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由四川省公路规划勘察设计研究院有限公司设计、汶马高速重大关键

发布时间:2019-11-14  来源:78建筑网   【】【】【】  loading...

金秋十月,阿坝藏族羌族自治州色彩斑斓,景色秀美。当你驾车沿都(江堰)汶(川)高速前行,漫山的彩林彰显着别样的川西风情,进入汶(川)马(尔康)高速,映入眼帘的是一座比红叶还红艳的大桥,有人形容它就像一位山野的姑娘,朝着高原,火红的“裙摆”下摇曳着纤细的腿,蜿蜒从容地行走在崇山峻岭之间。这就是汶马高速公路汶川克枯大桥。

汶川克枯大桥全长6.4公里,由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)设计,是汶马高速的重大关键结构工程,被列为交通运输部和四川省交通运输厅资助的科研桥,首创“全桥施工无模板”工艺,工厂化程度超过80%,是全国首座预应力钢管混凝土桁梁桥,是世界最大规模的钢管混凝土梁桥工程,也是高烈度地区桥梁抗震的典范,因其独特结构、多项创新,成为近两年各大媒体竞相报道的“网红”工程。

因地制宜 首创无模板施工

四川西部山区,地形多为深山峡谷,区域内地震断裂带纵横交错,震灾频发、震级高,冰雪雨雾极端天气、大型泥石流、滑坡等气象和地质灾害肆虐,整体生态环境极其敏感脆弱。汶马高速全线几乎在深山峡谷里穿行,有的地方连一块完整的构件预制场地都没有。在这样的复杂环境下,四川公路设计院进行了精心精细的桥型比选。

在四川山区高速公路建设桥连隧、隧连桥,全程几乎“脚不沾地”,中等跨径高桥墩桥梁数量特别多,占路线总里程比重极高,采用钢筋混凝土构件,脆性破坏危害严重、结构自重大、地震响应高、结构体系抗震稳定性差,同时,现场预制场地要求高、现场作业环境恶劣且作业量大,很难满足该复杂条件下复合使用性能要求。混凝土材料用量高,也将严重影响当地生态,且混凝土梁桥施工模板用量多,模板运输、堆放、拆卸等环节占地多、周期长,工程质量控制困难。而采用传统钢结构梁桥,虽抗震性能好,但钢材消耗量多、造价高,山区条件大件运输困难,没有大型组拼场地;施工现场安装大型设备无法进场、构件连接工作量大,质量控制环节多,正交异性桥面板的抗疲劳能力、桥面铺装抗耐久性能差,运营成本高。

设计团队在设计之初做了常规混凝土T梁桥等多个方案比选,但各方案的材料指标、技术指标和工程造价等均不能完全令人满意。经过反复论证研究,在以往设计和建设雅西高速干海子大桥经验的基础上,结合钢管混凝土具备自重轻、强度高、无模板、架设方便、施工场地要求低等优势,决定采用钢管混凝土材料,设计建造钢管混凝土桁梁桥,解决了面临的复杂建设条件系列难题。

汶川克枯大桥的外型全是钢管结构,与一般高速公路大桥相比,桥墩更细、更修长。大桥桥基、桥墩、盖梁、桁式主梁均是钢管混凝土,桥面板是带钢底板的组合桥面板,最大的特点是“全桥不需要模板”。没有模板,钢管就是“模具”。桥墩部分,确定钢管位置后,再浇筑混凝土,形成桥墩。上部结构部分,根据桥成型后的样式,分割成若干块钢管,由工厂统一定制生产,建设者只需现场组装,焊接、注入混凝土、安装即可。

大桥上跨国道317线,在施工全过程必须确保国道317线通畅,且下部结构与国道空间位置无冲突。四川公路设计院设计了一种先张法预应力钢箱混凝土盖梁,具有尺寸小、工厂化制造、安装快捷方便不影响下方国道交通等优势,与钢管混凝土墩柱采用管-梁节点连接,共同解决了这一难题。此外,钢管混凝土桁梁桥节点的疲劳问题是影响该类桥型寿命的关键因素,为确保结构安全,设计团队开展了一系列钢管混凝土节点疲劳性能试验研究,为大桥设计和施工提供了可靠的数据和结论。

创新突破 打造经典工程

“一开始,看着这座钢管混凝土组合桁梁桥我是很疑惑的,但是后来我听了介绍,真的由衷地为这座桥点赞。”“汶川克枯大桥创新设计理念,结合地形特点,构思巧妙。”“这座大桥在整个桥梁界都是一个创新,而这种创新是可复制、可以推广的。”

近两年,包括10多位中国工程院院士、全国工程设计大师在内的众多国内外知名桥梁专家现场参观了该桥建设施工,从疑惑到赞叹,是这些权威专家的共同观感,创新突破是他们的一致评价。

耗材少,污染少。与简支桥梁比较,钢管混凝土组合桁梁桥减少混凝土用量约60%;与同等规模常规桥梁相比,汶川克枯大桥混凝土用量减少40%,钢材用量减少30%,原材料生产及现场污染排放物减少30%,实现了资源节约和环保。

工厂化、集约化。本桥钢结构全部在成都附近工厂内加工制造组拼,运输至工地再重新组拼成安装整节段,施工现场组装后,在半成品车间焊接、涂装成整体,再运到桥址进行安装,工厂化生产率达到80%,现场工程量仅20%,也确保了工程质量;现场工人由需500人减少到只需30余人,且可选择有利天气作业时间,在施工场地受限、昼夜温差大的进藏高速公路上,尤为实用,也为川藏铁路建设积累了经验。

建设工期更短。在现场,焊拼一跨钢桁梁只需20天,若采取传统方式,生产同等长度的T型梁需30天以上,施工周期节省1/3以上。

抗震性能好。整桥采用钢管混凝土组合,重量仅为混凝土桥梁的50%,同时具有钢管和混凝土桥梁的优点,实现了“大震不倒、中震可修、小震不坏”的设计目标,8级地震可行、9级地震可修。

厚积薄发 技术领先世界

汶川克枯大桥创立了钢管混凝土桁架梁的科学计算方法,开发了管板节点、管梁节点、管柱节点等新型节点构造,建立了变刚度支座长联结构新体系,开发了整跨架设的快速化施工技术与装备,支撑制订了世界首部钢管混凝土梁桥和焊接节点疲劳技术规范,为类似川藏公路建设条件的工程探索了新的技术路径。无模板的施工工艺引领农民工向产业工人成长,助推交通土建工程向工业化转型升级。桥梁建成后设计团队举办了两次国际学术报告会,进一步提升了该桥的国际影响力。

创新源于在实践中的匠心传承和勇于突破。几十年来,四川公路设计院持续进行钢管混凝土桥梁的研究和实践,第一座钢管混凝土拱桥、梁桥等,如世界最大跨度钢管混凝土拱桥——重庆巫山长江大桥、四川合江长江一桥、四川合江长江三桥、广西平南三桥和世界首创全钢管混凝土桁梁桥——干海子特大桥、腊八斤大桥……都出自四川公路设计院。该团队在建成世界最大跨钢筋混凝土拱桥——万县长江公路大桥后,又开发了基于超高强(达到c120)的钢管混凝土强劲骨架成拱法,建造了近10座钢筋混凝土拱桥。

“建筑材料的变化”向“建筑结构的变化”改变的创新探索,造就了著名的干海子特大桥,汶川克枯大桥对钢结构的创新运用则更进一步,实现了全桥不用模板。自1991年首座钢管混凝土桥梁经四川公路设计院设计诞生后,迅速在业内得到推广应用,在2015年正式规范诞生前,全国建成了445座钢管混凝土拱桥。创新无止境,用技术革命推动行业进步,服务时代发展,始终是这个设计团队不改的初心。

【责任编辑:78建筑网】

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