https://mp.weixin.qq.com/s/Z3JluyC3PfX0lVQcldwxng
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809924003606?via%3Dihub=
近年來(lái)，中國(guó)在大跨度拱橋建造領(lǐng)域取得了顯著的成果。鄭皆連教授主持建造兩座世界最大跨徑拱橋，分別為跨徑560米的鋼管混凝土拱橋——廣西平南三橋和跨徑600米的混凝土拱橋——廣西天峨龍灘特大橋。這兩座橋梁的建成不僅展示了中國(guó)在拱橋建造技術(shù)上的先進(jìn)水平，還為未來(lái)更大跨度拱橋的建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。鄭皆連教授在中國(guó)工程院院刊《Engineering》上發(fā)表的題為“中國(guó)大跨度拱橋建造技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐”的文章，詳細(xì)介紹了這兩座橋梁的建造技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
平南三橋位于廣西壯族自治區(qū)荔浦至玉林高速公路匝道跨越潯江，主橋采用中承式鋼管混凝土拱橋方案，計(jì)算跨徑為560米，居當(dāng)時(shí)世界各類(lèi)拱橋跨徑之首。該橋的拱桁總重8440噸，分44個(gè)懸拼節(jié)段進(jìn)行施工。為克服懸拼節(jié)段制造過(guò)程中的累計(jì)誤差，保證節(jié)段間連接精度，平南三橋采用了“3+1臥式耦合制造”工藝，通過(guò)纜索吊運(yùn)和斜拉扣掛懸拼施工完成拱桁的安裝。此外，平南三橋在管內(nèi)混凝土灌注方面也取得了創(chuàng)新性進(jìn)展。鄭皆連教授發(fā)明了真空輔助壓力泵送管內(nèi)混凝土工藝，通過(guò)在鋼管拱肋頂部安裝抽真空設(shè)備，抽取拱肋內(nèi)的空氣，使其處于準(zhǔn)真空狀態(tài)，從而大幅提升了管內(nèi)混凝土灌注的密實(shí)度和速度。這一工藝的成功應(yīng)用，有效解決了管內(nèi)混凝土脫黏、脫空的問(wèn)題，保證了鋼管混凝土拱肋鋼–混凝土組合結(jié)構(gòu)的正常工作。
天峨龍灘特大橋是一座跨徑600米的勁性骨架混凝土拱橋，位于廣西壯族自治區(qū)天峨縣境內(nèi)。該橋主拱肋采用鋼管混凝土勁性骨架施工，分環(huán)、多工作面、多段澆筑外包混凝土。天峨龍灘特大橋在施工過(guò)程中采用了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。例如，在澆筑外包混凝土階段，為防止因環(huán)間混凝土齡期差異導(dǎo)致的裂縫問(wèn)題，工程團(tuán)隊(duì)采用了含緩凝成分的膨脹劑，使得腹板混凝土在硬化過(guò)程中體積膨脹，從而避免了拉應(yīng)力的產(chǎn)生。此外，天峨龍灘特大橋還通過(guò)優(yōu)化拱圈截面構(gòu)型，將單箱三室改為雙箱肋結(jié)構(gòu)，取消中室頂、底板，從而減少了外包混凝土的用量，降低了拱圈重量。這一措施不僅有效降低了主拱應(yīng)力，還減少了混凝土徐變，提高了拱的安全儲(chǔ)備。
圖2 天峨龍灘特大橋近照（拍攝于2024年2月）。
在地基處理方面，平南三橋采用了“地下連續(xù)墻+注漿加固的卵石層”新型復(fù)合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。該橋位于平原地區(qū)，北岸地基為黏土層及卵石層，按一般原則不適合建推力拱橋。為此，工程團(tuán)隊(duì)通過(guò)上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化和基礎(chǔ)形式創(chuàng)新，提出了非巖地基大跨推力拱橋基礎(chǔ)綜合設(shè)計(jì)技術(shù)。通過(guò)優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)，有效降低了恒載對(duì)拱座基礎(chǔ)產(chǎn)生的豎向力、水平推力和彎矩；同時(shí)，將基礎(chǔ)中心沿拱軸線(xiàn)后移，增大了恒載豎向力產(chǎn)生的力矩，使之與水平推力產(chǎn)生的力矩基本平衡，基礎(chǔ)受力均勻，邊緣應(yīng)力降低。此外，通過(guò)在卵石層內(nèi)誘導(dǎo)灌注水泥漿加固，提高了地基承載力，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)使得在非巖地區(qū)也能建造大跨度推力拱橋，大大擴(kuò)展了拱橋的適用范圍。
圖3 “地下連續(xù)墻+注漿加固的卵石層”推力拱橋新型復(fù)合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。（a）構(gòu)造示意；（b）施工實(shí)景。
在施工裝備方面，平南三橋和天峨龍灘特大橋的建設(shè)也取得了顯著進(jìn)展。平南三橋在拱桁安裝過(guò)程中采用了力主動(dòng)控制塔頂位移技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)千斤頂對(duì)控制纜索主動(dòng)施力，直接平衡塔頂水平力，從而控制塔頂位移。與傳統(tǒng)的剛度被動(dòng)控制方法相比，力主動(dòng)控制方法不僅降低了塔架的費(fèi)用，還提高了塔頂水平位移的控制精度。此外，天峨龍灘特大橋在扣索張拉施工方面也進(jìn)行了優(yōu)化。工程團(tuán)隊(duì)使用了一種基于影響矩陣原理和“過(guò)程最優(yōu)”控制原則的拱肋線(xiàn)形控制方法，實(shí)現(xiàn)了各節(jié)段扣索的一次張拉、不調(diào)索，降低了扣索用量，提高了施工效率。
圖4 力主動(dòng)控制吊扣塔位移技術(shù)。（a）控制原理；（b）工作程序。
文章指出，30多年來(lái)中國(guó)工程師對(duì)建造鋼管混凝土拱橋和勁性骨架混凝土拱橋的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行持久、深入研究和大規(guī)模實(shí)踐，成功解決了關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題和質(zhì)量瓶頸，降低了風(fēng)險(xiǎn)，提高了經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，擁有構(gòu)造、工法、材料、裝備的主要發(fā)明專(zhuān)利。中國(guó)建造的這兩類(lèi)拱橋的數(shù)量、跨徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)外，不但為國(guó)家節(jié)省了大量建橋資金，而且獲得國(guó)外同行的盛贊。
文章認(rèn)為，對(duì)于鋼管混凝土拱橋，下一步要研究懸拼節(jié)段間栓接不影響焊接的外法蘭栓焊連接。該新型連接比內(nèi)法蘭連接可減少2/3的高空焊接作業(yè)，還能減少泵送灌注管內(nèi)混凝土受到的阻礙，此連接結(jié)構(gòu)已被鄭皆連教授團(tuán)隊(duì)發(fā)明并成功應(yīng)用在天峨龍灘特大橋的鋼管拱桁骨架中，但尚未應(yīng)用在鋼管混凝土拱橋中。此外，目前已實(shí)現(xiàn)管內(nèi)混凝土膨脹率可設(shè)計(jì)，但混凝土膨脹引起的混凝土對(duì)鋼管的預(yù)膨脹力太大，對(duì)直縫焊管焊縫不利，太小則升溫時(shí)鋼管與混凝土可能脫黏，因此要研究合理的預(yù)膨脹力范圍。
文章建議，對(duì)于混凝土拱橋，則要繼續(xù)研究如何減少勁性骨架外包混凝土數(shù)量，提高模板、鋼筋安裝、混凝土澆筑等關(guān)鍵工序的機(jī)械化水平，減少用工量?？傊?，要在工程中尋找課題，不斷研究解決辦法，才能推動(dòng)拱橋建造技術(shù)更快發(fā)展。
