開啟上海北大門——崇啟大橋通車儀式側記
2012-2-3 12:21:00 來源:網絡 編輯:56885 關注度:摘要:... ...
2011年12月24日,跨越長江、連接滬蘇的快速通道崇啟大橋正式建成通車。
建橋不是簡單復制
橫跨長江,在江蘇省的建橋史上并不為奇,從最早建成通車的江陰長江大橋、潤揚長江大橋、南京二橋、南京三橋到蘇通大橋等一批大跨徑橋梁的建設成功,都為崇啟大橋提供了建設經驗。
雖然有了多座大跨徑橋梁的成功經驗,但建橋并不是簡單的復制,面臨的困難各有不同。
崇啟大橋位處長江河口段,江面寬5.5公里,最大潮差5.6米,最大流速大于3米每秒,洪潮、風暴潮、涌潮等自然災害頻繁。此外,橋位區年平均降水天數約為129天,6級以上大風每年180天以上,同時臺風影響頻繁,并常伴有大雨和暴雨等災害性天氣,一年有效施工日僅不足八個月。崇啟大橋橋位處,河段基巖埋藏深,覆蓋層厚達400米以上,表層淤泥質黏土厚達50米;接線工程地處長江三角洲沖積平原的前緣地帶,河溝眾多,水網密布,地下水位于0.8至1.2米,被稱為高速公路建設的“禁區”。
惡劣的自然條件,給施工帶來了嚴峻的考驗。首先就是鋼管樁基礎如何施工的問題。跨江大橋共844根直徑1.6米、長85至89米的鋼管樁,是首次在長江公路大橋建設中大規模采用鋼管樁基礎。因橋區地質條件復雜,漲落潮影響大,沉樁難度大,對設備要求高。其次,由于大橋在江海交匯環境中,橋區江水含沙、含鹽量高,受潮汐影響,長期處于干濕交替、咸淡交替作用下,跨江大橋結構混凝土防蝕抗腐問題十分突出。
崇啟大橋建設過程中,跨江大橋5 0 米跨徑引橋在國內首次大規模采用逐跨懸掛拼裝,跨徑為國內之最。節段梁預制及拼裝數量多,拼裝跨度大, 拼裝機械設備、拼裝精度要求高,線形控制難。此外,崇啟大橋主橋鋼箱梁采用944米六跨變截面鋼連續梁橋,跨度、聯長均居國內第一;變截面最高9米,有三層樓高;鋼箱梁總重2 . 3萬噸,最大節段自重22 00噸,吊裝重量達2650噸,吊裝重量為國內之最。如此大節段鋼箱梁的制造、上船、運輸和吊裝,設備要求高,線型控制難,安全風險大。加之沿線軟土分布廣、厚度深,且為多層疊置,地基沉降大,為國內罕見,需要有效的軟基處理技術和較長的預壓周期。
崇啟大橋的建設難度還不僅僅體現在施工中,由于崇啟大橋是江蘇省和上海市合作共建項目, 在工程建設標準、進度和界面協調方面頭緒眾多。橋區施工跨省市,并涉及海事、航道、安全等部門日常管理,接線工程與寧啟高速公路對接,施工期間交通組織和全線供水、供電、消防等工作,協調工作量大,工作要求高,組織協調難度也很大。
一道課題一道關
2009年2月28日,崇啟大橋打下第一根工藝試樁。崇啟大橋建設指揮部對施工難題的攻關就此拉開序幕。
《崇啟大橋江海交匯環境下結構混凝土耐久性技術》課題研究跨江大橋處于長江入海口,枯季水中氯鹽含量接近正常海水,長期干濕交替、咸淡交替作用對結構混凝土耐久性提出嚴格的要求,現有混凝土耐久性研究無法滿足崇啟大橋高性能結構混凝土耐久性的需要,為此,崇啟大橋建設指揮部與東南大學、省交通科研院合作,開展江海交匯環境下結構混凝土耐久性技術研究,采用數值模擬、試驗研究、施工控制等技術手段對混凝土耐久性劣化性能及機理進行研究,用于指導混凝土配合比參數確定和施工期混凝土性能檢驗、控制,效果良好,跨江大橋結構混凝土氯離子滲透試驗指標都符合規范要求。
《崇啟大橋50米逐跨預制節段拼裝施工引橋體內體外合理配束關鍵技術》研究崇啟大橋引橋水域部分50米預應力混凝土連續箱梁采用預制節段拼裝施工,并在節段拼裝時采用全體外預應力,架橋機過孔之后,再進行體內及剩余體外預應力束的張拉施工,具有現場施工環節簡單、施工速度快捷的優點,但是由于結構的重量及外部荷載主要由體外束承擔,也存在體外預應力束的偏心距較小、預制節段的抗剪配筋設計無規范可循、箱梁截面空間薄壁效應引起的超靜定剪應力以及相應的主拉應力值采用平面桿系程序計算困難、拉壓桿模型進行錨固塊局部分析及配筋設計計算容易偏差等難題。為此,崇啟大橋建設指揮部與同濟大學合作,開展崇啟大橋50米逐跨預制節段拼裝施工引橋體內體外合理配束關鍵技術研究,運用箱梁截面空間薄壁效應的空間有限元軟件對這種橋型受力進行分析,研究最為合理的體內體外鋼束配置,從而對設計進行優化,滿足了預制節段逐跨拼裝施工的受力要求及構造要求。
《崇啟大橋大跨度連續鋼箱梁設計關鍵技術》課題研究崇啟大橋是我國首座特大跨度連續鋼箱梁公路橋,具有結構、養護、美觀上優勢明顯等特點,但由于鋼箱梁屬于薄壁箱形結構,其在整體荷載、局部荷載作用下的受力行為非常復雜,處在一種彎、剪、扭的復雜受力狀態,在結構優化、正交異性鋼橋面板疲勞、帶肋翼緣板及高腹板的彈塑性穩定性、制造架設合理化等方面有許多技術重點和難點需要深入研究。為保證崇啟大橋安全性、耐久性和經濟性,崇啟大橋建設指揮部與中交公路規劃設計院有限公司、中國鐵道科學研究院合作,開展崇啟大橋大跨度連續鋼箱梁設計關鍵技術研究,在參考國外有關鋼箱梁橋經驗的基礎上,結合我國及崇啟大橋自身特點,對崇啟大橋鋼箱梁制造、架設方法、鋼箱梁各板件局部穩定性、鋼箱梁正交異性鋼橋面板疲勞性能等進行了分析研究,并提出了合理化建議,對設計進行了優化。
《崇啟大橋整體吊裝大跨度連續鋼箱梁施工關鍵技術》課題研究崇啟大橋大節段鋼箱梁采用工廠化制作、現場整體吊裝施工工法,下部結構與上部結構可同步平行作業,大大減少了水上或海上的施工作業內容,但崇啟大橋鋼箱梁大節段最長達185米,最高處達9米,屬超長、超高結構,為國內首次制作,在其制作、運輸、吊裝過程中存在諸多難題需要解決:一是崇啟大橋鋼箱梁采用大節段現場拼裝,現場接縫以栓接為主,現場線形調控能力極為有限,需將線形控制重心放在制作過程中,立足于工廠中的主梁無應力線形控制。由于大節段鋼箱梁制作焊縫多、制作過程復雜;由于鋼箱梁截面高度大、二次拋物線變高,熔透焊縫多、制作過程復雜,如何保證大節段制造扭曲變形、旁彎及制作線形是一大難點;二是大節段鋼箱梁最長185米、重達2650噸,其裝船運輸難度大,且在現場采用兩艘起重船抬吊,其吊裝過程中安全問題突出;三是鋼箱梁架設的現場臨時支撐體系復雜,箱梁調位困難且精度要求高,國內首次在大型鋼箱梁結構上采用頂板焊接、其他部位栓接的結構形式,沒有成熟的工藝可以借鑒;四是在整個施工期,主梁的振動頻率低,外形為非流線形的鈍體結構,較低的風速可能引發結構的渦激振動、馳振等,影響主體結構和施工作業的安全。為此,崇啟大橋建設指揮部與中交第二航務工程局有限公司和中鐵山橋集團有限公司合作,開展崇啟大橋整體吊裝大跨度連續鋼箱梁施工關鍵技術研究,對大跨徑連續鋼箱梁橋制造、運輸、架設及控制技術進行深入研究,經反復研究論證,變截面連續鋼箱梁采用“整跨工廠無應力制造、滾裝裝船、整體架設、全過程實時監控”的施工技術,成功實現了崇啟大橋12節鋼箱梁的制造、運輸、吊裝工作,并形成《大跨度變截面鋼箱梁整垮梁段制作、裝船運輸工法》、《整跨(大節段)鋼箱梁吊裝施工工法》兩套完整工法,這些施工工法對我國橋梁建設向“大型化、工廠化、裝配化”邁進起到重要的示范作用。
《崇啟大橋多孔大跨徑連續鋼箱梁橋面鋪裝體系》課題研究跨江大橋主橋采用6跨變截面連續鋼箱梁,與國內外大跨度鋼橋多采用的懸索、斜拉受力模式不同,橋面鋪裝需要解決跨中撓曲變形、負彎矩區大面積拉應力、車輛荷載疊加效應等新的技術難題,為此崇啟大橋建設指揮部與江蘇省交通科學研究院合作,開展多孔大跨徑連續鋼箱梁橋面鋪裝體系研究,從結構設計、材料設計、施工工藝、質量控制等多個環節,研究確定了適合崇啟大橋特點的橋面清潔、防銹處理方案、層間粘結層方案、橋面鋪裝材料和結構設計方案,并形成了《崇啟大橋鋼橋面鋪裝施工技術指南》。
《海陸交互相新近沉積土地區高速公路建設地基處理關鍵技術》課題研究崇啟大橋接線工程位于長江入海口,又處長江三角洲沖積平原,河溝眾多,水網密布,形成了復雜的海陸交互的沉積層,同時軟土地基埋藏深厚,相較湖泊相沉積和靜海沉積相沉積具有不同的組成特征、物理性質、力學性能和工程特性。江蘇省高速公路軟基處理研究主要針對海相和濱海相、瀉湖相、沖積相成因的軟土,對海陸交互相成因的軟土研究較少,尤其是埋藏深厚的軟土地基,目前還沒有相關成熟的試驗研究和可借鑒的工程經驗。為了提高建設工程質量、節約工程投資,崇啟大橋建設指揮部與東南大學合作,開展海陸交互相新近沉積土地區高速公路建設地基處理關鍵技術研究,在深入分析沿線地質情況的基礎上,在崇啟大橋接線工程沿線采用PHC管樁、粉煤灰輕質路堤和攪拌樁聯合輕質路堤的軟基處理方案,并根據現場試驗和理論分析,提出一套基于沉降控制的高速公路PHC管樁復合地基的方法。崇啟大橋施工兩年以來沉降觀測表明,沉降基本收斂,路基整體穩定。
最終,國內多位知名橋梁專家對崇啟大橋工程成果的評價是:崇啟大橋工程管理科學嚴謹,建設理念先進,依靠科技創新,攻克了整跨架設大跨度變截面連續鋼箱梁的設計、施工關鍵技術難題和海陸交匯區高速公路軟基處理等技術難題,形成了“整跨架設大跨變截面連續鋼箱梁”成套創新成果。專家一致認為崇啟大橋技術先進、管理科學規范,工程各項技術指標均優于設計和規范要求,工程精細,質量優良,實現了“零事故、零傷亡”的安全目標。崇啟大橋的建成開創了我國大跨度變截面鋼箱梁橋建設技術的先河,對我國橋梁建設“大型化、工廠化、裝配化、標準化”起到了重要的示范作用,代表了我國大跨度變截面連續鋼箱梁橋建設的最新水平。
助力“長三角”一體化
長虹橫跨、滬蘇牽手。隨著崇啟通道的正式竣工通車,這條中國東部沿海的越江跨省“黃金通道”也將為沿海經濟發展和“長三角”一體化兩大國家戰略實施,注入新活力。上海與毗鄰的江蘇省東部地區,首次實現了跨江陸路連通,兩地長期由于長江阻隔,交通成本高、運輸路徑長的困局將被徹底打破,整個“長三角”區域發展時速將重新改寫。
上海市城鄉建設和交通委員會主任黃融說,崇啟通道是上海連通蘇北的首條高速公路,打開了上海的“北大門”。“這條東部沿海通道不僅使國家高速路網中上海至西安這條公路大動脈徹底貫通,也是上海建設國際航運中心的重要支撐,使滬蘇集裝箱運輸和組合港建設全面提速。”
區域經濟專家認為,位于我國東部沿海經濟最發達地區的跨江陸路大通道貫通,將提升“長三角”一體化發展水平,使上海對于江蘇中北部地區輻射作用更加明顯,同時也會促進沿海大發展的國家戰略。
上海市社會科學院城市化發展研究中心主任郁鴻勝認為,這條“黃金通道”將拓展上海北部經濟圈,成為從蘇北地區、山東省進入上海北部地區的快速通道,以及進入洋山深水港、浦東國際機場、外高橋港區的重要路徑。
一直以來,由于長江天塹的阻隔,上海與南通、鹽城、連云港以及山東區域城市群的勾連不夠緊密,與這一方向城市的經濟融合發展速度受到影響。但崇啟通道開通后,不僅對“長三角”經濟一體化促進作用凸顯,也因為上海至西安公路大通道全線貫通,對帶動中西部地區發展具有重要戰略意義。
郁鴻勝還表示,“蘇通大橋、杭州灣跨海大橋的建成通車,加之新通車的崇啟通道,使長江北岸和杭州灣南岸城市與城市群的核心貼得更近,一體化發展帶來的效益更加突出。”
上海崇明縣委書記彭沉雷告訴記者,崇啟通道的起點崇明島,地理位置十分獨特。上海長江隧橋的建成使孤懸的崇明島首度“上岸”;而隨著連接北岸的崇啟通道的開通,崇明將變為南北大通道的一座樞紐“島橋”。