大跨径桥梁设计与施工探讨

孙泽军

(东莞市财政局生态园分局，广东 东莞 523668)

目前，在跨度超过500 m的世界斜拉桥中，我国已从数量上占据了重要的地位。江阴长江大桥的建成，标志着我国有了第一座跨径超千米的悬索桥，同时也使我们成为世界上第六个能够建造千米级跨径大桥的国家。此外，世界第一拱——上海卢浦大桥、36 km长的杭州湾大桥、主跨1 088 m超大跨度斜拉桥——苏通长江大桥、主跨1 490 m悬索桥——润扬长江公路大桥，都说明我国大跨径桥梁工程建设技术水平有了进一步提高。

1 大跨径桥梁设计应重视的一些问题

由于公路运输自身的优势，公路干线跨江、海工程将不断出现，而且随着施工能力、材料强度、试验手段的进一步提高，大跨径桥梁的世界记录将会不断被刷新。鉴于工程设计对控制工程质量、安全和工程造价起着决定性作用，我认为有以下几个方面值得重视。

1.1 加强前期工作及专题研究

发达国家在大跨径桥梁建设整个过程中对前期工作和设计阶段投入的资源是很可观的，因为有充分的可行性论证和精心的设计，在施工过程中因方案或设计问题而出现修改或进行优化的可能性已经不大，工程一旦铺开，整个施工就会一气呵成，基本避免了因考虑不周带来的追加投资或工期拖延。

他山之石，可以攻玉。所以我们在前期工作除常规论证外，还应包括桥梁结构与环境景观协调、施工工艺的可行性等。专题研究除风荷、船撞等以外，还需侧重对结构的使用效果、使用寿命进行研究。鉴于上述工作的重要性，并需要一定的工期和费用，建议设计单位做好业主的解释沟通工作，在业主的支持与配合下，设计单位需充分调研项目有关情况、认真勘察现场，不折不扣地做好项目前期工作和专题研究，为成就“精品”工程共同努力。

1.2 提高计算机辅助设计能力

大跨径桥梁涉及的问题很多，且设计过程中存在方案比选优化调整，越是如此，计算机辅助设计就越显得重要。丹麦著名的COWI公司所应用的一套自行开发的计算辅助设计软件系统IBDAS，把桥梁结构设计的前期处理(桥型方案及相关数据)、中间处理(结构分析)、后期处理(配筋、索、出施工图)连成一体，除此之外，还能对大跨径桥梁进行诸如抗风、抗震、大体积混凝土发热控制等非常规模拟分析。因此，设计工效和精确度大大提高，有时还能大大地弥补实验过程中的缺陷。

1.3 重视结构耐久性和环境的保护

结构耐久性可以说是一个经济问题，是一个一次性投入和长期投入的关系问题，也事关节能环保问题。大跨径桥梁由于结构庞大，不但在景观上对环境影响重大，而且由于施工牵涉面大，局部性环境破坏或污染也是一个应重视的问题。正因如此，设计阶段的长远和全盘考虑就显得非常重要。

以桥面铺装为例，钢纤维混凝土铺装的优势有:

1)同强度等级下，钢纤维混凝土的重量更轻，较适合大跨径桥梁;2)由于设置了一定比例的钢纤维，大大增强了混凝土的抗弯、抗压和抗拉极限强度;3)钢纤维混凝土具有更优越的抗冲击能力、形变能力、抗疲劳和抗裂能力、抗剪能力、耐磨与抗冻能力及抑制甚至阻止温度裂缝的形成和扩展的能力。

由此可见，大跨径桥梁采用钢纤维混凝土铺装能有效提高桥梁工程的质量和耐久性，延长工程使用寿命和节约工程维修成本的同时有利于环保。

1.4 加强自主创新设计，提高科研水平

随着桥梁规模与跨度的不断增大，除设计理论、施工技术等需要进一步研究、深化外，减轻结构自重、增大结构承受外荷载的能力势在必行。在充分吸收国内外桥梁技术发展的先进成果基础上，设计应坚持科技创新，以科学的发展观主导设计，大胆采用新材料，新工艺，新思路。

比如在我国的润扬长江公路大桥设计中主要设计创新有:

1)在悬索桥跨中主缆与加劲梁刚性连接，设计中央扣，以改善全桥的整体刚度和抗风稳定性，提高吊索特别是跨中附近的短吊索的使用性能，减小L/4处挠度等，这在我国悬索桥上是第一次采用;2)采用泵送干空气除湿防护，彻底改善主缆钢丝的防腐性能;3)在加劲梁箱内安装电动小车，方便检查维修等等。

再比如湖南湘西矮寨特大悬索桥设计中，为减少对山体的开挖，采用塔梁分离形式，加劲梁长度小于主塔中心距，导致桥塔附近主缆一定区域无吊索，设计通过在主缆无吊索区增设锚索以增加结构刚度、降低无吊索区主缆的活载变形，设计思路新颖，打破了单跨悬索桥的加劲梁长度与主塔中心距一致的常规。

当然，目前我们对大跨径桥梁技术的探讨和研究仍有大量的技术难题需要去解决，例如:

1)悬索桥结构的主要受力构件为主缆与桥塔，主梁以受弯为主，受力分析时它可等效为拉弯杆件，其几何非线性效应偏于安全一面。但几何非线性问题因结构的超长化，使结构扭转刚度及扭频减小，颤振临界风速下降，导致其空气静、动力稳定性问题趋于严重，风载作用下结构成桥状态及施工状态的静、动力稳定性问题将上升为主要的矛盾，尚需解决以下几方面的问题:静力风载作用下的倒向位移问题;偏载下的扭转变形问题;空气静力扭转发散问题;空气动力稳定性问题等。

2)斜拉桥跨径的增大尚需克服以下几个主要的制约因素:超长斜拉索的垂度效应;主梁靠近索塔处的巨大轴力;索塔高度大，施工期裸塔和最大单悬臂状态的风险等。

1.5 重视安全性问题

桥梁是生命线工程，桥梁结构失败必然会酿成巨大损失。设计应从总体结构形式、构造措施、材料等方面入手，统一考虑合理的结构布局和构造细节，同时使结构便于检查、维修。设计中的精细分工、专家参与，最重要的是保证了结构的质量，大大减少后期维护的费用。

1.6 重视桥梁美学

景观工程是桥梁建设的一个重要组成部分，应充分体现城市与桥梁、历史与现代、旅游与科技、自然与生态的相互关系，最大限度发挥桥梁及周边环境的美学效应和资源功能。重视桥梁美学和景观设计，达到人文景观同环境景观的完美结合，成为一道独具特色的建筑“艺术品”。

1.7 特大型桥梁应设计结构安全监测系统

我国江阴大桥第一个引入并建立了桥梁结构安全监测系统，该系统原由英国Jams Scott Limited公司设计、Strainstall Engineering Services Limited(SES)公司施工，由于设计施工上的缺陷，经成功改造后，系统监测的内容主要包括以下几方面:线形(竖向、横向、纵向的位移)监测、振动监测系统、应力温度监测、索力监测、环境监测以及主梁位移监测系统等，通过对这些信号的实时分析与处理，实现对大桥结构健康状态的在线监测和评估。

1.8 强化措施，确保设计质量

严格执行设计、复核、审核三审制度，重点、关键环节委托权威专家进行咨询，全方位地做好设计服务工作。

2 对大跨径桥梁施工的一些看法

大跨径桥梁施工难度大，所以施工手段和施工能力已经成为影响桥型和结构材料选用的一个重要因素。下面对大跨径桥梁施工谈一些应重视的问题。

2.1 坚持“质量第一、预防为主”的生产方针

工程施工项目质量计划应体现从工序、分项工程、分部工程到单位工程的过程控制，且应体现从资金投入到完成工程施工质量最终检验试验的全过程控制，并成为对外质量保证和对内质量控制的依据。施工项目质量控制应坚持“计划、执行、检查、处理”循环的工作方法，不断改进过程控制，确保工程质量安全关。

2.2 提高施工总承包实力，培养自身科研能力

施工单位应不断总结和积累经验，做大做强，提高综合施工实力。同时，应培养一定的科研能力和试验能力，如在施工前，针对某个阶段结构的稳定性进行试验，这对施工质量和进度的控制无疑是一个强大的支持和保证。

2.3 重视学习国外先进施工工艺

我国的桥梁施工企业应学习发达国家桥梁施工企业的先进工艺，如超大型机械水上施工、细致精确的阶段性受力分析、极其丰富的施工经验以及其他一些高科技辅助控制系统的应用等等。

2.4 坚持自主创新施工工艺和方法

如目前正在提倡和推广的桥梁智能张拉、智能压浆技术，即坚持钢绞线梳编穿束工艺，采用智能张拉技术和循环压浆工艺，推进精细化施工，是在现行技术条件下保证桥梁结构的设计预应力度，防止预应力桥梁开裂和超限下挠，保证桥梁结构安全和耐久性的较有效途径。具体为:采用专用压浆材料或压浆剂和大循环智能压浆工艺，包括:

1)浆液持续进出循环，排空空气;2)压力控制，流量校核，保证压入管道内浆液的充盈度;3)实时检测浆液水胶比是否符合要求。

可以说，自主创新施工工艺和方法，是提高工效、节约成本、保质保量完成工程施工的技术支撑，是施工企业的核心竞争力所在，也将为施工企业带来丰厚利润。

2.5 加强大跨度预应力混凝土桥梁施工监测监控

通过监测以下几个方面:1)顺桥纵向预应力束摩擦损失(管道摩阻)的测试，推算出实际摩擦损失;2)控制截面的应力测试，跟踪观测梁体的开裂情况，以保证桥梁结构的施工安全和施工质量;3)监测桥梁在各工况下的变形值，以保证合理的施工预拱度，避免重大偏差，从而实时的指导施工。合理地控制这三点，对保障施工质量具有重要作用。有经验和技术力量的施工单位，可以总结大跨度桥梁现浇过程中预测施工误差的方法，这样可将预测出来的施工误差提前进行修正，更好地减小施工误差对大跨度桥梁线形的影响，保证主桥的工程质量。

2.6 提高大型构件预制吊装技术

在大江特别是在海上施工时，出于对施工条件、维持通航、环保等因素综合考虑，全面或部分采用大型构件预制吊装工艺，使整个现场的工作量大大减少，可以大大地节省施工费用。所以，大跨径桥梁较多地采用大型构件预制吊装工艺可能是一个发展方向，当然还要因地制宜。

3 结语

随着科技进步和经济发展，桥梁跨度将不断增大，结构形式越来越复杂、施工工艺也越来越先进，将建造出一大批具有世界领先水平的大跨度桥梁，从而达到最大的使用效果和经济效益，为我国经济发展和民族自强做出有力贡献。

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