解開克枯特大橋的技術(shù)密碼

  建設(shè)中的克枯特大橋

  克枯特大橋被列為交通運(yùn)輸部科研橋，目前國(guó)內(nèi)唯一的鋼管混凝土組合桁梁橋。

  揭秘

  3月3日，初春，阿壩州境內(nèi)仍寒風(fēng)凜冽。車來車往的國(guó)道317線旁，在建汶馬高速雛形已現(xiàn)，臨近汶川互通不遠(yuǎn)，一座紅色鋼橋——克枯特大橋引人注目。

  這是四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院（簡(jiǎn)稱“四川公路設(shè)計(jì)院”）總工程師牟廷敏此行的目的地?？丝萏卮髽蜃越ㄔO(shè)以來，作為設(shè)計(jì)者，牟廷敏已無數(shù)次來現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。但今天不同的是，他帶著一群橋梁專業(yè)的人員，前來參觀學(xué)習(xí)。

  這座還在修建中的橋梁，緣何引人關(guān)注？

  1 首創(chuàng) 全橋不需要模板，現(xiàn)場(chǎng)“DIY”組裝

  從外形看，克枯特大橋裸露在外面的部分都是鋼結(jié)構(gòu)，橋墩、桁梁等比常見的混凝土橋略顯“苗條”。

  建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)也很特別。傳統(tǒng)的架橋法，是在橋梁建設(shè)地附近，建設(shè)預(yù)制場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)澆筑桁梁等。而在克枯特大橋建設(shè)工地，只看見堆放的鋼架半成品。高級(jí)焊工師現(xiàn)場(chǎng)將鋼架焊接起來，組成30米或40米長(zhǎng)的桁梁；澆入混凝土后，由特制的超大型鋪裝機(jī)，安置在已架設(shè)好的橋墩上。

  牟廷敏介紹，這座橋是鋼管混凝土組合桁梁橋，橋基、橋墩、蓋梁、桁式主梁均是鋼筋混凝土，橋面板是帶鋼底板的組合橋面板。該橋最大的特點(diǎn)是“全橋不需要模板”。

  沒有模板如何澆筑混凝土？“這些鋼管就是‘模具’?！彼忉尅蚨詹糠?，確定鋼管位置后，再澆筑混凝土，形成橋墩。上部結(jié)構(gòu)部分，根據(jù)橋成型后的樣式，分割成若干塊鋼管，由工廠統(tǒng)一定制生產(chǎn)，建設(shè)者只需現(xiàn)場(chǎng)“DIY”組裝，焊接、注入混凝土、安裝即可。

  這種架橋技術(shù)國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，因此這座橋被列為交通運(yùn)輸部、四川省交通運(yùn)輸廳科研橋，也是目前國(guó)內(nèi)唯一的鋼管混凝土組合桁梁橋。

  作為科研橋，它具有“科技引領(lǐng)”的示范意義，不僅實(shí)現(xiàn)了橋梁建設(shè)的進(jìn)步，還實(shí)現(xiàn)了由技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)。使用耗材減少，與簡(jiǎn)支橋梁比較，鋼管混凝土組合桁梁橋減少混凝土用量約60%，鋼材用量相當(dāng)——實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)約和環(huán)保；在工廠制造、現(xiàn)場(chǎng)整體安裝——實(shí)現(xiàn)了工廠化、集約化，也確保了生產(chǎn)品質(zhì)；作業(yè)量減小，現(xiàn)場(chǎng)工人少，由需 500人減少到只需 30余人，更多的工人則進(jìn)入車間，成為產(chǎn)業(yè)工人。

  還有一個(gè)好處：建設(shè)工期更短。項(xiàng)目總工余洋說，在現(xiàn)場(chǎng)，焊拼一跨鋼桁梁只需 20天，若采取傳統(tǒng)方式，生產(chǎn)同等長(zhǎng)度的T型梁需 30天以上。

  2 背后 破難修路，從材料應(yīng)用到結(jié)構(gòu)形式不斷創(chuàng)新

  為什么會(huì)想到這種架橋方式？這是由現(xiàn)場(chǎng)條件決定的。汶馬高速全線幾乎在深山峽谷里穿行，有的地方，連找一塊可以修互通立交的完整場(chǎng)地都沒有，要尋找到合適的場(chǎng)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工、現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制，十分困難。既有的技術(shù)條件不能滿足后，新技術(shù)、新工藝、新方式應(yīng)運(yùn)而生。

  架橋技術(shù)雖首創(chuàng)，但牟廷敏對(duì)于克枯特大橋的使用，極有信心。

  業(yè)內(nèi)有一句話，鋼管混凝土橋梁，業(yè)內(nèi)看中國(guó)、中國(guó)看四川。幾十年來，四川公路設(shè)計(jì)院持續(xù)進(jìn)行鋼管混凝土橋梁的研究和實(shí)踐，技術(shù)已領(lǐng)先全球。

  在牟廷敏的辦公室，記者看到厚厚的一疊書籍，是鋼管混凝土橋梁的各種規(guī)范，設(shè)計(jì)規(guī)范、應(yīng)用規(guī)范，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)……這些已經(jīng)推廣應(yīng)用到全國(guó)、全行業(yè)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，由四川公路設(shè)計(jì)院牽頭編制。

  理論來源于實(shí)踐。第一座鋼管混凝土拱橋、梁橋、斜拉橋以及世界最大跨鋼筋混凝土拱橋——萬縣長(zhǎng)江公路大橋、世界最大跨度鋼管混凝土拱橋——合江長(zhǎng)江一橋、世界首創(chuàng)全鋼管混凝土桁梁橋——干海子特大橋，均誕生在四川公路設(shè)計(jì)院筆下。

  “鋼管混凝土橋梁集納了鋼管和混凝土各自的優(yōu)點(diǎn)，解決了拱橋高強(qiáng)度材料應(yīng)用和施工兩大難題?！蹦餐⒚粽f，自1991年，首座鋼管混凝土橋梁經(jīng)四川公路設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)誕生后，迅速在業(yè)內(nèi)得到推廣應(yīng)用，在2015年正式規(guī)范誕生前，全國(guó)建成了445座鋼管混凝土拱橋。

  在主持設(shè)計(jì)雅西高速時(shí)，牟廷敏基于多年經(jīng)驗(yàn)，嘗試從“建筑材料的變化”向“建筑結(jié)構(gòu)的變化”改變，由此誕生了著名的干海子特大橋——全鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)讓大橋自重減輕了60%以上，抗震性能好?？丝萏卮髽?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)的創(chuàng)新運(yùn)用則更進(jìn)一步，實(shí)現(xiàn)了全橋不用模板。

  3 探索 從“薄弱點(diǎn)”下手，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展

  從“全橋模板”到“全橋不用模板”，對(duì)鋼管混凝土橋梁的探索，是不是達(dá)到極致了？“不會(huì)！”牟廷敏給出肯定的答復(fù)。

  “對(duì)設(shè)計(jì)者而言，沒有一座橋是完美無瑕的?！彼f，技術(shù)的發(fā)展有一個(gè)過程，即使是干海子特大橋，現(xiàn)在回過頭來看，也還有諸多需要改進(jìn)和完善的地方。時(shí)代在進(jìn)步，科技也在進(jìn)步，創(chuàng)新和探索是永無止境的。

  探索的方向是什么？牟廷敏表示，在一個(gè)個(gè)“建設(shè)難”迎刃而解后，“服務(wù)運(yùn)營(yíng)”成為新時(shí)代的命題。

  以克枯特大橋?yàn)槔?。上部結(jié)構(gòu)件在工廠生產(chǎn)后，拆分成若干零部件運(yùn)到工地。建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)，焊接成為了重要的一道工序。項(xiàng)目總工余洋告訴記者，大橋長(zhǎng)4.4公里，而焊接長(zhǎng)度卻達(dá)到了10多公里，是橋長(zhǎng)的數(shù)倍。

  目前，四川公路設(shè)計(jì)院正在做“焊接節(jié)點(diǎn)疲勞試驗(yàn)”，通過對(duì)焊接節(jié)點(diǎn)上億次的不停歇撞擊，找到薄弱點(diǎn)，再有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)，在“使用100年”的底限上，最大限度地延長(zhǎng)使用壽命。

  不僅僅是橋。這些年來，四川高速公路不斷從盆地向高原、向大山深處延伸，誕生了諸多“超級(jí)工程”。四川公路設(shè)計(jì)院黨委書記、院長(zhǎng)羅玉宏介紹，近五年來，四川公路設(shè)計(jì)院在道路、橋梁、隧道、路面、環(huán)保、智能交通等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域開展了78項(xiàng)科研立項(xiàng)，創(chuàng)新性破解了四川盆周山區(qū)高落差、高海拔、高烈度、極難地災(zāi)環(huán)境等世界級(jí)技術(shù)難題，在復(fù)雜山區(qū)公路、高墩大跨橋梁、高海拔超特長(zhǎng)深埋隧道等領(lǐng)域取得了一系列世界領(lǐng)先的科研創(chuàng)新成果，為“蜀道暢”提供了堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)理論支撐。

  “創(chuàng)新探索是一種手段，主要目的還是嘗試通過技術(shù)的‘革命’，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展?！绷_玉宏表示。  汶馬高速克枯特大橋最大的特點(diǎn)是全橋不需要模板。