长大桥梁的技术与发展趋势

王庆波

(黑龙江省高速公路建设局)

1 长大桥梁建设的必要性和经济性

交通运输是国民经济的动脉,桥梁是交通运输设施必不可少的重要组成部分,近十年来,随着国民经济的发展,科学技术的进步,工业水平的提高,新建筑材料的出现,施工工艺的不断革新,设计理论及计算手段的突飞猛进,桥梁工程也日新月异,迅速发展。到 2007年年底,我国公路总里程已突破 345.7万km,各类公路桥梁 53.36万座。并先后在长江、黄河、珠江、闽江、黄浦江等大江大河上,建成一批深水、大跨、施工难度大、技术含量高的长大公路桥梁,如东明黄河大桥,黄石、铜陵、西陵长江大桥,南浦、杨浦大桥,虎门大桥、厦门海沧大桥、江阴长江大桥以及在建的荆沙长江大桥、军山大桥、南京长江第二大桥等为代表的位于长江中下游的长大桥梁,这些桥梁的建设,展示了我国长大桥梁发展的最新技术水平和成就,代表了长大桥梁发展方向,使我国公路桥梁建设步入世界先进行列,并对促进区域经济繁荣和发展,完善国道主干线网起到十分重要作用,并产生了巨大的经济效益和社会效益。

大江大河往往成为公路交通贯通的屏障,形成公路“断头”,随着国民经济的发展,交通运输的需求迅速增长,在大江大河上修建更多的桥梁已成为可能和现实。跨越大江大河的桥梁往往由于水深流急,工程地质条件复杂,使桥梁基础工程浩大,技术复杂,难度高,工期长,费用昂贵,在这样的场合修建一般大跨度桥梁,往往难以获得满意的经济效果,通过桥梁上、下部构造技术经济综合分析比较,最终确定采用更大跨度(300～500m以上)的长大桥梁,作为建设方案仍是较为经济合理的。跨越大江大河的桥梁,为满足通航的要求而采用长大桥梁建设方案的情况,也是常见的。

2 我国长大桥梁技术发展及现状

2.1 斜拉桥

斜拉桥作为一种拉索体系,比梁式桥有更大的跨越能力。由于拉索的自锚特性而不需要悬索桥那样巨大锚碇,加之斜拉桥有良好的力学性能和经济指标,已成为大跨度桥梁最主要桥型,在跨径 200～800m的范围内占据着优势,在跨径 800～1 100m特大跨桥梁角逐竞争中,斜拉桥将扮演重要角色。

斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成,选择不同的结构外形和材料可以组合成多彩多姿、新颖别致的各种形式。索塔型式有 A型、倒 Y型、H型、独柱,材料有钢、混凝土的。主梁有混凝土梁、钢箱梁、混合式梁。斜拉索布置有单索面、平行双索面。目前,拉索材料主要有热挤 PE防护平行钢丝索、PE外套防护钢绞线。

最早的现代斜拉桥是 1956年瑞典建成的主跨 182.6m斯特伦松德桥。半个世纪以来,世界已建成主跨200m以上的斜拉桥 200余座,其中,跨径大于 400m的 40余座。

我国 1975年在四川云阳建成第一座主跨 76m的混凝土斜拉桥,至今已建成各种斜拉桥 200多座,其中跨径大于200m的近 100座,大于 400m跨度的 20多座。在建的苏通长江大桥主跨 1 080m,香港昂船洲大桥主跨1 020m。建成后将为世界斜拉桥之最。

表1 中国主跨 400m以上斜拉桥

我国斜拉桥设计施工水平已迈入国际先进行列,部分成果达到国际先进水平。

目前正在建设的香港昂船洲大桥、主跨 1 018m,江苏苏通大桥,其主跨超过 1 088m,斜拉桥建设技术将有新的突破。

2.2 悬索桥

悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一,悬索桥优美的造型和宏伟规模,人们常将它称为“桥梁皇后”。跨径大于800m的桥梁,悬索桥具有很大的竞争力。

现代悬索桥从 1883年美国建成布鲁克林桥(主跨486m)开始,至今已有 120年的历史。20世纪 30年代,美国建成乔治华盛顿桥(主跨 1 067m)和旧金山金门大桥(主跨1 280m),悬索桥跨径突破千米。20世纪 80年代至今,世界修建悬索桥进入鼎盛时期,世界已建成跨径大于 1 000m的悬索桥 17座;日本于 1998年建成了世界最大跨径的明石海峡大桥,是世界建桥史上的一座丰碑。

我国建设悬索桥异军突起,我国悬索桥设计和施工水平已达到国际先进水平。1995年率先建成汕头海湾大桥后的5年内,相继建成了江阴长江大桥(主跨 1 385m)、香港青马大桥(主跨 1 377m)等 11座大跨度悬索桥。主跨 1 490m的润杨长江大桥将于 2005年建成。我国正在规划建设的有青岛海湾大桥(主跨 1 652 m),琼州海峡大桥 (主跨1 600m),香港青龙大桥(主跨 1 418m),舟山西堠门跨海大桥(主跨1 350m),武汉阳逻长江大桥(主跨 1 280m)。

世界已建成跨径大于 1 000m的悬索桥 17座;日本于1998年建成了世界最大跨径的明石海峡大桥,是世界建桥史上的一座丰碑。

表2 中国主跨 450m以上的悬索桥

2.3 PC连续刚构桥

PC连续刚构桥比PC连续梁桥和PCT型刚构桥有更大的跨越能力。近年来,各国修建 PC连续刚构桥很多,随着世界经济发展,PC连续刚构桥将得到更快发展。1998年挪威建成了当时世界第一stolma桥(主跨 301m)和世界第二拉夫特桥(主跨 298m),将 PC连续刚构桥跨径发展到顶点,世界已建成跨度大于 240 m的PC梁桥 17座,中国占 7座。

1988年建成广东洛溪大桥,开创了我国建造大跨 PC连续刚构桥先河,十多年来,我国建成跨径大于120m的PC梁桥 100多座。在建的主跨 330m的重庆石板坡长江大桥,建成后将是世界最大跨度连续刚构桥。

我国大跨径 PC连续刚构桥和PC梁桥的建造技术,已居世界领先水平。

表 3 我国大跨度预应力混凝土梁桥

3 世界桥梁的发展趋向

(1)大跨度桥梁向更长、更大、更柔的方向发展,展望未来,我国将迎来修建 1 000m以上长大斜拉桥和 2 000m级的长大悬索桥的挑战,为此,尚有一系列技术课题有待研究解决。

(2)新材料的开发和应用。

新材料应具有高强、高弹模、轻质的特点,研究超高强硅烟和聚合物混凝土、高强双相钢丝钢纤维增强混凝土、纤维塑料等一系列材料取代目前桥梁用的钢和混凝土。

(3)在设计阶段采用高度发展的计算机辅助手段,进行有效的快速优化和仿真分析,运用智能化制造系统在工厂生产部件,用 GPS和遥控技术控制桥梁施工。

(4)大型深水基础工程:目前世界桥梁基础尚未超过100m深海基础工程,下一步需进行100～300m深海基础的实践。

我国同江至三亚主干线上有:渤海湾(57 km)、长江口、杭州湾、珠江口伶丁洋、琼州海峡等 5个跨海桥梁工程,舟山大陆连岛工程、青岛至黄岛连岛工程、长江、珠江、黄河等众多的桥梁工程。

(5)桥梁建成交付使用后,将通过自动监测和管理系统保证桥梁的安全和正常运行,一旦发生故障或损伤,将自动报告损伤部位和养护对策。

(6)重视桥梁美学及环境保护。

[1] 公路工程技术标准 JTG-B01-2003中华人民共和国交通部.

[2] 颜娟,黄才良,张哲 .双主梁式斜拉桥主梁有效宽度[J].长安大学学报(自然科学版),2003,23(1):46-48.

[3] 韦成龙,曾庆元等 .肋板结构受压构件的剪力滞效应分析[J].力学与实践,2001,(2):41-43.

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