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“锚”定乾坤,为大跨径桥梁建设提供“中国方案”

发布时间:2022-09-15阅读次数:

入秋后的丹江口水库,凉风习习,一库清水在微风吹拂下碧波荡漾。


水库上,中交二航局承建的世界最大跨径部分地锚式混合梁斜拉桥——丹江口水库特大桥一跨过江,两岸箱梁已实现顺利“牵手”。岸边靠山体侧,部分面容被厚土“遮脸”的锚台,纹丝不动地卧着,为大桥矗立百年“锚”定乾坤。


做历史的“开创者”



“看来我们要创造历史了!”2018年8月15日,刚走出设计院大门的周范武对罗毅说道。


原来,为保护丹江口水库这个南水北调的一级水源保护地,经过湖北省设计院的再三考量,最终决定将原本设计的六跨连续刚构桥过库方案推翻,并选定可以一跨过库的新桥型——部分地锚式斜拉桥。


这是一种集斜拉桥和悬索桥特点于一体的特殊桥型,它既保持着斜拉桥的外形——斜拉索,又有着悬索桥的稳重结构——锚台。


据当地村里的老人介绍,在丹江口水库没有修建之前,这里原是一个高达百米的峡谷,底部宽度不过百来米宽,地势非常陡峭。而这样的地形条件,非常适合修建这种桥型。


“通常,双塔三跨斜拉桥的建设中跨比被限定在0.3到0.45之间,这样就能利用类似等腰三角形的结构,确保主塔两侧的斜拉索承受的拉力均衡。我们建设的大桥由于受水库两侧高山的影响,边中跨比仅仅只有0.2,这就导致边中跨比例不协调,重量不匹配。”项目总工于得安介绍道。


而部分地锚式斜拉桥就能完美地解决这个问题,它通过在两岸密索区主梁下面搭配一个“秤砣”进行配重,以此来抵消斜拉索产生的竖向力,让大桥实现主跨和边跨力的平衡。


但是,在丹江口水库建造这种桥型的难度远比想象中的要大,此前这种桥梁建设的最大跨径是西班牙的卢纳桥,主跨为440米,而丹江口水库特大桥主跨将达到惊人的760米,几乎是其两倍。对于这个挑战,项目负责人周范武在建设之初曾对技术团队说了这样一句话:“每个行业都需要有他的开拓者!如果我们不创造历史,那么别人就会创造历史。”


为“胖子”打造钢筋铁骨



相比于一般的斜拉桥,部分地锚式斜拉桥最重要的就是它的承重结构——锚台。而与悬索桥的锚碇不一样,虽然都是用来压舱承重的,但是锚台是与大桥的边跨紧紧地“绑”在一起的,而锚碇则是深深的嵌入地层中,与大桥边跨是相分离的。


“锚碇就像是一个‘大力士’,以一己之力拉起万吨重量,而锚台则更像是一个‘大胖子’,它紧紧地抱住桥身,以自身重力压万斤。”于得安这样形容道。


因为受力方式不同,两者的建造方式和要求也有着很大的区别,大力士要求身强体壮,而胖子则要求“够肥够胖”就好。而出于经济的考虑,通常锚台会被设计成箱型结构,方格浇筑完成后,再往中间填满砂石。


但是锚台本身是跟桥身绑在一起的,会同时受到向上的拉力和向下的重力两个力,这就对浇筑墙体的抗裂性提出了巨大要求。而国内之前建设的同类型桥梁都存在有开裂的情况,这也是为什么同样地形条件下,大家都不愿选择建设这种桥型的重要原因之一。


如何让这个“大胖子”也能拥有一个紧实的身体,成为大桥设计阶段的头等大事。


从2019年7月至2020年12月,项目部与湖北省设计院就抗裂问题先后进行了4次讨论,但是始终没有找到最合适的方法。


“既然锚台的整体始终不能避免沉降带来的裂缝,我们是不是可以把它切成几块,让他各个部分沉降完了,再把几块连起来。”周范武提出了这样的思路。


他的想法为陷入僵局的讨论找到了突破口,经过详细验证,设计组最终提出了后浇带法,即将锚台像切豆腐一样,分成了大小相当的6个部分,并在中间留有一横两竖三条2米多宽的空隙,等6个部分都浇筑完成,经过2个月的沉降观测后,再浇筑中间的空隙部分。


“虽然相比于不使用后浇带的方式,我们会多花费一个半月的时间,但是却能最大程度地减少不均匀沉降带来的裂缝,这一切都是值得的。”周范武说道。


此外,为了让胖子拥有一副“钢筋铁骨”,在锚台的修建过程中,项目部还进行了分层施工,以此来控制收缩裂缝的产生。在大体积基础内部增设冷却水管,同时外部覆盖棉被加以保温,以此来减少温度裂缝的产生。


“钉”出一个未来




裂缝的问题解决了,另一个问题却显得更加棘手。


由于大桥位置设计在陡坡上,内侧靠近山体比较稳定,而外侧接近陡坡则相对比较松软,而且回填过程中也会造成挤压,这就导致锚台会有“打滑”的可能性。


“整个锚台的重量高达6万余吨,相当于一艘满排水量的辽宁舰母舰,一旦发生偏移,后果不堪设想。”项目经理助理罗毅形容道。


经过讨论,项目部想到了一种特别的方法,就是为锚台打入“钉子”。


为此,项目部找到了中国复合材料集团有限公司,采用了具有极强韧度的高强炭纤维材料CFRP棒材作为锚杆,把它直接钉入锚台基础以下十米的岩层当中,以此增强锚台抗滑移稳定性。


“于总,爆了!又爆了!”负责现场试验的技术管理人员张家辉再次冲进了于得安的办公室。


原来,由于原本预留用来插锚杆的孔径只有24厘米,而锚杆直径就有21厘米,这就导致压浆管直径仅仅只有2厘米。而压浆的混凝土采用的是RPC活性粉末混凝土,这种混凝土粘度大,强度也非常高,压浆管再插入35米的深度后,还要让混凝土浆液升到锚台上方,普通的管子根本承受不起这么大的压强,项目部先后进行的两次平面压浆都爆管了。


“换,再换,我就不信找不到更强的压浆管。”于得安第三次下达了指令。这次,试验部门采用了耐高压的钢丝管进行压浆,平面压浆是通过了,但是竖向压浆时还是爆管了。


再次寻找,这一次试验部门选用了具有极高抗压性的含网格状钢丝网的管道,终于通过了试验。2022年5月,具有超高强度的28根锚杆,插进到锚台下面的10米地基深处,让锚台得以稳如泰山。


同时,项目部还使用了168束竖向钢索,像“绑粽子”一样,将锚台与边跨紧紧地绑在一起。


上下不动,左右不移,中交二航局建设者在丹江口水库边,以一锚定乾坤,撑起一座世界级的桥梁。


“这座大桥的建成,无疑是二航局深耕桥品牌的又一力作!而它的出现,又为大跨径桥梁的建设提供了新的‘中国方案’!”周范武的眼睛里熠熠生辉。(向昌文)



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