薄霧繞青峰，長橋臥波，未云何龍。
甲辰龍年春節(jié)即將到來之際，由我會副理事長單位廣西交通設計集團有限公司（下稱“廣西交設”）承接的世界最大跨徑拱橋——天峨龍灘特大橋于2月1日正式通車。
天峨龍灘特大橋
從趙州橋、寶帶橋到頤和園十七孔橋，從合江長江一橋、平南三橋再到天峨龍灘特大橋，拱橋——這一中華民族重要的文化符號和工程名片，再一次，向全世界展現(xiàn)勃勃生機和獨特魅力。
此刻，回望天峨龍灘特大橋風雨兼程的勘察設計之路，工程師們堅守初心、執(zhí)著匠心、創(chuàng)新求變的奮斗足跡熠熠生輝。
院士領銜 造福百姓
習近平總書記在“國家工程師獎”首次評選表彰之際作出的重要指示中指出，工程師是推動工程科技造福人類、創(chuàng)造未來的重要力量。
在橋梁工程領域，每一種橋型都有其最經(jīng)濟適用的跨度范圍，低于或超過這一范圍，雖然也可能建成，但往往不夠經(jīng)濟。而以更經(jīng)濟的方式實現(xiàn)更大的跨度，讓中華拱橋造福世界，是中國工程院鄭皆連院士不變的初心。幾十年來，他帶領大跨拱橋關鍵技術研究團隊潛心探索，矢志不渝推動拱橋科研和工程技術創(chuàng)新，取得了一系列重大成就。
廣西深谷、江河地形眾多，喀斯特地貌遍布，且作為后發(fā)展地區(qū)，交通建設困難重重。如何在螺螄殼里做道場，用最經(jīng)濟的方式實現(xiàn)八桂人民大道通達的美好愿望，是以鄭皆連院士為代表的廣西交通工程師們需要作答的時代之問、人民之問。
時間撥回到2020年，在天峨龍灘特大橋立項之初，年屆耄耋的鄭皆連院士剛剛帶領團隊完成世界最大跨徑拱橋平南三橋的建設，實現(xiàn)了鋼管混凝土拱橋575米主跨的新紀錄，不僅質(zhì)量優(yōu)良，而且將建設周期縮短到了28個月。
“中國拱橋已經(jīng)贏得世界聲譽，無論是建造技術還是數(shù)量，都已挺進到世界前列。”彼時已經(jīng)站在巔峰的鄭皆連院士團隊已無需向外界證明中國拱橋建造技術在世界范圍的實力。
直到天峨龍灘特大橋的出現(xiàn)。
面對更為險峻的天塹和更加苛刻的建設條件，鄭皆連院士決定“再冒一次險”，帶領團隊轉(zhuǎn)身走進龍灘庫區(qū)的密林峽谷，全過程深度參與大橋建設。
鄭皆連院士與大橋建設團隊在施工現(xiàn)場
“沒有鄭院士就沒有天峨龍灘特大橋。”大跨拱橋關鍵技術研究團隊成員，時任廣西交設黨委書記、董事長黃德耕表示，鄭皆連院士作為天峨龍灘特大橋的總設計師，面對這前所未有的挑戰(zhàn)，多方奔走，帶領廣西交設設計團隊以降低前所未有跨度潛在風險為目標，圍繞拱肋截面承載力計算、施工期非線性穩(wěn)定等方面進行大膽探索，開展了針對超大跨徑勁性骨架結(jié)構(gòu)設計技術全面綜合的研究工作，以一流的科研引領設計、指導施工，實現(xiàn)產(chǎn)、學、研、用一體化發(fā)展。
方案比選 科學審慎
為什么主跨要達到600米？
龍灘水庫庫區(qū)以其水面開闊又稱“天湖”，煙波浩渺，倒影沉碧，但兩岸岸坡陡峭，最大水深達160米，常年水位落差45米，水中無法立墩，因此跨度不能小于600米。
在鄭皆連院士的指導下，設計團隊向自治區(qū)交通運輸廳和項目業(yè)主廣西交通投資集團提出了2個橋位、5個橋型方案。
專家組第一次工作會議
“首先是線位，順直的線位更節(jié)省工程投資，但當時因為更順直的K線存在小樁號側(cè)滑坡堆積體問題，我們一度考慮過相對沒有那么順直的B10線。” 天峨龍灘特大橋項目負責人之一、廣西交設副總工程師商從晉介紹，設計團隊在初步設計階段進行了多個線位的比選，發(fā)現(xiàn)更順直的K線有一處巨型古滑坡堆積體，體積可填滿1800多座標準游泳池，這一堆積體是否處于穩(wěn)定狀態(tài)？是否會威脅橋梁安全？這是線路選擇首先要搞清楚的問題。
在鄭院士的指導下，勘察設計團隊一直沒有放棄更經(jīng)濟的順直線路。廣西交設巖土工程勘察設計院工程師運用鉆探、槽探、高密度電法物探、孔內(nèi)電視、孔內(nèi)聲波測井、剪切波測井、原位測試、孔內(nèi)壓水試驗等多種方法和手段，對橋位及周邊區(qū)域進行“望、聞、問、切”，由表及里做了一次全面“體檢”，為選線提供堅實的基礎資料。K線在經(jīng)過詳細論證、補充完善了堆積體加固處置方案后，相較于B10線仍節(jié)省建安費2.3億元。“大橋建設3年來，在各種極端工況下滑坡堆積體穩(wěn)定，再次證明當初選擇的正確性。”
600米跨度，可選橋型有斜拉橋、懸索橋和大跨拱橋。考慮到滑坡堆積體，設計團隊將5個橋型方案進一步優(yōu)化至3個，包括組合梁斜拉橋、上承式鋼管混凝土拱橋、上承式勁性骨架拱橋。
“三個方案主跨相當，按常規(guī)思路，600米跨度可以采用斜拉橋方案一跨過江，但工程投資和后期養(yǎng)護成本都比較高。拱橋方案則可以比斜拉橋方案節(jié)省建安費1.2億元。”商從晉表示，由于大橋橋址深處山區(qū)、庫區(qū)、自然保護區(qū)，運輸條件受限，環(huán)境保護要求也高，勁性骨架混凝土拱橋在制造加工、運輸、環(huán)保方面比鋼管混凝土拱橋更有優(yōu)勢，且后期養(yǎng)護成本最低。
但是，難度和風險也是最高的。
因為世界上還沒有一座跨徑超過600米的拱橋，當前最大跨徑的勁性骨架混凝土拱橋的主跨只有445米（滬昆高鐵北盤江特大橋，2016年建成）。
這意味著，600米跨徑的勁性骨架混凝土拱橋方案將遠超現(xiàn)有技術規(guī)范適用范圍，世界上也沒有如此規(guī)模的工程實例可供參考借鑒。
如何選擇？
自治區(qū)交通運輸廳、廣西交通投資集團秉承著對歷史和人民負責的態(tài)度，對設計團隊提供的方案進行了將近1年的研討，組織召開過8次專家評審會，廣泛聽取意見，最終確定選用600米跨徑的勁性骨架混凝土拱橋方案。
看似并不復雜的方案比選背后，不僅藏著鄭皆連院士和廣西交設設計團隊科學嚴謹?shù)膶I(yè)素養(yǎng)、為民造福的初心匠心，更體現(xiàn)著廣西交通工程師乃至整個廣西交通行業(yè)創(chuàng)新求變、勇攀高峰的進取精神和不懈斗志。
矢志創(chuàng)新 克難攻堅
方案確定之后，橫在設計團隊面前的第一道難關就是計算方法的選擇。
廣西交設副總工程師何志芬說，對于常規(guī)橋梁，工程師可以參考設計規(guī)范，找到大多數(shù)問題的解決對策，但600米跨度的拱橋已經(jīng)遠超常規(guī)計算方法的適用范圍。
經(jīng)過與專家組多次討論，設計團隊將拱橋的實際受力特點作為突破口和落腳點，聯(lián)合國內(nèi)頂尖高校和科研機構(gòu)扎實開展超大跨度拱橋計算方法研究，首次明確勁性骨架拱橋應采用容許應力+二類穩(wěn)定極限承載力結(jié)構(gòu)分析方法，以這個計算方法為核心的設計指南于2021年3月通過專家組評審。
設計指南評審會
天峨龍灘特大橋跨徑超同類型橋梁世界紀錄155米，設計團隊面臨的第二道難關是如何降低施工風險。“外包混凝土”——鄭皆連院士在一開始就給團隊指出了關鍵所在。
設計團隊對多座同類型大橋進行了對比調(diào)研，結(jié)合相關學者研究結(jié)論，打破傳統(tǒng)，首次提出“強骨架、弱鋼筋”“強橫筋、弱縱筋”的設計思路，增加骨架剛度，降低骨架應力，實現(xiàn)大橋減少普通鋼筋3500噸，極大降低了工程風險和施工難度，同時也有利于防止外包混凝土開裂。
設計團隊與鋼結(jié)構(gòu)加工單位深度交流
“除了要降低風險，我們還要想辦法降低外包混凝土應力。”大橋另一位設計負責人，廣西交設橋梁設計研究院總工程師黎棟家介紹，設計團隊對拱肋方案進行了全面的優(yōu)化，包括板拱改為肋拱、等高改為變高，此外針對拱箱高度、拱軸系數(shù)等參數(shù)進行了詳細對比。“我們完成了超過100種方案的計算分析和40余種構(gòu)造細節(jié)局部實體模擬。”通過一系列優(yōu)化措施，大橋最終的外包混凝土方量減少到了28000立方，運營階段外包混凝土最大應力水平與400米同類型拱橋相當。
勁性骨架混凝土拱橋結(jié)構(gòu)受力和與外包混凝土澆筑順序直接相關，因此降低風險的第三項重要措施是確定合理的外包工序。
“我們首次研發(fā)了針對600米跨拱橋外包混凝土的‘三環(huán)六段八工作面’均勻加載方案，這個方案能夠很好地調(diào)控施工階段應力，整個澆筑過程外包混凝土最大拉應力控制在0.5兆帕以內(nèi)。”黎棟家說。在優(yōu)化了均勻加載的設計方案后，設計團隊再次深入施工現(xiàn)場，實時跟蹤外包混凝土施工全過程，開展了外包混凝土不平衡澆筑的影響研究，開發(fā)了勁性骨架外包混凝土不平衡澆筑控制系統(tǒng)，在分環(huán)分段方案基礎上，分析每次澆筑上下游拱肋、左右岸、高低泵間的不平衡澆筑對拱肋位移影響、應力影響，細到一臺罐車混凝土的偏差量，目的是為該節(jié)段澆筑過程設定澆筑量偏差的邊界值，從而即時指導施工。
設計團隊在施工現(xiàn)場服務
三年工期，廣西交設深度參與施工，形成了“一名常駐、多名輪崗”的多設代工作機制，全過程跟蹤大橋建設，積極參與各項施工方案的編制，開展施工過程的大臨設施、施工方案輔助驗算和施工過程優(yōu)化方案計算，總共超過20個專題，還開展了15項科研、試驗；廣西交設全資子公司廣西交通工程檢測有限公司則研發(fā)了鋼結(jié)構(gòu)焊接加工過程應力和內(nèi)力自動化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了大橋鋼桁節(jié)段從桿件、部件、構(gòu)件到結(jié)構(gòu)的全過程監(jiān)測，為大橋的順利施工提供了強有力的技術支持和保障。
晴空萬里，天峨龍灘特大橋如一條巨龍，氣貫長虹，又精巧靈動，飛跨在瀲滟波光之上。
大橋的通車，承托起沿線人民奔向幸福的希望，將帶動更多周邊群眾和產(chǎn)業(yè)因橋而興，龍騰四海。
大橋的通車，更展現(xiàn)出了廣西拱橋建設品牌的精彩卓越，而勘察設計過程中體現(xiàn)出的堅守初心、創(chuàng)新求變、勇攀高峰的精神，必將激勵每一位廣西交設人奮勇前行，繼續(xù)書寫更多更精彩的奮斗篇章。