原标题:红翼双飞,摘下部分斜拉桥全球桂冠
培森柳江特大桥。(广西路建集团供图)
延伸、舒展,延伸、舒展……随着桥梁一段段浇筑延长,斜拉索一根根挂设固定,大桥的索面,如两双巨大的红色翅膀,缓缓张开,在超过300米宽的柳江上空成功“拉手”。
这是培森柳江特大桥主箱梁施工时的延时摄影画面。这一“拉手”,拉出主跨径280米,超越梧州市扶典口西江特大桥的最大跨径270米,改写了同类型桥梁中广西原有“亚洲第一”的纪录,拿下了全球最大跨径公路预应力混凝土部分斜拉桥的桂冠。
冬日清晨,登山远眺,柳江河上轻烟袅袅,大桥宛如巨龙卧波,桥身高塔红翼双飞。
全长2580米、主桥长570米的培森柳江特大桥,位于来宾市象州县,是连接西部陆海新通道的重要横向干道、贺巴高速(象州至来宾段)控制性工程,将柳州市柳江区和来宾市金秀瑶族自治县、象州县、兴宾区紧密相连,构建起桂中地区东西走向交通大动脉,拉近了粤桂乃至东南沿海地区的距离,每月约5万车次穿梭其上,为20万多人次往来提供便利。
“冻豆腐上插筷子”
向岩溶地块扎下27层楼高的桩基,把“冻豆腐”变成实心“秤砣”
12月2日上午,记者乘坐广西路建集团象来一分部项目党支部副书记黄中超的工作车,穿过一条尚未通车的道路,拐入小径,举目仰望,一排巍峨挺立的白色桥墩映入眼帘。
大桥下,河岸边,江如青罗带,宽广而幽深,两个巨大的主墩静静矗立在柳江两侧,稳如泰山。
“这平静的河底下,深深地扎根着24根支撑主墩的桩基,想象不到吧?”黄中超笑言,每根桩基直径达2.5米,大部分长48—50米,最长的一根达82米,相当于27层楼高。
“这是施工中最具挑战的问题。”说起钻孔建桩基的经历,象来一分部项目副经理廖翼强历历在目,“就好像在冻豆腐上插筷子。我们前期采用传统的冲击钻、旋挖钻,根本没办法成孔,更无法浇筑桩基。”
原来,大桥所处位置,覆盖层层叠叠的卵石、漂石,且岩溶地貌极为发达。在钻孔施工过程中,时常出现塌孔、偏孔的情况,甚至有时钻头卡在塌陷的溶洞内出不来。
“我从事公路桥梁施工技术研究10多年,第一次遇到这么复杂的地质情况,这在国内桥梁施工史上也是非常罕见的。”廖翼强告诉记者,特别是在建象州岸主墩的24根桩基时,地下大小溶洞竟多达105个,平均每根桩需穿过4.4个溶洞,且溶洞之间又相互重叠、串通,单个溶洞最深的达25米,相当于8层楼高。
桩基,就是桥梁的根基。根基稳,才能立得住。如何才能保证“冻豆腐上筷子”的承载力和稳定性?
必须想办法把“冻豆腐”变成实心“秤砣”。
技术团队夜以继日,钻研攻关。一项桩基地质精确判断术由此诞生——BIM+地震波CT+智能化多功能地质钻机。
该技术利用“地震波CT探测+多功能地质钻探”手段,对桩基周围地质环境作“全身”探测、“拍片”检查,获取数据材料,并采用BIM技术将数据转化为直观的数字三维地质模型,精确预报地层分布情况、岩溶发育状态、岩层产状等关键工程信息。
同时,广西路建集团引进区内首套260型全套管全回转钻机。在岩层钻孔施工过程中,旋挖钻每下钻一米,一个巨大的钢护筒就跟进一米,当浇筑桩基混凝土时又缓慢推出,既防止了溶洞坍塌,又解决了混凝土外溢的问题。
2020年11月10日20时,几盏大型探照灯将施工区域照得如同白昼,混凝土泵车平稳运行,浑厚的混凝土缓缓流入桩孔,发出“哗哗”的声音……经过5个多小时的努力,大桥主墩的最后一根桩基浇筑完成。
经专业机构检测,大桥主墩全部桩基均为一类桩。
大“饭盒”内建桥墩
发明装配式外围稳固的堰模一体结构,让施工实现高精度零干扰
桩基施工难题刚解决,主墩承台施工的难题又接踵而至。
柳江奔流不息,常年水深在数米甚至10余米,洪峰时,最大的水深甚至达七八十米。每年4—9月是柳江流域的汛期,桥址水位涨幅可达20米。
其实,在汛期前,施工队就与洪水展开了“游击战”。
“水电站要泄洪了,马上撤离,确保设备材料安全转移!”在建造桩基和承台围堰时,象来一分部项目副经理杨世芝经常在凌晨三四时接到紧急通知。
柳江上游红花水电站常因局部降雨需要泄洪。在水位上涨前,他们必须迅速转移设备材料,待水位下降后再重新组织施工。好几次,刚把设备材料搬回现场,水位立即又上涨。“如此反复,一年下来,转移了不下20次,耽误了很多工期。”杨世芝感慨道。
汛期一至,主墩施工更是难上加难。
“必须在低水位周期内,完成主墩承台施工,并给墩身施工预留时间。”象来一分部项目总工程师黄成暗下决心。
黄成带领技术团队,迎难而上,全面开启“白加黑”“5+2”的工作模式,他们钻研强透水松散覆盖层河床的大体积承台施工技术,发明了装配式外围稳固的高精度零干扰堰模一体结构。
“我们搭建的围堰,就好比一个巨大的饭盒。我们在‘饭盒’周围插打钢管(或型钢)桩,形成稳固的‘饭盒’壁板支撑框架,再逐块拼装模板,而后浇筑混凝土进行堰模封底,待封底凝固后,还要将围堰内的水全部抽出。”杨世芝详细地介绍。
传统主墩承台的施工方法,是在“饭盒”内部插打钢管桩,浇筑模板,不仅耗时费力成本高,且占用承台内部施工空间,施工进度缓慢。而新型围堰将水全部抽出后,内部便是空箱,施工完全不受干扰,承台构件与围堰构件也不会产生冲突,且模板可重复使用,拆装工序简单、方便快捷。
“堰模一体化设计创新将围堰壁板兼做承台模板使用,在确保承台构造完全符合设计要求的前提下,极大地简化了施工环节、缩短了工时、降低了费用。”黄成说。
2021年1月7日,经过22个小时的紧张施工,最后一车混凝土被泵入堰模中,象州岸主墩承台浇筑完成。利用装配式外围稳固的高精度零干扰堰模一体结构技术,仅用30余天,便完成了大桥主墩承台施工,为大桥建成缩短工期近1个月。
在高空中精准挂索
拉起184根“竖琴线”弹奏乐章,助力大桥飞跨280米
通过无人机的视角,俯瞰大桥,184根红色的斜拉索整齐排列,宛如天际间两把巍峨的竖琴,矗立于桥心,正悠然地弹奏着天堑变通途的雄壮乐章。
“斜拉索为何挂设在桥中,而不是两侧?”记者有些疑惑。
“这是双塔单索面部分斜拉桥的特点,也是最大跨径公路预应力混凝土部分斜拉桥的独特魅力。”黄成表示,这是综合考虑了跨越能力、经济性,以及不影响江面通航等多种因素选定的方案。
预应力混凝土技术的奥秘,是在混凝土中穿入钢绞线,将其拉伸并锚固,使之如同弹簧一般,自带收缩“内力”,这样梁体便能承受更大的荷载;“部分斜拉”指的是以主梁受弯和受压为主,斜拉索受拉为辅来承受竖向荷载。
一根根斜拉索的“提力”,极大地提升了桥梁的跨度潜力,助力大桥飞跨280米。
斜拉索作为连接主梁和主塔的纽带,是斜拉桥的“生命线”。培森柳江特大桥的首根斜拉索长106.1米、重6.4吨;最长的一根长284.7米,重17.2吨。
如此重的斜拉索,如何在高空中精准挂索,并确保拉力均衡?
“我们在挂篮悬臂浇筑桥梁的同时,在索塔上‘穿针引线’。”杨世芝告诉记者,他们在两个主墩位置,分别建了一个50米高的索塔,每浇筑一节梁体,便跟进在索塔设计位置处与梁体间架设导索管套。安装时,施工人员上下呼应,将管套两端牢牢固定,继而牵引一束束钢绞线穿入管套,然后再对斜拉索进行张拉与微调。
“每一根斜拉索的位置、长度与张力,都是经过计算机反复模拟与优化,并采用三维坐标法在两岸协同测量,使得各条索导管和分丝管索鞍的位置精确至毫米级,最终实现全桥184个索导管与斜拉索完全对中,居中定位误差均控制在2毫米以内。”杨世芝话语中透露着自豪。
创新挂篮浇筑方法
实现280米桥梁一片式无裂缝,刷新同类桥梁建造速度新纪录
“你看这连续刚构主箱梁,它与旁边一片片相连的简支梁是不一样的。”大桥下,黄中超所指之处,一片巨大的主箱梁凌空飞架。采用挂篮悬臂浇筑技术,使得整个280米的桥梁就是一片梁,浑然一体。
悬臂浇筑法的特点是,利用挂篮在空中作业,相当于在桥墩两侧,分别建一座可移动的小型“工厂”,供工人在其中进行浇筑等操作,每完成一节,“工厂”就向前移动一节,每节长度2—8米。
培森柳江特大桥主跨共有36个节段,在两个主墩两侧以T字形同步施工,逐节浇筑、延伸,直至中间合龙。其中最大浇筑段体积达277立方米、重达720吨。
“这样的施工方法看似完美,但建造速度却比传统的箱梁桥慢挺多。大家还得再研究研究。”2021年3月的一个深夜,黄成召集团队进行研讨。
“特别是在有斜拉索的箱梁节段,空间狭窄,各工序交叉繁杂,挂篮笨重,施工人员活动不便,拆装费时费力,每节段需要15—30天才能完成。如按这个进度,将严重拖延工期。”大家讨论开来。
怎么办?再向科技要效率!
基于BIM的主箱梁快速建造术,技术团队展开深入研究、多次试验,终于创新挂篮内箱模架系统,以材质轻、可修补、高周转的铝模板代替传统的钢模作内模,并以吊架代替传统满堂支架作内模支撑,而后箱模架则采用小型化设计的装配式结构,工人即使在狭窄的内箱里拆装、搬运,也可徒手搞定。
该技术的创新,使工人劳动强度骤降,施工效率倍增,平均每节梁段仅用时12—14天,工期缩短近5个月,刷新同类桥梁建造速度新纪录。
速度之外,质量更需坚守。
“为避免箱梁出现裂缝,我们将科研搬到施工现场,按大桥箱梁尺寸,在桥边浇筑了一个1∶2的实体箱梁模型,这也是世界上最大的箱梁模型,目的是进行温度场试验研究,寻找预防温度裂缝的对策。”参与此项科研项目的山东大学教授张峰说。
2023年6月30日,大桥建成通车,280米一片式梁体,主梁钢筋间距及保护层合格率超过95%,综合节约工期约9个月,节约直接经济成本3299万元。
培森柳江特大桥建设历经3年2个月,也促成了一批高科技、高价值的成果出炉。“团队共开展关键技术研究10项,形成学术论文10篇,授权专利29项……”黄成满怀自豪。
如今,培森柳江特大桥横跨两岸,贺巴高速全线贯通。桥下舟船穿行,桥上车辆飞驰,两对红翼展翅欲飞,似张开的双臂,拥抱未来。(记者 庾 琳 李 晟 通讯员 张银芸)