黄茅海立起“小蛮腰”——世界最大跨径公路三塔斜拉桥承力塔设计建造纪实
近日,世界最大跨径公路三塔斜拉桥——黄茅海大桥拉开架梁序幕。
大桥是连接广东珠海和江门的超级工程——黄茅海跨海通道的重要组成部分。这一通道是2019年《粤港澳大湾区发展规划纲要》发布后,开工建设的首个规划项目,承载着把粤西拉进大湾区、实现跃升发展的希望。
海天之间,已封顶的5座跨海大桥承力塔巍然矗立。因造型酷似著名地标性建筑广州塔,它们被喻为海上“小蛮腰”。
“‘小蛮腰’是项目建设的关键重难点,它的创新设计和建造,让700米大跨径全漂浮桥的设想成为可能!”黄茅海跨海通道管理中心主任潘放告诉科技日报记者。
异形设计:兼顾抗风和通航
接到黄茅海跨海通道建设任务后,潘放率领团队到这里进行实地勘测。
作为历经深中通道等超级工程锤炼的精兵悍将,站在黄茅海岸边,潘放和同事们仍觉得困难重重。
台风强浪、高盐腐蚀、船舶撞击,多种风险因素叠加。
黄茅海地处珠江西部入海口,历史最大风力17级,同时也是繁忙的航运通道。要兼顾航道通行500米标准和抗风条件,建造跨径700米左右的全漂浮斜拉桥是唯一选择。
全漂浮斜拉桥,就是完全依靠塔柱与斜拉索的拉力,使桥处于全悬浮状态。“台风来了,大桥可随风‘荡秋千’,不被吹垮。”黄茅海跨海通道管理中心总工程师朱超说。
大桥的塔柱如何设计,至关重要。
既要少占航道,又能抗台风,同时还能表达桥梁个性、塑造地标景观——综合考虑多种需求,设计团队创新采用了圆截面渐变收腰的“小蛮腰”造型。
一般的悬索斜拉桥塔柱多选用“H”形或“A”形,稳固性强,但在海中“生根”时占用面积大,会挤占航道。“小蛮腰”的独柱设计,则能最大限度减少对巨轮通航的影响。
同时,相比上下一致的圆柱塔和四方塔,“小蛮腰”的异形结构更加抗风。变化的结构增加了对风力的扰动,可使台风袭击的影响减弱。
从极简美学角度,“小蛮腰”简洁明快,又极具岭南特色和东方美感。
有人担心,“小蛮腰”独柱塔造型太复杂,施工无先例。而潘放和朱超却认为,大桥建造技术就是要更进一步。“经广泛调研和探讨,‘小蛮腰’独柱塔建造虽难,但技术可行。”朱超说。
数控雕刻:保证异形截面拼接精度
面对“小蛮腰”独柱塔造型,中铁大桥局黄茅海跨海通道项目总工程师贾维君深感建造任务艰巨。
“圆截面直径从20米,渐变至收腰处9米,接近塔顶时又逐渐变大。”贾维君说,“这种异形渐变独柱塔,造型打破常规,远远超出施工单位的经验范畴。”
“‘小蛮腰’高约260米,上下没一个截面相同。按已有异形独柱塔施工方法,每个截面都需一个钢模板,260米就需要260个,成本太高。”中铁大桥局黄茅海跨海通道项目经理刘宏达说。
为建造“小蛮腰”塔身,黄茅海跨海通道项目组建了“曲面塔柱造型”技术突击队开展攻关。
本着经济实用的目的,技术突击队选择了传统的木模板。他们将整座主塔分为43节,分别制作外模。每节外模由24片弧形板片组成,弧形板片再由多块造型板拼接而成,以实现主塔截面空间曲面线形变化。
“不同规格的造型板,每个截面间的拼接精度,哪怕有1毫米超出范围,整座塔都将报废。”刘宏达介绍。
失之毫厘,谬以千里。为解决拼接精度,木家具制造用的数控雕刻机床进入技术人员的视野。
“我们将事先画好的图形转化成坐标数据,导入到数控机床中,保证大小不同、弧度各异的每一片造型板精度达标。”贾维君说。
经反复试验,机床自动制作出的数控造型板,将误差控制在设计范围之内。
智能建造:防止混凝土失温开裂
走进黄茅海项目施工现场,5座“小蛮腰”亭亭玉立,采用的清水混凝土,展现出精致的纹理和绵密的质感。
有施工经验的人知道,混凝土失温开裂,是一个很难解决的问题。刚浇筑的混凝土,为流动态;凝结过程中产生大量水化热,使体积自由膨胀;到最高温时基本固结,随后开始降温并收缩,就会导致裂缝产生。
“‘小蛮腰’在海洋高腐蚀环境下,需要加大混凝土用量,增厚保护层,这又大大增加了主塔开裂的风险。”贾维君告诉记者,为解决这一难题,建设者们利用智能技术,自主研发了智能化温度控制系统。
“简单来说,我们实时自动监测混凝土温度场,用数据分析自动控制温度,精准优化冷却水流量,有效减少混凝土裂缝产生。”贾维君说。
同时,黄茅海跨海通道项目还使用建筑信息模型,建立起智慧云平台施工监控系统。“基于实测数据进行展示、预警、施工控制,对包括‘小蛮腰’在内的大桥施工全过程,及施工装备进行监控。”朱超介绍。
黄茅海跨海通道计划于2024年底建成通车,设计时速100公里,双向六车道。建成后,它将是继港珠澳大桥、深中通道后,粤港澳大湾区第三条重要跨海通道。届时,大湾区主要城市间将实现1小时通达。
“党的二十大报告专门提出,推进粤港澳大湾区建设。”望着紧张施工的大桥现场,潘放信心满怀地说,“我们将继续以实干刷新‘黄茅海速度’,奋力书写大湾区建设新篇章!”(记者 矫阳)
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