入基岩,同时隔绝地连墙内的卵石层与外面的河水,地连墙完成后,对其范围内的卵石层进行注浆加固,形成一种铁桶式的钢筋混凝土结构。

平南三桥桥位选址刚好在浔江段江面比较窄的地方,我们经过勘察后发现北岸的地质情况比较复杂,上面那一层覆盖以粉质黏土为主,下面一层是卵石层,处理不好会造成施工上的困难,卵石层下面才是基岩,我们的目标是把拱座是建立在基岩上,这样更加稳固些。

我们最后采用的这个把拱座基础放在一个加固后的加固体上,建造成本是比我们(把拱座)直接放在基岩上,要节约我们的施工成本。

随着拱座基础建设,南北两岸建起了高达200多米的吊扣塔,新式索鞍横移、架纠偏、拱顶位移控制技术与装备跟上进度,建设者们有条不紊的将大节段钢管拱桁高精度整体制造出来,分段通过设备吊装对接。两岸同时安装拱桥主拱桁,高精度、高效率对接起来难度很大。

钢管主拱桁是最关键的受力构件,其施工成型也是钢管混凝土拱桥最重要的施工阶段。拱肋是保证大桥承载能力以及安全性的重要基础,平南三桥需要44个钢节段拼装焊接而成主拱肋,总重量达到9600吨,一节钢节段长45米,宽4.8米,高13米,重214吨,要进行拼装焊接,没有强大的生产能力和优质的技术能力无法实现。拱肋的施工关键在于拱圈的安装精度,为实现精确安装,大桥建设者对大桥的缆索吊装系统进行技术改造创新,开发了一套全新的缆索吊装系统,这套系统包括了基于北斗卫星定位的扣搭,塔顶偏位的智能纠偏调整,以及测量机器人等内容,对拱圈的安装过程进行实时跟踪、测量、最大限度地保证了精确度。

平南三桥主拱肋施工的难点主要就是拱圈安装精度的控制,影响拱圈安装精度的因素有很多,主要包括拱肋节段加工制造的误差,安装过程中的温度变形、测量误差、拱角预埋的误差、封拱时机、扣锁力以及扣塔的纵向偏位,这些因素共同影响着拱圈的安装精度。

我们采用了基于北斗卫星定位系统的扣塔塔顶偏位的智能纠偏调载系统,这个系统的使用,确保了扣塔塔顶的偏位控制在两公分以内。

平南三桥管内混凝土灌注很成功,管内混凝土灌注完成后,平南三桥基本实现了所有施工难点的攻克。

科技互动

我们今天通过广西平南三桥的缩尺模型,向大家介绍世界第一跨径拱桥——平南三桥的建设过程。

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