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蘇通大橋 砌筑水上的風景

放大字體  縮小字體 發布日期:2008-06-02  來源:中國混凝土網  作者:中國公路網
核心提示:蘇通大橋 砌筑水上的風景
   每次談到當初接手蘇通大橋的感受,江蘇交通廳廳長、總指揮游慶仲都會提到一個字:“怕”。之所以會怕,是因為他知道面臨的將是什么:寬達6公里的江面、一年有179天刮6級以上的大風、120天降雨、31天大霧、江水一日兩潮、潮差達到4米、從水面垂直向下探到300米才能碰到巖石…… 

  與蘇通人面對困難時一樣,挑戰面前,每個建橋人都會懷有一顆敬畏之心。“怕”的背后,是接受挑戰的決心,是跨越天塹的雄心。游慶仲說,造一座大橋,要達到三個境界:做成、做好、做到世界頂級。要達到最高境界,必須依靠科技創新。 

  在世界橋梁跨徑排行榜上,中國橋梁占有了很高的比重,位列榜首的也不在少數。光鮮的排名只是表象,更重要的,是其背后橋梁創新技術的支撐。蘇通大橋、潤揚大橋、菜園壩大橋、東海大橋、杭州灣大橋,每一個世界記錄的背后,都有數不清的科技創新與中國人智慧的凝聚。 

  回顧改革開放30年,橋梁建設成為國家發展的一個重要標志,而這個標志的核心內涵,就是技術創新的歷史意義。正如交通運輸部專家委員會主任鳳懋潤所說:“大規模的建設是我國橋梁技術創新和實現超越的難得歷史機遇,也是實現技術強國戰略目標的寶貴歷史性資源”。 

  科技創新支撐橋梁建設,橋梁建設帶動科技創新,這個循環體系,讓我們更有理由相信中國橋梁的美好未來! 

  斜拉橋的千米跨越 

  5年,一個孩子呱呱墜地到自由奔跑的時間,也是蘇通大橋跨越長江的歷程。這是一場漫長的科技創新革命,回顧每一個腳印,清晰可見。 

  開工伊始,蘇通人就接受了第一個挑戰。2003年7月19日,蘇通大橋開始搭設樁基礎試樁施工平臺。按設計要求,大橋北主塔墩要在水深35米、流速每秒4米多的河床中,用131根鉆孔樁,托起1個半足球場大、6層樓高的鋼筋混凝土主塔承臺,這將是世界上最大的群樁基礎。 

  12天后,每根長60米、直徑1.4米的12根平臺鋼管樁被打入江中連為一體。然而這天恰逢天文大潮,意外發生了,鋼管樁在水流撞擊下劇烈搖擺,最后全部折斷…… 

  失敗讓蘇通大橋建設者對工程有了更多的思索和更深入的研究。建設者們提出了一個全新的施工方案:直接采用直徑2.85米的鋼護筒搭設施工平臺。這一次成功了,蘇通人跨出了第一步。 2005年5月,在主橋墩承臺施工中,建設者把總長度900公里,近7000噸的鋼筋在鋼套箱里扎成錯綜復雜的骨架,并澆筑混凝土。南北塔墩承臺澆筑完成,蘇通大橋第一個新的世界紀錄誕生。 

  隨后,蘇通大橋建設面臨了又一個世界級難點——橋塔施工。這座橋塔高達300.4米,相當于100層的大樓,這是世界橋梁建設史上的新高度。 

  當塔身施工越來越高的時候,一個新情況出現了:塔身受照射的一面與背光的一面存在溫差,溫差會使主塔產生彎曲擺動,這就是“背日葵”現象。日照擺動加上高塔在風中產生的風振,塔頂頂端最大擺動幅度達到1米。這給施工監控帶來了極大影響。 

  指揮部最終找到一個解決方案:不僅在大橋橋塔上安裝了風速儀、測溫儀,還在大橋橋塔上安裝了200塊光學棱鏡,利用棱鏡的觀測數據隨時計算出塔體的鉛錘狀態,確保主塔的垂直度時刻掌控在自己手中。 

  高空的難題解決了,還有江底。 

  蘇通大橋下面的河床抗沖刷能力較差,建成的群樁基礎將很可能造成樁前下切水流和側向繞流,對施工期及運營期的基礎安全和基礎質量構成巨大威脅。 

  主塔基礎是否需要進行永久沖刷防護?要保證蘇通大橋承諾的100年壽命,就必須找到一個全新方案。在激烈的討論和多項大規模試驗論證后,指揮部決定增加一個浩大的工程項目——河床沖刷防護。這意味著要增加1.4億元工程費用。 

  沖刷防護范圍經論證被分成核心區、永久防護區和護坦區三部分,不同區域選用不同的結構類型和尺度。沖刷防護的拋投行動從2004年夏季開始,連續向江中拋投了驚人的109萬立方米袋裝砂石,相當于建起一座面積為足球場大小的50層大樓。兩個主墩周邊河床從此披上了順江380米、橫江280米的“鎧甲”,橋塔“底盤”穩坐江中。 

  2007年6月18日,蘇通大橋迎來了最關鍵、也是最危險的階段——合龍。 

  能不能搶在臺風季節來臨前實現大橋合龍,將關系到蘇通大橋建設的成敗。在大橋合龍之前,長達540米的橋面單臂懸在空中,這是在建大橋最脆弱的時刻,一旦有超強臺風突然光臨,大橋就要面臨危險。所以,趕在臺風出現前的6、7月份完成蘇通大橋主跨合龍是指揮部惟一的抉擇。驚心動魄的合龍時刻終于來臨。 

  如何保證大橋合龍精度?怎樣將合龍段鋼箱梁和兩端鋼箱梁的拼接誤差值控制到最小?指揮部展開攻關,提出了一個新穎、大膽的解決方案:利用大功率千斤頂頂推輔助合龍。 
 
  2007年6月18日, 8臺900噸級的千斤頂同時發力,把蘇通大橋總重量達5萬多噸的兩側鋼箱梁,分別向南北兩岸緩緩頂推,把合龍口頂開。最后一節鋼箱梁開始起吊,緩緩嵌入預留的合龍口,8臺千斤頂再次發力,把兩側的橋面穩穩推回,合龍的實際誤差幾乎為零。 

  2007年6月19日,蘇通大橋實現歷史性一躍,在滔滔長江70米上空完成了中跨合龍。世界最大跨徑斜拉橋誕生了。 

  大海上的奇跡 

  杭州灣大橋通車前不久,國際橋梁界樁基泰斗、美國工程院院士杰·韋克教授專門給大橋指揮部來信,稱將把杭州灣跨海大橋作為經典案例收入其正在撰寫的一本專著中。這個消息讓大橋指揮部人員倍受鼓舞,也讓他們想起了很久之前的一句話:“在杭州灣上架設大橋,本身就是一個奇跡。” 

  14年前,當建橋設想第一次擺上桌面時,在場的不少專家都驚訝不已,同時,他們也不無擔憂:作為舉世聞名的三大強潮海灣之一,杭州灣建橋施工難度之大舉世罕見:浪高、流急、潮差大,小氣候變化無常,一年中能在海上施工的時間只有180天;海底還有30多米深的砂性淤泥層,并有大量的淺層天然氣,一打樁隨時會噴涌而出……除了“天時”、“地利”的劣勢,“人和”也是一片空白:缺設備、缺標準,更缺經驗。 

  2002年5月,在美國紐約一家世界著名橋梁建筑公司的大樓內,當專程前來咨詢的杭州灣大橋工程指揮部考察團把淺層天然氣打樁施工、灘涂區架梁等難題介紹完畢后,現場一片寂靜,原本信心十足的外方專家集體“失語”。最后,外方CEO只能以一句“如此復雜的施工條件,想找到解決的辦法需要時間”匆匆作結。 

  靠人不如靠己。既然設計無法指導施工,那就讓施工來引導設計。于是,指揮部在面向全國征集大橋施工組織和橋型方案時,開創性地采用了以施工單位為主,并由其邀請設計單位組成聯合體投標的模式。同時,鑒于海上施工難度極大,就盡可能壓縮海上施工時間,變海上施工為陸上施工,倡導工廠化、大型化、機械化的設計和施工理念。好比是把組成橋梁的樁基、橋墩、箱梁等部件當作“積木”,先在陸地的工廠內造好,然后再用大型機械設備搬到海上“搭積木”。 

  “在杭州灣跨海大橋創新歷程中,理念創新堪稱‘基石’。正是施工設計理念的創新,給我國今后建設大型跨海橋梁提供了一把可資參照的標尺。”大橋工程指揮部副總指揮、總工程師呂忠達總結道。 

  施工引導設計,卻沒有使施工的難度有所減少。 

  時過一年,說起大橋的施工場景,慈溪庵東鎮海星村村民張吉斌依舊神采飛揚:“嚯,那個場面真壯觀,運梁的車僅輪胎就有好幾百個,遠遠看去像一條趴著的巨型‘蜈蚣’。” 

  給他留下深刻記憶的正是有“世界第一架”之稱的大橋南岸灘涂區大噸位箱梁架設施工。杭州灣南岸架橋區有10公里長的灘涂區,怎樣才能把跨度50米、單片重達1430噸的大型箱梁架起來?一個個施工方案制定了又被推翻。 

  總工程師呂忠達“操刀”攻關。思路一步步被理清:把箱梁從陸上預制場運到提梁站是一道難關,把它提上橋面又是一道難關,最后從橋面一端運到架設點更是一道難關。直覺告訴呂忠達,國際通行的梁上運梁架梁工藝是成熟、可行的,簡單地說,箱梁就是橋面板,梁上架梁就是用架梁機沿著已有的橋面往前不斷延伸架設新的橋面。但問題在于,此前世界上采用這一工藝架設的箱梁單重最高紀錄為900噸,而跨海大橋箱梁要重出一半多。能行嗎? 

  一次吃午飯之際,一個念頭忽然閃現在呂忠達的腦海里:梁上運梁架梁只用2片梁,如果增加到4片梁,不就解決了嗎? 

  這個點子使難題迎刃而解:承擔施工的中鐵二局耗資1.8億元專門研制了運梁機、提梁機、架梁機等關鍵設備,僅運梁機就有76米長,并配置了多達640個車輪,從而有效保證了4片箱梁運輸載荷的受力均衡,經測算,每平方厘米受力僅10公斤。大橋的全部404片巨型箱梁就這樣“舉重若輕”,被穩穩“抬上”了橋墩,架設長度達10.1公里,新的梁上運梁架梁單重世界紀錄誕生了!跨海大橋,面臨的最大挑戰就是海。   

  湛藍的海水,暗藏“殺機”——它會侵蝕深入海底的鋼管樁。對此,國外通行的做法就是加厚管壁,按百年大橋的設計,管壁就要增厚2厘米,整座大橋鋼管樁用鋼量將從37萬噸增至50萬噸。成本增加不說,現有的打樁設備也無法勝任。技術人員經過上百次的摸索,創新了粉末涂裝工藝,給鋼管樁裹上了一層特制的“外衣”,防腐效果出奇地好,并直接節省了4.5億元建設資金。 

  海水中富含的氯離子是混凝土結構的“天敵”,會“蠶食”混凝土“肌體”。大橋工程技術人員大膽改變混凝土“配方”,用類似調“雞尾酒”的方式,研發出了高密實性的海工混凝土。由此,成功解決了跨海橋梁鋼管樁結構、混凝土結構防腐兩大世界性難題…… 

  官產學研創新體系 

  大橋完成跨越,展露的雄姿與建設者的事跡成為了人們的驕傲。而得以傳承的,還有橋梁建設科技攻關過程中所形成的創新體系。 

  “產學研”,這是人們一直以來最認同的科技創新體系,而在諸如蘇通大橋這樣的大型基礎設施建設當中,卻有另一股至關重要的力量。江蘇交通廳廳長、蘇通大橋總指揮游慶仲把蘇通大橋的創新體系稱為“官產學研”。正是“官”的介入,使政府部門在工程領域、特別是重大工程領域中所起到的主導作用得以明確。 

  蘇通大橋的創新體系包括:以交通部、江蘇省等政府決策機構為主引導系統以江蘇省蘇通大橋建設指揮部為主的監督和管理系統,以兩院院士和國內外高層次橋梁專家為主的咨詢和指導系統,以相關大專院校、科研院所和國內外專業咨詢機構為主的研究支持系統,以設計、施工等龍頭企業為主的技術研發和應用系統。 

  準確定位是創新工作的基礎,政府的主導作用對于這個定位有重要意義。蘇通大橋從工程、交通行業和國家三個層面為技術創新定位:在工程層面上,定位為突破世界級技術難題,實現斜拉橋千米跨越;在行業層面上,定位為探索重大工程技術創新體系,培育企業創新能力,形成具有自主知識產權的關鍵技術成果;在國家層面上,定位為提升技術平臺,提高參與國際橋梁建設的競爭力。 

  可以說,蘇通大橋這樣的世界級工程承載著由橋梁大國向強國邁進的歷史使命。杭州灣大橋也承擔了相同的使命。 

  在廣闊的杭州灣架設長橋,沒有先例與經驗,還要面對風浪干擾、海底淺層沼氣威脅、海水腐蝕影響等世界性難題。當年大橋建設工程技術人員咨詢美國專家,這位專家扔下一句話:“這些問題我們沒有遇到過,不過,如果把杭州灣跨海大橋交給我們去做,相信會有解決的辦法。” 依賴外國,當然是捷徑,可杭州灣大橋建設指揮部慎重考慮后,選擇了另一條路:自主創新,靠中國智慧,走前人沒有走過的路。中國的跨海大橋要打出中國品牌,只有自主建設、自主創新,才能擁有自己的核心技術,形成自主技術體系。 

  杭州灣大橋建設依靠專家,充分發揮交通部和浙江省聯合技術專家組的“智囊團”作用。大橋開工兩年多來,共獲得了250余項科技創新成果,創造了多項亞洲、世界紀錄。其中,已有5項科技項目通過鑒定,達到了國際領先水平。這些創新成果,不僅確保了杭州灣跨海大橋的順利建設,還被運用到舟山連島工程及國內其他大型跨海大橋、即將開工的京滬高速鐵路等工程,產生了更大的經濟社會效益。 

  中交二航局董事長、總經理王海懷在杭州灣大橋通車之際說:“對中國建橋行業發展來說,一是綜合建橋能力實現提升,由江河建橋發展到海上建橋;二是真正實現由建橋大國向建橋強國的轉變;三是收獲了一大批橋梁建設技術。” 

  進軍世界舞臺 

  公共基礎設施,重大工程是自主創新的“核心資源”,這種資源應該屬于整個行業。所以,政府部門在其中扮演的應該是資源分配、或者說是服務的角色。依托重大工程培育企業技術創新能力是業主的使命。 

  蘇通大橋建設者驕傲地告訴記者,他們建設的是一個播種希望、生長奇跡、收獲人類斜拉橋千米跨越中國紀元的大工程。大工程是國家重要的建設資源,因此,他們的夢想不僅僅是依靠科學技術的集成應用,解決工程本身的技術難題,而且要從國家層面上定位,摒棄狹隘的工程觀念,對自己國家、民族企業和技術人員的滿懷信心,把培育企業自主創新能力放到工程建設的重要位置上,形成一系列自主創新的核心技術成果和標準、規范,為我國橋梁技術的整體跨越、為資源與環境的可持續發展作出貢獻。 

  中國人自己生產的纜索 

  潤揚大橋是完全由中國自己的隊伍建設的,但潤揚人也有一個遺憾:索纜這一大橋的“生命線”的制造者依然是日本新日鐵公司。高強鍍鋅鋼絲這一市場一直是日本產品一統天下。然而,這種格局在蘇通大橋的建設過程中被徹底打破。 

  2005年8月17日下午,蘇通大橋建設指揮部與寶鋼集團正式簽訂供貨合同,蘇通大橋斜拉索用鋼將全部采用寶鋼產品。 

  寶鋼能夠中標蘇通大橋項目,其中有著指揮部的良苦用心。在指揮部原來的招標方案中,盤條、鋼絲和斜拉索制造是一個標。有意參與競標的是寶鋼與上海浦江纜索工程有限公司聯合體、日本新日鐵與江蘇法爾勝有限公司聯合體。考慮到新日鐵的盤條價格是中國產品的兩倍,而上海浦江的廠房又不具備生產577米纜索的條件。指揮部最終決定,將一個標改為兩個:盤條和鋼絲生產是一個標,纜索生產為另一個標。這一重大改變無疑為寶鋼中標創造了條件。新日鐵公司的代表在寶鋼中標后留下了一句話:“寶鋼的產品如果能成功運用到蘇通大橋上,我們或許會永遠失去中國特大型橋梁這個市場。” 

  最終,寶鋼成功完成了1770Mpa高強鋼絲的研發。寶鋼的收獲是巨大的,中國的收獲更大。高強鋼絲的成功研發,一舉打破了國外企業的長期壟斷。在蘇通大橋272根斜拉索中,有56根的長度打破了世界紀錄,其中最長的4根為577米。 

  寶鋼實現了由1670MPa到1770MPa的技術跨越,并且由此進入世界競爭的“舞臺”。寶鋼集團特鋼二廠總經理張健說:“如果沒有蘇通大橋工程這個大舞臺,我們的跨越可能還要等十年甚至幾十年。” 

  “讓中國的泵把混凝土送到世界最高橋塔上去” 

  這是蘇通大橋橋塔施工中蘇通人的一個希望,最終,被中國企業三一重工成功實現。蘇通大橋橋塔施工分68個節段,每個節段約4.5米高,期間,設備必須把粘稠度很高的混凝土一節一節往上送,直到最高300多米。施工單位都知道,中國的混凝土泵的知名度與世界最好的“SEW”牌及法國的大象牌相距甚遠,采用進口設備在計劃之中。但蘇通人不甘心,外國產品雖好,也從沒有300米高塔、50號混凝土的成功先例,中國現在也有不錯的產品,何不讓咱們自己也試試?于是,他們“擅自”決定采購兩臺設備,一臺國產設備和一臺進口設備。 

  這事自然有不同意見,有人擔心,就向指揮部匯報,游慶仲當即拍板:“好!跟三一重工講,如果他們有信心、有決心,就讓中國的泵把混凝土送到世界最高橋塔上去。” 

  三一重工深知蘇通大橋在質量上的追求,蘇通大橋買一臺,他們送來了兩臺,其中一臺是備用的。在實際施工中,花260多萬買來的進口設備常出故障,三一重工90萬的設備卻很少出毛病。最后,三一重工驕傲地把那臺備用泵拉回了家。 

  寶鋼集團與三一重工的技術突破只是大橋眾多工程項目的一個縮影。據介紹,蘇通大橋建設先后共有78家民族企業參與,通過蘇通大橋這個“舞臺”實現了群體跨越。后來,中鐵山橋集團、法爾勝集團與寶鋼集團等四家國內企業集體中標香港昂船洲大橋工程,同步進入世界舞臺的競爭。 

  延伸的科技之路 

  技術創新的腳步永不會停止,在建成大橋收獲科技成果的時候,還有一些在建大橋依然在科技創新的探索之中,并即將創造新的奇跡。 

  西堠門大橋 

  西堠門大橋是連接舟山本島與寧波的舟山連島工程5座跨海大橋中技術要求最高的特大型跨海橋梁,主橋為兩跨連續鋼箱梁懸索橋,主跨1650米,是目前世界上主跨跨徑第二位、國內第一。同時,西堠門大橋是世界上最大的鋼箱梁懸索橋,也是世界上第一座分體式鋼箱梁懸索橋。大橋營運階段顫振檢驗風速高達每秒78.74米,遠遠高于目前國內外已建橋梁,為了保證營運階段的抗風穩定性,西堠門大橋首次采用了分體式鋼箱加勁梁,其梁高3.5米,中跨梁寬36米,邊跨梁寬37.08米,顫振臨界風速達到每秒88米以上,滿足了抗風穩定性要求。同時通過空間有限元分析,并由1:2大比尺模型試驗和錨箱足尺模型試驗,證明結構受力合理,安全可靠,節省材料和造價,方便制造和架設安裝。目前國內外懸索橋均無采用分體式鋼箱梁的先例。 

  2007年12月16日上午11時,舟山連島工程西堠門大橋第126段鋼箱梁完成吊裝連接,至此,西堠門大橋主橋宣告全線貫通。 

  上海長江大橋 

  2008年2月19日上午11點,我國目前最大的鋼-混凝土組合梁——長105米、寬16.95米、重達2300噸的最后一片梁,穩穩地落在上海長江大橋上。該部分工程提前了85天完成,意味著自2005年8月上海長江隧橋大橋工程開工以來,上部結構的最大難關被一舉拿下。 

  上海長江隧橋(崇明越江通道)工程位于上海東北部長江口南港、北港水域,是我國長江口一項特大型交通基礎設施項目,工程采用“南隧北橋”方案,即以隧道形式穿越長江口南港水域,長約8.95公里;以橋梁形式跨越長江口北港水域,長約16.65公里。 

  地處長江入海口的上海長江大橋為斜拉橋橋型,單跨730米,位列世界上正在建設和已建成斜拉橋的第五位。 

  上海長江大橋所在處,水流情況復雜,受到海潮和長江來流的共同作用,容易引起河床條件發生變化,加上上海軟土地基的多重作用,因此,對設計和施工都是新的考驗。它的主塔采用的是分離式鋼箱梁設計,造型形如“人”字,平直的橋面從腰際穿過,增加了整體上的美觀性,作為今后的“長江門戶第一橋”,秀麗而大氣的景觀將是上海長江大橋的特色之一。 

  重慶朝天門大橋 

  重慶朝天門大橋位于長江與嘉陵江交會處的朝天門前,橋長1741米,跨徑組合為190米+552米+190米,三跨連續中承式鋼桁系桿拱橋,是世界上跨徑最大的鋼拱橋。朝天門全橋永久用鋼4.6萬噸,輔助用鋼近4萬噸,用鋼量可用來制造10萬輛轎車。它集梁橋、斜拉橋、拱橋和懸索橋四種技術為一體,施工難度極大。 

  今年1月份,朝天門大橋主拱合龍。為保證主拱合龍精準無誤,采用了全自動激光照準儀,整套設備價值超過50萬元,誤差是全球定位系統的十分之一。另外,為確保大橋堅固安全,整座大橋的鋼構件全部用高強螺栓連接,沒采用焊接。為了保證所使用的182.7萬套高強螺栓個個都能達到質量技術要求,專家們制定了非常嚴格的施工控制方案和施工質量要求,還使用了數字控制扭力扳手,確保螺栓之間的拼裝誤差不超過1毫米。 

  朝天門大橋預計今年年底建成通車,屆時,“世界第一拱”將屹立山城。
 
 
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