“世界第一高橋”背后的科技力量

文_當代貴州全媒體記者 / 覃淋

北盤江大橋建設(shè)運用了中跨縱移懸拼施工、“智能”混凝土等多項新技術(shù)、新工藝，集科技進步與工程美學(xué)于一身，融歷史人文與自然景觀為一體，展示了貴州高超的造橋技術(shù)和水平。

5月下旬，第35屆國際橋梁大會古斯塔夫·林德撒爾（GustavLindenthal）金獎揭曉，北盤江大橋榮膺這一被譽為橋梁界“諾貝爾獎”的獎項。

山巒疊嶂，云海飄渺，北盤江如玉帶般在山中環(huán)繞。

高聳的索塔挺立在兩岸山頭，112對拉索、紅色梁體與索塔交相輝映，如同即將遠航的帆船。

作為杭瑞高速貴州境內(nèi)畢節(jié)至都格（黔滇界）段的控制性重點工程，北盤江大橋跨越河谷深切600米的北盤江“U”形大峽谷，地勢險峻，地質(zhì)條件復(fù)雜。大橋建設(shè)運用了中跨縱移懸拼施工、“智能”混凝土等多項新技術(shù)、新工藝，集科技進步與工程美學(xué)于一身，融歷史人文與自然景觀為一體，展示了貴州高超的造橋技術(shù)和水平。

世界最高鋼桁梁斜拉橋

北盤江大橋采用雙塔四車道鋼桁梁斜拉橋結(jié)構(gòu)，全長1341.4米，最大跨徑720米，橋面至江面垂直距離565米，相當于200層樓的高度，目前是世界第一高、第二大跨徑的鋼桁梁斜拉橋。

因其獨特性和美觀性，北盤江大橋成為貴州乃至中國的“靚麗名片”。這座驚艷世界的橋梁背后，其設(shè)計、建設(shè)充滿艱辛。

貴州是典型的喀斯特地貌，河谷縱橫、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工難度極大，是建造北盤江大橋面對的客觀難題。

2009年，中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司（簡稱“公規(guī)院”）的設(shè)計團隊來到這里開啟了項目攻堅。在勘察現(xiàn)場時，從塔基安全性和方便施工的角度，設(shè)計團隊確定了北盤江大橋的跨徑應(yīng)該在670米以上。這一數(shù)字已超出了梁式橋、拱橋、混凝土斜拉橋的適用跨徑范圍，同時綜合考慮橋位處的地形條件、施工可實施性等因素，適合本橋建設(shè)條件的方案只能在鋼桁梁斜拉橋、鋼桁梁懸索橋（壩陵河大橋的橋型）兩個方案中進行比選。

在此之前，公規(guī)院設(shè)計完成的貴州壩陵河大橋即將于當年底建成通車。就在所有人都以為，這一次這個團隊肯定會照搬壩陵河懸索橋的成熟設(shè)計方案和完整建設(shè)經(jīng)驗時，公規(guī)院卻決定另辟蹊徑，創(chuàng)新推出了山區(qū)特大跨徑鋼桁梁斜拉橋方案。此舉引起業(yè)界不小震動。

許多人提出疑問：中西部地區(qū)高速公路跨越深山峽谷的大跨徑橋梁基本都選擇了懸索橋方案，如貴州壩陵河大橋、湖南矮寨大橋等，設(shè)計隊伍已經(jīng)積累了豐富的設(shè)計、施工經(jīng)驗，為何棄之不用？

面對質(zhì)疑，設(shè)計團隊的想法很簡單：北盤江大橋兩岸均為高達500米的高陡邊坡，兩岸岸邊均為懸崖峭壁，且分布了一些溶蝕裂隙帶，懸索橋型錨碇的大開挖對邊坡穩(wěn)定和安全影響較大，大開挖的棄渣將嚴重影響生態(tài)環(huán)境。

同時，對于主跨跨徑為500至800米的山區(qū)大跨徑橋梁，鋼桁梁斜拉橋在經(jīng)濟性上比懸索橋具有更強的競爭優(yōu)勢，對環(huán)境影響小，無疑是既經(jīng)濟又環(huán)保的最佳方案。

為此，公規(guī)院組織了一支強大的橋梁設(shè)計陣容，經(jīng)過多輪技術(shù)、經(jīng)濟比選論證，最終確立了最佳設(shè)計方案——北盤江大橋采用主跨720米鋼桁梁斜拉橋。

攻克多項技術(shù)難題

北盤江大橋所處位置地形較高，時常刮起六級以上大風，受風面積較大，設(shè)計建造必須考慮大橋能否“迎風挺立”。

針對山區(qū)風環(huán)境的非平穩(wěn)性、桁架梁的氣動力特征以及橋梁非平穩(wěn)風作用下鋼桁梁等因素，專家在大橋建造過程中進行了詳細研究，并在國內(nèi)外首次開展山區(qū)鋼桁梁橋風致振動及主梁構(gòu)件風荷載的現(xiàn)場實測，結(jié)合風洞試驗，建立非平穩(wěn)風作用下鋼桁梁的等效風荷載設(shè)計方法，進而提出山區(qū)大跨度橋梁風-汽車-橋梁系統(tǒng)的安全評價準則。

北盤江大橋采用雙塔四車道鋼桁梁斜拉橋結(jié)構(gòu)，全長1341.4米，最大跨徑720米，橋面至江面垂直距離565米，相當于200層樓的高度，目前是世界第一高、第二大跨徑的鋼桁梁斜拉橋。圖為航拍北盤江大橋。（廖毅 / 攝）

“我們通過模擬大橋周圍的地貌環(huán)境，運用三維技術(shù)在不同速度、不同角度下的風對大橋產(chǎn)生的影響進行綜合分析，從而得出一個精確的結(jié)論，那就是北盤江大橋的風速設(shè)計值在30米/秒，相當于能抵抗11級強風的正面襲擊?！眳⑴c北盤江大橋建設(shè)的貴州高速公路集團有限公司副總工程師周平說。

北盤江大橋作為一座世界級橋梁，建設(shè)中還面臨山區(qū)大體積承臺混凝土溫控、超高索塔機制砂高性能混凝土泵送、山區(qū)超重鋼錨梁整體吊裝、邊跨高墩無水平力的鋼桁梁頂推、大跨鋼桁梁斜拉橋合龍五大技術(shù)難題。

面對這些技術(shù)難題，作為施工單位的中交二航局項目部成功攻克。在國內(nèi)率先實現(xiàn)將機制砂混凝土泵送高度提升到269米（相當于90層樓高）、高鋼桁梁斜拉橋上應(yīng)用步履式頂推、斜拉橋上采用先邊跨后中跨縱移懸拼的非對稱施工、大橋兩岸采用不同施工工藝架設(shè)加勁梁等工藝，實現(xiàn)了大橋的完美對接。

“我們提出了國內(nèi)首創(chuàng)的中跨縱移懸拼施工方法，中跨縱移懸拼標準節(jié)段施工周期為4天/段，較傳統(tǒng)全回轉(zhuǎn)橋面吊機施工周期縮短約1/2。采用中跨縱移懸拼累計節(jié)約了工期3個月，為施工企業(yè)降低了現(xiàn)場管理間接費投入，提高了設(shè)備的利用率。”中交二航局項目部相關(guān)負責人說。

通過技術(shù)創(chuàng)新，施工單位大大提高了北盤江大橋的施工效率和高空作業(yè)的安全系數(shù)，實現(xiàn)了高空作業(yè)零事故的安全目標。結(jié)合施工技術(shù)，北盤江大橋先后申請專利13項、施工工法3項、技術(shù)指南2套、軟件著作權(quán)6項，榮獲“貴州省科技進步一等獎”“中國公路學(xué)會科技特等獎”“古斯塔夫斯金獎”等獎項。

“云醫(yī)生”確保使用安全

北盤江大橋設(shè)計和建設(shè)者們不僅要擔負建造的重任，還要負責大橋今后的正常安全運行。

針對氣候條件惡劣、重載交通突出等系列問題，北盤江大橋采用云計算技術(shù)，在國內(nèi)率先提出并研發(fā)建立了一個集建、管、養(yǎng)于一體的橋梁健康監(jiān)測及資產(chǎn)養(yǎng)護管理信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)智能管理，數(shù)字化“貼身醫(yī)生”，一旦發(fā)現(xiàn)“生病”可立即報警。

據(jù)了解，守護這座大橋安全的有三朵“云”：橋梁基礎(chǔ)信息云、橋梁監(jiān)測養(yǎng)護數(shù)據(jù)云、橋梁分析決策云。

安裝在橋上的感測傳感器，把橋梁的索塔、桁梁、橋面、斜拉索等各處的車輛載重、溫度、風況、振動等環(huán)境和部件的“健康”狀態(tài)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過高速傳輸網(wǎng)絡(luò)“秒傳”至系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息云和橋梁監(jiān)測養(yǎng)護數(shù)據(jù)云，然后分析決策云對前面這兩朵云上的數(shù)據(jù)進行分析，將分析結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送到指定人的手機或平板電腦上。

在大橋的每個關(guān)鍵構(gòu)件上，還使用了激光標刻或者二維碼技術(shù)，讓每個關(guān)鍵構(gòu)件都擁有了獨一無二的“身份證”。能夠準確追溯到從生產(chǎn)到運輸、架設(shè)、營運各個階段的質(zhì)量、計量等“時間軸”指標，管理部門也可以通過追溯系統(tǒng)對其進行監(jiān)管。

“比如橋上的某根斜拉索營一旦出現(xiàn)了微小‘失常’，桿件上的傳感器就會自動發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)到云端，甚至一些關(guān)鍵部位的某些零部件松動，也會被第一時間發(fā)現(xiàn)，維護人員可以根據(jù)云端數(shù)據(jù)采取及時的應(yīng)對措施?！敝芷浇忉屨f。

創(chuàng)新推動技術(shù)變革。北盤江大橋的成功修建，彰顯了貴州創(chuàng)造乃至中國的科技實力，進一步提升了貴州的知名度和美譽度。

如今，北盤江大橋相關(guān)科技成果成為引領(lǐng)全球山區(qū)特大跨徑鋼桁梁斜拉橋建設(shè)的時代標識，成為宣傳和展示多彩貴州的一張靚麗名片。