多元创新集成小体量工程精品 ——合江长江一桥促进山区拱桥迈向超大跨径

合江长江一桥全景

钢格子梁结合钢混凝土组合桥面板的主梁新结构

    6月12日，在第36届国际桥梁大会年会上，四川省公路规划勘察设计研究院有限公司（简称四川公路设计院）负责设计的合江长江一桥荣获被誉为世界桥梁界“诺贝尔奖”的乔治·理查德森奖，成为世界钢管混凝土拱桥建设史上具有里程碑意义的经典工程。

    “与本届其他获奖工程相比，该桥总投资约2.6亿元，是小体量工程，但该桥依托系列结构设计、施工工艺与材料创新，引领了行业科技进步。同时，该桥具有用料少、自重轻、整体性好、施工安全高效、工程绿色美观等优点，且相较于同等跨度的悬索桥，节省了投资约6000万元，创造了较大的经济效益。”合江长江一桥主要设计负责人、四川公路设计院总工程师牟廷敏介绍。

    建成后的合江长江一桥与长江融为一体，如龙饮绿涧，似惊鸿掠水，成为当地标志性建筑和重要景观。

    攻克超500米主跨难关

    设计之初，为了降低施工对周边环境的影响，保护长江合江至雷波段珍稀鱼类自然保护区的生态环境，四川公路设计院经过认真比选，最终选择了材料最省、造价最低、工期最短的钢管混凝土桁式拱桥方案，以尽可能减轻对自然环境的干扰。

    选定了桥型，更大的问题又来了：大桥选址处的长江河道弯曲，江面宽约500米，为保证通航安全，大桥主跨不能小于500米。“主跨超过500米的钢管混凝土拱桥工程在世界上都是没有先例的，设计难度不言而喻，但我们最终依靠自主创新解决了难题。”牟廷敏说。

    另一位合江长江一桥的主要设计负责人、四川公路设计院教授级高级工程师范碧琨则归纳出了设计过程中的“三二一”：“我们自主研发了三项结构设计创新、两项施工工艺创新和一项混凝土建筑材料创新，这6项创新相互融合，形成成套技术，为成功打造这一精品工程奠定基础。”

    6项创新助“长虹经天”

    “大桥主拱跨径530米，肋宽只有4米，宽跨比约为1∶132，主拱拱桁高16米，腹管长达18米，主拱腹管最大长细比为26∶1。在这种情况下，解决稳定承载力低的问题成为设计的关键环节。”范碧琨介绍。针对这一难题，设计团队提出了三项结构设计创新，即主拱结构形式采用新型拱肋和组合式横撑构造，主梁形式采用“钢格子梁+钢混组合桥面板”新型结构。三项结构的创新，能有效减轻结构自重，也降低了施工风险和建造成本。

    新型拱肋通过对矩形桁式拱肋进行加劲，解决了受压腹管稳定问题，增强了拱肋整体刚度。组合式横撑是将每组横撑设置在主拱的同一独立单元内，相比传统的横撑形式，组合式横撑可以显著减轻悬拼单位质量，大幅减少接头高空安装量和焊接量。相较于钢筋混凝土桥梁和传统的钢混叠合梁，新型主梁结构优势在于其桥面板总厚度仅为15厘米，整体性好、用钢量少，比传统钢筋混凝土主梁自重减轻了近六成。该结构非常适用于主要承受竖向荷载的大跨拱桥主梁。

    两项施工工艺，即一体化节段安装技术、大型钢管混凝土结构管内混凝土真空辅助灌注方法。这两项施工工艺实现了大桥安装“低成本、高精度、零事故”的目标，并解决了500米级钢管混凝土拱桥拱圈成拱问题。

    “传统混凝土流动性较弱，很容易造成管内混凝土内部出现空洞，再加上混凝土收缩性大，就会导致混凝土与钢管间缝隙过大，而这些都会降低钢管混凝土结构的承载力。”范碧琨说，“设计团队研发的大流动度泵送自密实补偿收缩混凝土，使大桥建成后主拱内混凝土完全满足钢管和混凝土协同受力的要求，彻底解决了大跨钢管混凝土拱桥脱空的难题。”

    合江长江一桥是钢管混凝土拱桥跨径的重大突破，也是这一桥型的代表性桥梁。其科技创新成果为广西平南三桥、合江长江三桥等大跨钢管混凝土拱桥的建设提供了技术借鉴，也为四川公路设计院编制国内第一部《钢管混凝土拱桥设计规范》提供了支撑。

    此次乔治·理查德森奖是合江长江一桥继今年4月获得詹天佑奖后获得的又一项国际大奖，中国土木工程学会在颁发詹天佑奖时对合江长江一桥作出如下评价：该桥的顺利建成促进了行业科技进步，推动了钢管混凝土拱桥向更大跨径发展，对山区公路、铁路超大跨度拱桥的建设具有重要的推动作用，其技术在一系列大型工程中得到了应用，也进一步彰显了我国拱桥在国际上的重要地位。（作者：特约记者 匡成刚 通讯员 张俊锋）