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黃茅海大橋——世界最大跨徑公路三塔斜拉橋承力塔設計建造紀實
2023-07-13 來源:科技日報 

  近日,世界最大跨徑公路三塔斜拉橋——黃茅海大橋拉開架梁序幕。

  大橋是連接廣東珠海和江門的超級工程——黃茅??绾Mǖ赖闹匾M成部分。這一通道是2019年《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》發(fā)布后,開工建設的首個規(guī)劃項目,承載著把粵西拉進大灣區(qū)、實現(xiàn)躍升發(fā)展的希望。

  海天之間,已封頂?shù)?座跨海大橋承力塔巍然矗立。因造型酷似著名地標性建筑廣州塔,它們被喻為海上“小蠻腰”。

  “‘小蠻腰’是項目建設的關鍵重難點,它的創(chuàng)新設計和建造,讓700米大跨徑全漂浮橋的設想成為可能!”黃茅??绾Mǖ拦芾碇行闹魅闻朔鸥嬖V記者。

  異形設計:兼顧抗風和通航

  接到黃茅??绾Mǖ澜ㄔO任務后,潘放率領團隊到這里進行實地勘測。

  作為歷經(jīng)深中通道等超級工程錘煉的精兵悍將,站在黃茅海岸邊,潘放和同事們仍覺得困難重重。

  臺風強浪、高鹽腐蝕、船舶撞擊,多種風險因素疊加。

  黃茅海地處珠江西部入???,歷史最大風力17級,同時也是繁忙的航運通道。要兼顧航道通行500米標準和抗風條件,建造跨徑700米左右的全漂浮斜拉橋是唯一選擇。

  全漂浮斜拉橋,就是完全依靠塔柱與斜拉索的拉力,使橋處于全懸浮狀態(tài)。“臺風來了,大橋可隨風‘蕩秋千’,不被吹垮。”黃茅??绾Mǖ拦芾碇行目偣こ處熤斐f。

  大橋的塔柱如何設計,至關重要。

  既要少占航道,又能抗臺風,同時還能表達橋梁個性、塑造地標景觀——綜合考慮多種需求,設計團隊創(chuàng)新采用了圓截面漸變收腰的“小蠻腰”造型。

  一般的懸索斜拉橋塔柱多選用“H”形或“A”形,穩(wěn)固性強,但在海中“生根”時占用面積大,會擠占航道。“小蠻腰”的獨柱設計,則能最大限度減少對巨輪通航的影響。

  同時,相比上下一致的圓柱塔和四方塔,“小蠻腰”的異形結構更加抗風。變化的結構增加了對風力的擾動,可使臺風襲擊的影響減弱。

  從極簡美學角度,“小蠻腰”簡潔明快,又極具嶺南特色和東方美感。

  有人擔心,“小蠻腰”獨柱塔造型太復雜,施工無先例。而潘放和朱超卻認為,大橋建造技術就是要更進一步。“經(jīng)廣泛調研和探討,‘小蠻腰’獨柱塔建造雖難,但技術可行。”朱超說。

  數(shù)控雕刻:保證異形截面拼接精度

  面對“小蠻腰”獨柱塔造型,中鐵大橋局黃茅??绾Mǖ理椖靠偣こ處熧Z維君深感建造任務艱巨。

  “圓截面直徑從20米,漸變至收腰處9米,接近塔頂時又逐漸變大。”賈維君說,“這種異形漸變獨柱塔,造型打破常規(guī),遠遠超出施工單位的經(jīng)驗范疇。”

  “‘小蠻腰’高約260米,上下沒一個截面相同。按已有異形獨柱塔施工方法,每個截面都需一個鋼模板,260米就需要260個,成本太高。”中鐵大橋局黃茅??绾Mǖ理椖拷?jīng)理劉宏達說。

  為建造“小蠻腰”塔身,黃茅??绾Mǖ理椖拷M建了“曲面塔柱造型”技術突擊隊開展攻關。

  本著經(jīng)濟實用的目的,技術突擊隊選擇了傳統(tǒng)的木模板。他們將整座主塔分為43節(jié),分別制作外模。每節(jié)外模由24片弧形板片組成,弧形板片再由多塊造型板拼接而成,以實現(xiàn)主塔截面空間曲面線形變化。

  “不同規(guī)格的造型板,每個截面間的拼接精度,哪怕有1毫米超出范圍,整座塔都將報廢。”劉宏達介紹。

  失之毫厘,謬以千里。為解決拼接精度,木家具制造用的數(shù)控雕刻機床進入技術人員的視野。

  “我們將事先畫好的圖形轉化成坐標數(shù)據(jù),導入到數(shù)控機床中,保證大小不同、弧度各異的每一片造型板精度達標。”賈維君說。

  經(jīng)反復試驗,機床自動制作出的數(shù)控造型板,將誤差控制在設計范圍之內。

  智能建造:防止混凝土失溫開裂

  走進黃茅海項目施工現(xiàn)場,5座“小蠻腰”亭亭玉立,采用的清水混凝土,展現(xiàn)出精致的紋理和綿密的質感。

  有施工經(jīng)驗的人知道,混凝土失溫開裂,是一個很難解決的問題。剛澆筑的混凝土,為流動態(tài);凝結過程中產(chǎn)生大量水化熱,使體積自由膨脹;到最高溫時基本固結,隨后開始降溫并收縮,就會導致裂縫產(chǎn)生。

  “‘小蠻腰’在海洋高腐蝕環(huán)境下,需要加大混凝土用量,增厚保護層,這又大大增加了主塔開裂的風險。”賈維君告訴記者,為解決這一難題,建設者們利用智能技術,自主研發(fā)了智能化溫度控制系統(tǒng)。

  “簡單來說,我們實時自動監(jiān)測混凝土溫度場,用數(shù)據(jù)分析自動控制溫度,精準優(yōu)化冷卻水流量,有效減少混凝土裂縫產(chǎn)生。”賈維君說。

  同時,黃茅海跨海通道項目還使用建筑信息模型,建立起智慧云平臺施工監(jiān)控系統(tǒng)。“基于實測數(shù)據(jù)進行展示、預警、施工控制,對包括‘小蠻腰’在內的大橋施工全過程,及施工裝備進行監(jiān)控。”朱超介紹。

  黃茅??绾Mǖ烙媱澯?024年底建成通車,設計時速100公里,雙向六車道。建成后,它將是繼港珠澳大橋、深中通道后,粵港澳大灣區(qū)第三條重要跨海通道。屆時,大灣區(qū)主要城市間將實現(xiàn)1小時通達。

  “黨的二十大報告專門提出,推進粵港澳大灣區(qū)建設。”望著緊張施工的大橋現(xiàn)場,潘放信心滿懷地說,“我們將繼續(xù)以實干刷新‘黃茅海速度’,奮力書寫大灣區(qū)建設新篇章!”(記者 矯陽)



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