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世界首座輕型鋼混結構斜拉橋南京長江五橋明年底通車
2019-11-21 來源:澎湃新聞 

  近日,澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者跟隨設計單位中交公路規劃設計院有限公司一同探訪建設中的南京長江五橋,了解該橋背后的技術創新及影響。

  落日下的南京長江五橋

  中交公路規劃設計院

  供圖

  南京長江第五大橋(下簡稱南京五橋)位于南京長江三橋下游約5公里處,南京長江大橋上游約13公里處。項目北起南京市浦口區五里橋,接江北大道,跨越長江主航道后,經梅子洲,下穿夾江,止于夾江南岸,接江山大街,全長約10.3公里。其中,跨長江大橋長約4.4公里,夾江隧道長約1.8公里,其余路段長約4.1公里。

  南京五橋全線采用雙向六車道一級公路標準建設,路基和橋梁段設計速度100公里/小時,寬度30.5米。

  南京五橋總設計師崔冰在接受澎湃新聞記者采訪時介紹,南京五橋是一座三塔兩主跨中央雙索面輕型鋼混組合結構斜拉橋,主跨跨徑600米,兩主跨可為往來船舶提供多孔、多線通航條件,“既溝通了南北(公路),也不阻礙東西(水路)。”

  南京長江五橋溝通南北和東西

  世界首座輕型鋼混組合結構斜拉橋

  南京五橋是世界首座輕型鋼混組合結構斜拉橋。

  首次創新采用了鋼殼-混凝土組合結構索塔 澎湃新聞記者 姚曉嵐 圖

  據崔冰介紹,南京五橋在世界上首次創新采用了鋼殼-混凝土組合結構索塔,將混凝土包裹在鋼殼內部,首先減小了混凝土在大氣中劣化的可能性。同時,鋼殼與混凝土塔柱作為整體共同參與受力,承載力高、抗震性能優越、景觀效果好,可有效提高索塔的結構性能和長期耐久性;且采用工廠化、裝配化的施工工藝,大部分鋼筋在工廠內預穿并隨鋼殼整體吊裝裝配,現場僅需焊接鋼殼環縫、連接節段間鋼筋和澆筑混凝土,有效減少現場作業強度及難度,提高工程質量。據了解,采用這種結構的索塔其造價和混凝土結構索塔基本持平,低于全鋼結構索塔。

  采用傳統施工工藝,建造一座175米的混凝土結構索塔需要模板工、鋼筋工、混凝土工等多工種作業人員約80~100人高強度作業10~11個月才能完成;而在南京五橋,索塔建造中近80%的工作量是在工廠內利用機械設備制作完成,橋位現場僅需要吊裝工廠制作的附筋鋼殼節段、連接并澆筑混凝土,因此40個不同工種的作業工人在7~8個月的時間可同時完成兩座175米的鋼殼-混凝土組合索塔。

  此外,伴隨著社會的發展,人們對環境保護越來越關注,建筑原材料的限制性開采和生產過程中對環境的影響也制約了大批量合格建筑材料的獲取,有效勞動力的不足和勞動力成本增加使勞動密集型施工工藝失去存在空間。因此,崔冰認為,“輕型化高性能結構、工業化產品制作、組裝化橋梁建造”將是橋梁建設適應社會發展進步的必由之路。

  對橋位區環境、生態的影響,在南京五橋的設計建造過程中受到格外關注,“五橋上下游正好是江豚的生活棲息地,在建橋時就必須考慮它們的生活,不能因為要溝通南北就影響到它們,南京五橋的設計最大限度地減少了對江豚的影響,比如將行車過程中橋墩振動所產生的對水體的影響減到最小。我們的工人在橋梁施工過程中經常能看到江豚在水中嬉戲。”崔冰說道。

  橋面板高性能材料為自主研發

  崔冰介紹,此次南京五橋主梁采用了一種新型高性能材料——粗骨料活性粉末混凝土,它具有高彈性模量、低總收縮、抗彎拉性能優異等顯著特性,通過常規養護即可獲得材料應有的結構性能。將其應用于鋼混組合梁橋面板,可有效降低橋面板板厚,實現主梁結構輕型化,同時,使鋼混組合梁具備了在更大跨度的橋梁結構中替代鋼箱梁的能力,為在大跨度橋梁中有效規避鋼箱梁正交異性鋼橋面板的疲勞開裂及鋼橋面板鋪裝難題奠定了堅實基礎。

  崔冰表示,理論分析表明,14公分厚的粗骨料活性粉末混凝土橋面板具有優良的承載能力,其各項指標均不低于目前正在服役的大跨度鋼混組合梁橋的常規混凝土橋面板。出于首次使用和偏于安全的考慮,南京五橋鋼混組合梁橋面板厚度采用17公分,其結構自重較同等規模的現役鋼混組合梁減小近30%。

  建造中的南京長江五橋 公規院供圖

  值得一提的是,在南京五橋建造過程中,針對粗骨料活性粉末混凝土特性,項目團隊自主研發了自動化數控生產線和相應的標準模具,用于橋面板的大規模批量生產,以保證產品質量的均勻可靠,同時使混凝土橋面板的精度達到鋼結構的精度標準。

  崔冰介紹,此前的活性粉末混凝土是一種致密的砂漿體材料,亦具有優異的結構性能,但由于養護工藝苛刻、造價高導致并未在橋梁主體受力結構中得到大規模使用。此次使用的粗骨料活性粉末混凝土為自主研發,歷時近6年。在不大幅降低傳統活性粉末混凝土各項優異性能的前提下,引入有效的骨架材料和低活性填充成分,使粗骨料活性粉末混凝土不僅具有更高的彈性模量,且總收縮值較原材料有效降低,同時仍具有良好的抗彎拉性能。粗骨料活性粉末混凝土造價相對較低,其養護工藝基本與普通混凝土材料相同,從而使其具備了大規模應用的條件。

  崔冰透露,此次南京五橋所應用的橋面板僅就研發材料就申請了4項發明專利,若再加上施工工藝大則有8項發明專利正在申請。

  中國已躋身世界橋梁強國之列

  1989年于同濟大學橋梁工程專業畢業,崔冰到今年工作已有三十年。除主持設計南京二橋南汊跨江主橋、南京三橋、南京四橋、南京五橋,安徽望東長江大橋和浙江舟山境內的秀山跨海大橋外,還參與了銅陵長江大橋等多座大橋的設計。

  問及參與設計的大橋總數,崔冰坦言,“我在同一時間段只專心于一座大型橋梁工程,不會再去參與其他的項目。一座大型橋梁工程前后做下來總要四五年,所以我設計的大橋主要主要分布于長江下游。”

  南京長江五橋總設計師崔冰 澎湃新聞記者 鄭朝淵 圖

  崔冰回憶,在自己工作的30年時間里,大概有一半的時間在項目現場,這也幫助自己加深了對現場工藝和設備的深刻認識和理解,奠定了自己對大橋結構建造技術的認知和關鍵部位的把握,從而更好地做好工程設計。通過一座座橋梁的設計、建造及使用過程中的經驗總結,也為后續設計更完美的橋梁奠定了基礎。

  崔冰表示,我國從原先的橋梁大國,到目前躋身橋梁強國,首先得益于國家的富強穩定和高速發展,其次是幾代橋梁人對技術創新的不懈追求和對建造技術的總結和積累,逐漸擁有了外國人不曾有的技術,從而站在了強國之列。

  重返南京,站在自己曾經設計的大橋上,崔冰感慨良多,“走在這些橋上的時候,我首先關心的是它的耐久性怎么樣,現在橋的狀態是怎么樣的;其次才會想到那個時候的意氣風發。無論走在我參與建造的哪一座橋上,我首先考慮的還是當時的設計思路和建造工藝在今天來看耐久性如何?功能性如何?后期維養是不是由于當時的設計和工藝而增加了投入?這些問題都會促使我在下一座橋梁結構設計中去考慮如何規避和優化。”

  “我一直是很幸運的,我到目前為止干的始終都是我喜歡做的事情。一個人大部分時間能夠干自己喜歡干的事情,我認為也是不容易的。”崔冰笑著說道。

  崔冰表示,作為一個設計者來說,設計的過程首先是綜合考慮各種建設條件,對結構物如何取舍、相互妥協的過程;其次是如何規避或者優化此前在橋梁建設和使用過程中出現的問題和不足;第三是要研究如何使大橋結構更與時俱進。“在這個過程中,你可能會做一些與以往不同的東西,我們現在稱之為創新,但我認為,這只是工程師做了他應做的事。”

  大橋的傳承

  值得注意的是,南京二橋、三橋、四橋和五橋都由中交公路規劃設計院設計并參與建造。

  董萌是南京四橋的主要設計者,同時也參與了三橋的設計工作。

  在他看來,南京四座橋的建設有三方面的傳承:

  一是人的傳承。在四座橋的建設中,培養出了一代又一代的杰出橋梁設計師,后來在各自的工作崗位上都做出了突出成績。

  二是創新精神的傳承。“我覺得這種創新精神在每一座橋的設計上都有體現,也是我們勇往直前,把橋梁技術和橋梁發展帶向更高高度的一種體現。”

  三是設計理念的傳承,即人與自然的和諧。他介紹,從二橋到五橋,每一座橋都獨具特色,一橋一景,實際上這是最大限度地與自然環境的協調。此外,依據建設條件因地制宜地選擇最合適的結構方案,這是設計作品最大程度的和諧。

  董萌告訴澎湃新聞記者,在南京建橋的時期,他經歷了個人從青年時期到中年時期,“實際上是一種獲得感,當你踏踏實實從前到后把兩座橋真正做下來,會發現步入中年后變得更加淡定從容,因為你有了積累。”

  南京五橋主要設計者魏樂永,除南京五橋外,和崔冰也曾共事建造望東長江大橋。他感嘆道,中交公路規劃設計院的工程師都傳承了精益求精、不斷求索的工匠精神,南京五橋和望東長江大橋跨徑和結構類似,但南京五橋在望東長江大橋基礎上,做出了非常大的突破和創新,把上一個項目碰到的技術問題加以有效解決,正是這種突破自我、勇于創新的精神才推動著整個橋梁建設事業不斷發展。

  崔冰也表示,使用輕型鋼混組合結構斜拉橋作為南京五橋的方案是世界首創,但也是從南京二橋、南京三橋以及其它橋梁建設中逐步積累、傳承而來,是在不斷總結以往的教訓和不足的基礎上慢慢發展起來的。

  他表示,20年前做南京二橋,當時該橋為我國首座全焊鋼箱梁斜拉橋,后來的南京三橋采用鋼塔結構和創造性的深水基礎建造理論和工藝,只用了短短26個月便建成通車,“隨著社會的發展,人們對橋梁建設,包括基礎設施建設要求越來越不一樣,這種變化也促使我們思考怎樣更好適應社會發展要求。”

  除此之外,我國知名橋梁專家、中交公路規劃設計院老一代橋梁人曾憲武也與南京二橋有著密不可分的關系。他有著雙重身份,一則他是南京人,二則他正是南京二橋的總設計師。他表示,南京二橋建成至南京五橋建成,前后經歷20年,“這20年,正值我國橋梁建設處于快速發展階段,這期間中國的橋梁工程師宵衣旰食、夙興夜寐,懷揣拳拳赤子之心,用一座座宏偉的橋梁工程推動了我國由橋梁大國大踏步邁進橋梁強國,‘中國橋’無疑已經成為當今我們引以為傲的國家名片。”

  曾憲武表示,南京四座長江大橋均位于長江下游水面寬闊,水深流急河段,主橋跨度均大于600米,設計施工難度很大。其中,南京二橋的深水基礎、平行倒Y形索塔、斜拉橋首次采用大跨度扁平鋼箱梁,超長拉索及防風雨振設施以及環氧瀝青鋼橋面鋪裝等取得了重大突破和創新,建成時為中國第一、世界第三位大跨度斜拉橋,為我國大跨度斜拉橋建設,提供寶貴的經驗和借鑒;南京三橋在國內首次釆用曲線型鋼塔和創新的深水基礎,南京二橋、南京三橋均榮獲國家科技進步二等獎;南京四橋為千米以上懸索橋,具有創新的結構體系、錨碇結構和主纜防腐系統;南京五橋主梁創新釆用輕型鋼混組合梁和鋼殼混凝土組合索塔。每座橋均根據各自特點,均有重大突破和創新,為我國大跨度橋梁建設譜寫了光輝的篇章。

  明年底建成通車

  探訪當天,南京五橋在進行上部結構架設的作業。魏樂永告訴澎湃新聞記者,南京五橋作為一個三塔斜拉橋,建設主要分為四個步驟,基礎施工、橋墩橋塔施工、上部結構架設、合龍后的橋面鋪裝和交安設施施工。目前每座塔已掛到第5對索,總共每座塔需要20對索。預計2020年上半年全橋能夠實現合龍,2020年底將建成具備通車條件。

  探訪當天南京長江五橋北塔在吊梁施工 澎湃新聞記者 鄭朝淵 圖

  談及南京五橋建成通車后所帶來的影響,崔冰列舉稱,南京二橋一年的交通量在3800多萬輛,日交通量大概在8萬輛;南京三橋一年的交通量大概在1300萬輛,日交通量接近4萬輛;南京四橋一年的交通量大概在1300萬,日交通量近4萬輛;都是在迅速增長。回過頭來看南京五橋,南京五橋是連接江北新區和南京市核心地帶的主要通道,它的建成可以大大緩解其他通道的擁堵情況,為江南江北人們的通行帶來很大便利。

  南京市公共工程建設中心主任武煥陵在接受澎湃新聞記者采訪時表示,隨著南京城市區域經濟的發展,感到過江通道明顯不足。比較明顯的案例是,在1992年建造南京二橋時,當時南京只有一座長江大橋,那時候大橋的交通量只有2萬多,當時預計到2001年南京二橋通車后有7萬多的交通量。今年3月做的實地調查顯示,南京區域過江的交通量已經達到38萬,20多年時間里交通量的增長翻了幾十倍。尤其是2015年南京江北新區獲批后,未來遠景預計江北地區總人口將近300萬-400萬,因此城市發展和交通出行對過江通道的需求會不斷增長。

  “我們預測到2035年南京區域過江通道的交通量將達76萬,到2040年將達到85萬輛。”

  他透露,現有南京過江通道規劃又進行了修編,已經獲批的過江通道規劃23處25條,其中南京長江大橋為1處2條(公鐵兩用),京滬高鐵大勝關長江大橋1處2條(高鐵與軌道交通并線),有14條為道路過江通道,專門走汽車。這14條在2035年前必須建完,屆時將基本和預測的76萬輛交通量匹配。

  南京一城四橋

  對于大橋對區域經濟發展的助力,武煥陵認為是不言而喻的。他以南京三橋為例,南江三橋的對岸為江北新區,在造橋時對岸的房價為每平米1500-3000元,三橋建成通車后一直穩定在每平米8000-10000元。談及南京五橋,武煥陵表示,“現在房地產商打廣告,五橋的每個節點都馬上公布出來,這就是促進經濟發展的一個縮影。”

  在武煥陵看來,大橋解決了人們的出行,通車后江南、江北從地理上來講將沒什么區別。加上位于江北新區的江蘇自貿區南京片區正式獲批后,目前江北新區的發展勢頭非常好,“更顯得過江通道建設的迫切。”

  談及親歷的南京大橋建設,武煥陵很有感觸。從南京最早上世紀90年代初醞釀做過江通道(南京長江大橋除外)開始,他就一直在這個團隊。作為南京過江通道建設的親歷者,武煥陵表示,自己也同樣見證了中國在大跨徑橋梁建設方面的發展歷程。“南京二橋時期,當時使用的是進口的鋼材、結構材料、架橋設備、瀝青等;到了南京三橋時期,鋼材結構等主要建設材料已經實現國產化,包括架橋機、橋面吊機都是中國自主研發;再到南京四橋,基本上已經完全實現國產化。”

  不過他也坦言,目前在建設大跨徑橋梁方面,由于起步較晚,很多核心技術中國和國外還是有一些差距,比如設計軟件是國外的,橋梁相關的規范和工程管理標準也是沿用國外,這些都亟待日后趕上。



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