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巧夺天工 谱写璀璨篇章
2011-08-17 来源:中国桥梁网
 ——访广东佛山平胜大桥项目负责人向建军
 

湖南省交通规划勘察设计院公路勘察设计处处长 向建军

    平胜大桥以其独特姿态不断刷新着世界悬索桥的历史记录,也以骄人成绩填补了湖南设计院悬索桥设计方面的空白。众多第一让人叹服,其恢弘气势、壮丽景观令人陶醉。

    佛山环线上最耀眼的明珠、世界桥梁史上第一座大跨径独塔悬索桥——平胜大桥,自设计之初就孕育着诸多创新:第一座混合梁悬索桥、第一大跨度自锚式悬索桥、第一座四索面悬索桥,国内第一座采用顶推法施工的钢加劲梁桥……

    “究竟是怎样的一个团队,靠什么谱写出如此璀璨乐章?”此次湖南省交通规划勘察设计院的专访之行,记者有幸采访到了当时平胜大桥项目负责人、如今湖南设计院公路勘察设计处处长向建军。

    2005年至今,平胜大桥的设计工作已经过去了六年有余,但谈起平胜大桥设计施工的细节,仍历历在目。伴随着向处长的讲述,当年同心协力铸造辉煌的历程犹如一幅画卷向我们徐徐展开。

    励精图治,攻克无上难关

    “平胜大桥2003年招标大会上,投标组审时度势,果断决策,决定采用独塔单跨四索面自锚式悬索桥方案参与投标角逐,并最终凭借结构新颖、造型宏大的特点征服了评委,成功中标。”时隔多年,向处长谈到当初中标的情景,语气中仍掩饰不住那份兴奋与自豪。

    然而,欣喜过后,摆在设计院面前的困难也是前所未有的——在平胜大桥之前,设计院从没有过悬索桥设计经验,而且,平胜大桥作为世界上第一座独塔自锚式悬索桥,不仅在国内,在国外也没有先例。接手平胜大桥设计任务,设计院的团队首先要做的就是理顺设计中的技术难点。桥梁体系、过江施工、钢混结构、主缆施工、抗震抗风……这一系列的问题对于设计院来说都是全新的,需要团队逐一去解决。

    任何美好事物的诞生都不会横空出世,抽丝剥茧,汇众人长,在一个个问题不断解决的过程中沉淀下来的方案才更经得住时间和世人的考验。向处长由衷慨叹,“在当时没有任何资料可查、没有任何经验可以借鉴的背景下,开展这样一项工程,技术难度之大可想而知”。

    “平胜大桥的设计经历了方案论证、难点分析、技术攻关和设计成果落实四个阶段,施工设计也有序地攻破了多个堡垒”。也正因有了设计院“勇于创新、敢为人先”的精神和一千多个日日夜夜的不懈努力、刻苦攻坚,才成就了平胜大桥如今的华丽篇章。

    “独塔自锚式悬索桥并非当时唯一的设计方案,与其并存的还有拱桥和斜拉桥”。向处长说,经过众多专家的多次研究论证后发现,在大桥所要跨越的东平水道上,距离已建跨径280米的拱桥两公里处再建拱桥可行性不大。同时斜拉桥及两塔自锚式悬索桥的设计方案也都因造价过高等经济因素而被排除在外。但是,此时‘自锚式悬索桥设计方案’的提出,还受到了众媒体关于此种结构体系是否会引起桥梁整体失稳的诸多怀疑。这种质疑和压力让向处长和他的同事们更加坚定了信心——一定要拿下这块堡垒!

    追求卓越,打造完美设计

    这座凝聚了设计院桥梁设计人员长达四年艰辛和努力的特大型桥梁从投标、设计、科研、施工直至通车,一直牵动着院里的神经。为了解决一系列的涉及难点,保证大桥的设计质量,设计院采取了一系列有力措施:成立了以胡建华副院长为首、设计人员达20余人的大型项目组;采用了西南交通大学桥梁结构非线性分析系统对该桥进行全桥整体计算;联合高等院校积极开展了多项专题研究:西南交通大学的全桥节段模型试验,中南大学的钢-混结合段模型试验和锚跨结构分析,湖南大学的风洞模型试验,同济大学的抗震研究,长沙理工大学的钢箱梁局部模型试验以及湖南科技大学的锚箱模型试验。多次由院组织召开了国内知名专家参加的专家咨询会;积极配合业主委托的中交公路规划设计院进行设计审核工作以及业主委托的林同炎国际咨询公司的咨询工作;此外,为了提高设计人员的设计水平,在专家咨询会议期间,专家与设计人员进行了一个星期的研讨活动。这一系列的举措从组织上保证了大桥设计得以科学、严谨、有序地进行。

    长达四年的设计施工历程,凝聚了设计人员难以计量的艰辛和努力,同时也孕育了更多人才,激发了他们的智慧和才华。大桥桥型新颖、技术复杂、规模宏大,实现了桥梁结构型式、理论分析、科学研究和施工控制等诸多方面的重大突破。大桥四项关键技术更成为一座丰碑让人难以企及。

    钢混结合段设计 自锚式悬索桥加劲梁设计首次采用混合梁,即主跨采用钢梁,边跨(锚跨)采用混凝土梁。混合梁在悬索桥中属首次使用,这能充分发挥钢和混凝土材料的特性,有效地节省投资。钢混结合段也因此成为结构的受力关键部位之一。

    主缆锚固体系自锚式悬索桥与传统悬索桥的最大差别之一就是主缆锚固系统的差别。本桥主缆锚固体系设计充分利用两岸的混凝土锚跨,克服主缆强大的上拔力,并与混凝土加劲梁联成一体,同时主缆的水平分力使混凝土加劲梁的上下缘有较大的压应力储备,节省了预应力束。

    调索自锚式悬索桥的主梁先于缆吊系统施工,加劲梁由于吊索的调整存在一个体系转换的过程,且这一过程直接影响到主梁的受力状态、主梁的线形、主缆的线形、锚固体系的稳定以及吊索的安全度等。由于主缆的柔性和变形的非线性,再加上加劲梁不同的架设工艺,决定这种调整将可能有多种方式和需要反复进行多次,因而调索就成为自锚式悬索桥设计的又一关键技术。

    力学行为与架设方法 自锚式悬索桥需要通过加劲梁承担主缆的水平力,施工时必须先架设主梁,接着架设主缆,然后安装吊索,再逐步张拉吊索(使加劲梁自重逐步传递至主缆主跨主梁)从而形成悬吊结构。成桥阶段加劲梁中强大的轴向力的存在导致其在结构静动力特性、极限承载力,加劲梁局部稳定以及合理成桥状态问题与常规的地锚式悬索桥有着很大的差异!

    提及施工的具体技术,向处长还给我们介绍了四项突破:

    首先,综合桥位所处具体的地形、地貌、地质、水文、航道及设备能力等条件进行经济比较,确定了大桥采用顶推架设施工方法,并在国内首次提出了主跨钢箱梁顶推总体方案,成为国内最大跨度的钢箱梁顶推架设。

    其次,考虑钢箱梁总体稳定及局部稳定要求,对顶推架设的钢箱梁构造进行了深入研究,提出了设置纵向腹板及加劲肋等构造措施,并通过分析计算优化了钢箱梁设计。

    第三,对顶推过程支点反力、钢箱梁应力、变形及稳定性进行了分析计算,全面验证了提出的钢箱梁顶推架设方案,也为顶推滑道设计提供了科学依据。

    最后,钢箱梁顶推滑道进行了深入研究,设计了弧形顶面的柔性滑道,解决了顶推过程中钢箱梁应力集中及钢箱梁与滑道间脱空等技术难题,并成功应用于平胜大桥,效果良好。

    为了有效解决上述关键技术难题,以平胜大桥为依托工程,由湖南省交通规划勘察设计院牵头,西南交通大学、中南大学、湖南大学、同济大学、长沙理工大学、湖南科技大学、佛山路桥建设有限公司等八家单位联合组织成立了《自锚式悬索桥关键技术研究》课题组。

    平胜大桥前期漫长的论证攻关和施工研讨对后期的顺利施工产生了重要影响。大桥从2004年4月份开始施工到2006年10月份完工仅用了28个月。然而这短短的28个月,却让平胜大桥从此成为环境友好、资源节约桥型的典范。作为广东的地标性建筑,大桥自身也成为佛山上一道亮丽的风景为世人叹服。

    “雄关漫道真如铁,而今迈步从头越”。佛山平胜大桥的建成,实现了悬索桥结构体系的跨跃,对发展自锚式悬索桥设计理论与关键技术,推动结构体系创新,具有重要的学术价值和典型示范作用。

    进取超越,造就时代影响

    于全行业而言,平胜大桥的突破,对广州猎德大桥、青岛海湾大桥的设计理念和技术有着密切的指导作用。对湖南设计院自身而言,在独塔自锚式悬索桥技术在国内外一片空白的背景下,能够抵住压力脱颖而出,不仅弥补了国内外相关技术与理论的空白,同时也提高了设计院技术水平,培养也锻炼了一大批优秀的设计人才。

    独塔自锚式悬索桥的设计与技术从一片空白到最终设计施工仅历时八个月,却取得了如此骄人的成绩,这离不开设计人员没日没夜的坚持,也离不开诸多专家学者不断的探讨和研究。设计院主管副院长胡建华同志作为该项目总体负责人,带头刻苦学习,并多次亲临设计和施工一线进行指导和技术把关。向处长本人也带头加班加点,在承担行政管理工作之外,还负责了该桥管理以及设计指导工作,并数次深入施工现场,加强与业主的沟通。高强度的工作,加之工地新鲜空气的给养,带给向处长的唯一“好处”是倒床入梦”的安眠,而在大桥施工的关键阶段作为设计总负责人的胡建华院长则没有那么“好运”了,“他的精神状态一直欠佳,夜里根本睡不着”。

    严格严谨,创新敬业自勉

    在谈及承担平胜大桥项目,以及从事长达13年桥梁设计以来的切身感受时,向处长最大的感受便是,设计基础要牢、要有创新精神,态度要严谨。

    “大桥刚度不够人走上去就会恐惧;基础不牢,大桥整体就会失稳;设计者没有严谨的态度和创新精神,大桥施工、质量就会大打折扣,甚至会危及人的生命。”

    事实上,严谨的工作态度不仅被向处再三强调,走访设计院几天来,感触最多的便是设计院对待设计工作严谨、严谨、再严谨的态度。

    创新是一种机制,创新是一种精神。创新是一种“灵魂”,也一直被湖南设计院吸取、接受和执行。创新的时代大潮激发了设计院创新的文化内涵,创新的彻底武装也成为湖南设计院不断进步、遥遥领先的一大法宝,使其在激烈的竞争中脱颖而出。创新是一种企业精神,是湖南勘察设计院对员工的一种要求,也成为了每一位设计院员工的特质。

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