再論我國特大型橋梁的技術創新及理性思考

穆祥純

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市100082）

再論我國特大型橋梁的技術創新及理性思考

穆祥純

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市100082）

筆者曾在2016年10月份在《城市道橋與防洪》上發表題為《我國特大型橋梁的技術創新》一文，介紹了我國6座特大型橋梁工程的技術創新情況。本文在上文的基礎上，重點對5座特大型橋梁的技術創新情況進行系統分析，并提出了筆者的若干理性思考和建議，力圖為國內同行們提供有借鑒意義的資料和相關啟示，以期推動我國向世界橋梁強國的目標邁進。

特大型橋梁；技術創新；理性思考

0　引　言

城市橋梁是指：“城市內新建、改建的永久性橋梁和城市高架道路結構，以及承受機動車輛荷載的其他結構物。”隨著祖國現代化建設的快速推進，我國城市橋梁建設進入了全新的發展階段，并得到了空前的發展。北京、上海、天津和重慶等一大批城市橋梁建設令世人矚目。城市橋梁通常指城區范圍內建造的跨河、跨江、跨海橋梁、立交橋梁及人行天橋等。

近三十多年來，特別是進入二十一世紀后的十多年來，我國城市橋梁無論在橋型、跨徑、施工方法與新技術應用等方面都有重大突破，并躋身世界前列。我國特大型橋梁的建造主要以懸索橋、斜拉橋及拱橋為主，且現代特大型橋梁以懸索橋和斜拉橋為代表。20世紀80年代末，我國突破性地建成了南浦大橋和楊浦大橋，這標志著我國在現代橋梁的建造已達到世界級水平，奠定了我國橋梁建設飛躍發展的基石。

本文介紹我國已建成的5座特大型橋梁，重點對其技術創新進行逐一的剖析，并提出了筆者的理性思考。

1　典型橋梁工程的技術創新

1.1上海盧浦大橋

盧浦大橋是當今世界跨度第二長的鋼結構拱橋。它也是世界上首座完全采用焊接工藝連接的大型拱橋（除合攏接口采用栓接外），現場焊接焊縫總長度達4萬多米，接近上海市內環高架路的總長度。盧浦大橋像澳大利亞悉尼海灣大橋一樣具有旅游觀光的功能。

盧浦大橋全長3900m，主拱橋長550m，拱頂高于江面100m，設雙向6車道，大橋總投資約25億元人民幣，建成時曾經號稱“世界第一拱”。

這座大橋的主要創新點有[1]：

一是同類橋梁的世界第一大跨徑：盧浦大橋的跨徑，為目前同類橋梁跨徑世界第一。

二是其抗風抗震度為世界首創。

三是大橋三個節點的設置：中跨鋼拱與鋼梁的連接點構造，邊跨鋼拱與鋼梁節點構造，中跨、邊跨拱座節點構造都是國內外鋼拱橋中首次采用。

四是大橋提出的三種不同橋型施工工藝組合后進行大橋安裝的設計構想，在最大跨度拱橋上進行抗風性能研究，使其抗風度達到12級、抗震度達到7度等，在國際上都屬首創。

五是國際首次全焊接制造：盧浦大橋全橋用鋼量達34000t左右，是國際上首次采用全焊接制造的世界最大跨度的鋼結構拱橋，具有雙重先進性。焊縫長度為582km，相當于從上海到南京的來回路程，建設者們以99%的成功率一次性焊接成功。

六是創下軟土基建造特大型拱橋奇跡：上海是典型的軟土地基，在軟土地基上造拱橋歷來就是橋梁界的一大難題，更何況是特大型拱橋。盧浦大橋通過在橋面和橋肚各裝上8根長度達760m的水平拉索，有效地平衡了巨大的水平推力，創造性地建成了特大型拱橋。

七是首次采用箱型鋼拱結構技術：盧浦大橋兩片實腹式鋼箱拱肋寬5m，拱腳處高9m，漸變至拱頂處高6m，是目前世界上最大的鋼箱拱肋截面，無論是拱橋立面布置還是拱肋斷面形式，都處于國際同類橋梁的領先水平（見圖1）。

圖1　上海盧浦大橋實景

1.2青島海灣大橋

青島海灣大橋又稱膠州灣跨海大橋，是我國自行設計、施工、建造的特大跨海大橋。它是國家高速公路網G22青蘭高速公路的起點段，是山東省“五縱四橫一環”公路網上框架的組成部分，是青島市規劃的膠州灣東西兩岸跨海通道“一路、一橋、一隧”中的“一橋”。大橋起自青島主城區海爾路，經紅島到黃島，大橋全長36.48km，投資額近100億，歷時4a完工。全長超過我國杭州灣跨海大橋和美國切薩皮克灣跨海大橋，是當今世界上最長的跨海大橋，也是世界第二長橋。大橋于2011年6月30日全線通車。2011年上榜榮膺“全球最棒橋梁”榮譽稱號[2]。

青島海灣大橋三個主航道橋（滄口、紅島和大沽河航道橋）分別采用鋼箱梁雙塔斜拉橋、鋼箱梁獨塔斜拉橋和獨塔自錨式懸索橋，其結構簡捷，經濟合理，美觀協調，氣勢磅礴，國內外尚無同類型結構，是世界上屈指可數的橋梁集群。工程技術難度大，條件復雜，受水文、地形、通航、航空和地質結構條件的制約。

這座大橋的主要創新點有：

一是工程規模大：世界建設長度最長海上橋梁，大橋全長41.58km，包括主跨為260m和120m的稀索鋼斜拉橋及主跨260m的自錨式懸索橋；有世界上首座海上互通立交——紅島互通立交；全橋海上鉆孔灌注樁共5127根，創海上鉆孔灌注樁數量最多世界新紀錄。

二是防腐蝕體系新：由于大橋受鹽害、凍融、海霧、臺風、暴雨、工業排放物等多重腐蝕環境的綜合作用，腐蝕環境惡劣，大橋防腐蝕體系具有獨創性。通航孔橋關鍵部位采用外加電流陰極防護技術，索塔全部進行涂裝，確保關鍵結構的耐久性。

三是施工工藝新：大橋自開工以來取得21項施工新記錄，混凝土套箱無封底技術為世界首創。通航孔橋鋼箱梁大節段吊裝工藝、基于RTK和VRS技術的全橋GPS測量定位系統，均創了國內施工新記錄。

四是設計結構新：通航孔橋斜拉橋采用分幅稀索鋼箱梁形式和銷結耳板錨固方式，結構簡潔明快，具有獨創性；自錨懸索橋采用大跨徑獨塔260m單空間索面結構，主梁為雙邊鋼箱梁加橫向連接箱結構，取消了海中懸索橋大型錨碇基礎，結構造型恢弘，氣勢磅礴，同類結構為國內首次采用，錨固體系在設計上獨具匠心；非通航孔橋首次大規模采用雙幅分離的60m跨預應力混凝土結構型式，整孔預制吊裝，施工工藝先進，設計合理，提高了施工質量、大大加快施工進度。

五是其建設運作模式新：國內首座通過項目法人國際招標，采用BOT管理模式建設管理的海上特大型橋梁工程，也是我國大型橋梁工程建設管理的一次歷史性嘗試，與國際大型項目管理模式逐步接軌，將為我國公路橋梁建設管理體制創新提供參考和借鑒。

六是其管理手段新：應用4D技術和4D管理理念形成了青島海灣大橋4D施工管理系統，為國內首創；采用銀團貸款、銀行承兌匯票與人民幣利率掉期業務等方式，實現融資，為國內重大項目融資模式首創。

七是科研技術成果新：水下無封底混凝土套箱技術獲2009年度中國公路學會科進步特等獎；《基于IFC標準的建筑工程4D施工管理系統的研究和應用》課題，2009年獲建設部“華夏建設科學技術獎”一等獎等。

圖2為青島海灣大橋實景。

圖2　青島海灣大橋實景

1.3重慶朝天門大橋

2009年4月29日，被譽為“世界第一拱”的朝天門長江大橋終于竣工通車，重慶市又增加了一標志性建筑，往返江北區五里店、青草壩與南岸區彈子石之間，只要10min。朝天門長江大橋設計全長4881m，主跨達552m，共2層，第一層是雙向6車道，兩邊設有各寬2.5m的人行道，第2層中間則是雙線軌道線，實現軌道交通“六線一環”中的“一環”。

這座大橋的創新點主要有[3]：

一是首次推出主跨552m的公軌兩用飛燕式多肋鋼桁架中層式拱橋，跨徑居世界同類橋梁之最。

二是主桁結構中支點采用支座，使得大橋結構體系在外部為三跨連續梁受力體系。

三是大橋采用雙層交通，軌道交通與汽車的通道上下分離，互不干擾。為了保證軌道交通乘客過江時有較好的視覺感受和舒適性感，取消桁架斜腹桿。

四是成功研制并應用于朝天門長江大橋的世界上最大噸位145000kN抗震支座。

五是整個大橋主桁構造除E15采用整體節點外，其余均采用拼裝式節點，方便施工。

六是采用鋼結構系桿和預應力系桿相結合的方式，鋼結構系桿構造上同時作為鋼桁梁的一部分，其平面與主桁拱平面重合，系桿與主桁拱間的連接構造簡單，受力明確。

七是大橋采用了先進的架梁吊機、斜拉扣掛技術，結合抬梁體標高使主橋轉動的思路，實現先拱后梁零應力合龍模式，為世界首例，成橋線形易于保證。

圖3為重慶朝天門大橋實景。

圖3　重慶朝天門大橋實景

1.4浙江西堠門大橋

西堠門大橋是連接舟山本島與寧波的舟山連島工程五座跨海大橋中技術要求最高的特大型跨海橋梁，主橋為兩跨連續鋼箱梁懸索橋，主跨1650m，是目前世界上最大跨度的鋼箱梁懸索橋，全長在懸索橋中居世界第二、國內第一，但鋼箱梁懸索長度為世界第一。設計通航等級3萬t、使用年限100a。大橋建成于2009年12月。

這座大橋的主要創新點有：

一是主跨1650m，位居目前懸索橋世界第二、國內第一。

二是世界上首座分體式鋼箱梁懸索橋，主橋為兩跨連續半漂浮鋼箱梁懸索橋；鋼箱梁全長位居世界第一[4]。

三是西堠門大橋主纜長度達2882m，為當時國內第一。

四是西堠門大橋施工貓道長2808m，長度為當時國內第一。

五是首創國內主纜索股水平成圈放索工藝；施工中采用當時國內長度最長、直徑最大、強度最高的鋼絲繩吊索；大橋索塔塔身高211.286m，為當時國內懸索橋最高塔身。

六是西堠門大橋是世界上抗風要求最高的橋梁之一，采用了世界上尚無先例的分體式鋼箱加勁梁，滿足了抗風穩定性要求，顫振臨界風速達到88m/s以上，可抗17級超強臺風。

圖4為浙江西堠門大橋實景。

圖4　浙江西堠門大橋實景

1.5云南龍江懸索橋

龍江懸索橋位于云南省西部、橫斷山脈南段，路橋垂直跨越龍江，大橋將采用雙塔單跨鋼箱梁懸索橋，保山龍陵岸索塔高度為169.688m，保山騰沖岸索塔高度為129.703m。全長約2470m，橋面離江面280m，最高的索塔頂到江面470m，主橋跨徑布置為320m+1196m+320m，抗震等級按Ⅸ度設防，是云南省首座特大跨徑鋼箱梁懸索橋，也是亞洲山區最大跨徑的鋼箱梁懸索橋。2016年4月20日，龍江特大橋歷時5a建成通車，實現了昆明至騰沖全程高速，通行時間縮短為7.5h。

這座大橋的主要創新之處有[5]：

一是龍江懸索橋作為保騰高速公路重要控制性工程，橋型為主跨1196m雙塔單跨鋼箱梁懸索橋，橋面寬33.5m（含檢修道），是國內山區首座跨徑超過千米的鋼箱加勁梁懸索橋，全橋總長2.470km。橋面距谷底高度280m，保山岸索塔高169.7m，騰沖岸索塔高129.7m，抗震等級按Ⅸ度設防，項目概算投資146518萬元。

二是龍江特大橋纜索吊系統為目前國內跨度最大（1196m）、吊裝重量最重（170t）的纜索吊系統。

三是在國內大跨徑橋梁施工中首次采用無人飛行器牽引先導索過江施工技術及國內首次成功采用索股入鞍段預成型及架設技術。

四是在國內首次采用圓形纏絲+纏包帶方式+除濕系統方式進行主纜防護。

五是國內首次采用噴灑葡萄糖酸鈉作為緩凝劑，配合水槍沖刷的施工方法進行錨碇混凝土鑿毛施工。

六是在橋梁大體積混凝土中成功采用火山灰作為混凝土外摻劑，可提高橋梁工程的耐久性。

圖5為云南騰沖龍江懸索橋實景。

圖5　云南騰沖龍江懸索橋實景

2　相關理性思考

2.1思考之一

上述所展現的我國5座特大型橋梁工程，已取得了巨大的社會、經濟和環境效益，極大地密切了相關城市和地區間的聯系，促進了這些城市連綿帶、特別是沿海對外開放扇面和東、西部地區的聯系，促進了社會經濟的快速發展，從而提升以具有國際競爭力都市群的重要作用；必將實現大力吸引人口，促進產業的集聚，促進新區和新城的崛起，而特大型橋梁工程的建設極大地推進了我國城市化的進程。

2.2思考之二

應樹立系統和科學的觀點，正確審視橋梁的安全性、創新性和耐久性問題，實施橋梁結構的全壽命設計,以信息化為引領，進一步加強大橋的健康監測,規范養護維修工作，以橋梁全壽命期內的綜合費用評價橋梁的經濟性和社會效益；應在橋梁的設計中充分體現6個特性，即：可檢、可控、可換、可修、可強及可持續性,以達到在橋梁使用過程中對其構件可檢查、可控制、可維修加固。

2.3思考之三

橋梁設計是工程建設的靈魂，而施工則是建橋的關鍵環節。精心設計、精心施工是建設精品橋梁工程的必備條件。當前我國不少橋梁工程存在著設計、施工周期短、低標價中標、多次轉包等問題；由于周期短、工程建設費用低,競爭和創新激勵機制不強，設計片面追求單項技術指標的突破，而深入對相關研究工作和優化比較不足，必然影響橋梁工程的水平和壽命。

2.4思考之四

應重視橋梁工程的防災減災工作。應該說我國橋梁工程防災減災的基礎性工作還很薄弱，需盡快建立橋梁風險評價基礎資料的數據庫，包括橋梁事故、災害實例數據庫等。應針對不可避免的自然災害風險，如：風暴、潮流及波浪災害風險、暴雨及內澇、地震及海嘯風險、雷擊風險等；意外事故風險（不可抗力），如：船舶碰撞等，從而重視橋梁結構施工技術的創新，不斷開展主要施工設備、管理及責任風險等深入的研究，并提出相應的對策措施。

2.5思考之五

針對我國橋梁長期性能研究和長大橋梁運營管理的技術需求，需要盡快地研發高精度、長壽命、智能化傳感器等新材料和新設備，不斷開展橋梁關鍵狀態參數和性能指標的長期跟蹤監測技術；需要構建橋梁健康診斷，以及性能和抗力衰變監測技術體系與標準，研發基于BIM技術的橋梁管養系統，以推動我國橋梁養護管理技術的發展；需要進一步完善和發展橋梁技術狀況評定、承載能力和減災防災能力鑒定方法，構建橋梁安全可靠性評估和使用壽命預測等的理論體系及技術方法，以推動我國特大橋梁服役可靠性的提升和使用壽命的延長。

2.6思考之六

橋梁美學和橋梁景觀對于建橋所在地的綜合影響越來越重要，應從橋梁的方案設計階段開始，將美學構思,包括色彩、照明等融入到橋型、橋孔布置、結構造型的設計中。橋型結構力求新穎別致、布局協調緊湊、線條明快，富有個性化；樹立可持續發展的理念，避免對生態環境的破壞。應避免刻意對已建橋梁工程做表面的美化設計和后期工程。

2.7思考之七

要強化設計與施工的精細化，提高橋梁建設的工程品質；要加大橋梁工程在新結構、新材料、新工藝和新裝備的研發與應用力度，為跨江跨海重大工程建設項目的建設提供技術支撐；要提升橋梁養護管理技術和水平，在開展橋梁常規檢查、評價、維修與養護工作的同時，尤其要注重對特大型橋梁的安全運營與監測，確保重要橋梁的運營狀況實時可控。應加強橋型結構和“四新”的研究開發工作,交流、吸納國內外的先進技術經驗。

2.8思考之八

關于橋梁工程的創新問題，認識到——創新并非只是單純追求跨徑上的突破。只要堅持技術創新和可持續發展，及時總結經驗,正視不足，認真解決以往橋梁建設中所存在的問題，通過原始創新和集成創新，我國今后的橋梁建設技術一定會展現更新、更高的水平。在我國工程建設市場激烈競爭的形勢下,設計、施工、科研單位要在創新中求發展，通過競爭合作，真正實現其自身發展，實現橋梁建設領域的進一步創新。

3.9思考之九

毋庸諱言，通過上述展現我國特大型橋梁工程的建設成就和技術創新，我們在橋梁建設的核心技術、橋型與結構體系、材料性能和裝備水平、橋梁監測與評估技術、標準規范等方面都取得了長足進步，獲得了舉世公認的自主創新成果。但我們也要清醒地認識到，與世界橋梁強國相比，我們還存在以下主要技術差距：在大跨徑橋梁設計方面：技術儲備不夠，如主跨3000m級懸索橋及1500m級斜拉橋等結構體系與關鍵結構問題有待解決；高性能材料方面的研究與應用滯后；與超大跨徑相匹配的支座、伸縮和阻尼等裝置、設備研究開發不足。我們與與國外先進的產品確有差距。

3　結　語

21世紀第二個十年已經過了五年多，以武漢鸚鵡洲長江大橋、港珠澳特大橋和超大型跨海大橋——青島海灣大橋等一大批現代橋梁的陸續興建，標志著我國將續寫橋梁建設更加輝煌的篇章。同時，隨著我國城市化進程的加快，我們將更加關注城市橋梁的創新性、安全性和經濟性的有機結合和聯系。我們要繼續加強與國際同行的交流，促進國內外的學術交流，推動我國城市橋梁建設可持續發展，大力促進我國橋梁工程的技術進步，早日成為世界橋梁強國。

[1]穆祥純.基于創新理念的城市橋梁及市政建設[M].北京:人民交通出版社，2012：123.

[2]穆祥純.中外城市橋梁[M].北京:人民交通出版社，2015：79.

[3]穆祥純.古今中外城市[M].北京:人民交通出版社，2016：105.

[4]穆祥純.世界上奇妙的橋梁[M].北京:建筑工業出版社，2016：201.

[5]中國土木工程學會橋梁及結構工程分會.全國橋梁學術會議論文集[M].北京:人民交通出版社，2011：165.

U44

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1009-7716（2016）11-0036-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.010

2016-08-23

穆祥純（1955-），男，北京人，教授級高級工程師，享受國務院政府特殊津貼專家，從事橋梁工程設計、城市交通研究及技術管理工作。