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地震带上建奇功

  

编者按:3月18日,海南海文大桥正式通车。海文大桥为目前国内抗震设防烈度最高、设计基本风速最大的桥梁,突破了在极震区、跨越地震断层带建设特大桥的技术难题。海文大桥是实现“海澄文”一体化的交通控制性工程。大桥通车解决了“海澄文”区域的交通瓶颈问题,为侨乡文昌融入海口半小时经济圈创造了交通条件。随着大桥通车,海口、文昌两地居民翘首期盼400多年的快速便捷通道终于梦成现实。

  

海南海文大桥为目前国内抗震设防烈度最高、设计基本风速最大的桥梁。葛利龙 摄   

本报通讯员 陈建锋 武泽宇 尹旺 张延涵   

“这是一座承载海南人民对美好生活向往的幸福桥,是海口和文昌两岸人民期盼已久的圆梦桥。”在海南海文大桥建成通车仪式上,海南省交通运输厅厅长林东难掩兴奋之情。   

3月18日,海南海文大桥(原名“铺前大桥”)通车,将海口市至著名侨乡文昌铺前镇的车程由一个半小时缩短至二十分钟。海文大桥是国内首座跨越地震活动断层的特大桥,自2015年开工建设,项目路线全长约5.6公里,双向六车道一级公路标准,设计时速80公里。海文大桥抗震设防烈度达到8级,为国内目前抗震设防烈度最高、设计基本风速最大的桥梁,突破了在极震区、跨越地震断层带建设特大桥的技术难题。作为国内第一个采用全过程咨询服务的大型桥梁工程,海文大桥由中咨集团采用PMC模式进行全过程咨询管理,中交集团所属振华重工、二航局、一公局集团、水规院、公规院、二公院、广航局7家单位参建。   

公元1605年,海南琼北东寨河的涓涓细流像往常一样汇入浩瀚大海。一场史无前例的大地震突然袭来,河周的72座村庄和千顷田野瞬间沉入海底——田园牧歌就此化作尘泥,而这也是中国地震史上唯一一次导致陆地沉陷成海洋的大地震。   

陆地就此被撕裂,而震后的铺前镇和北港岛之间形成了一个海湾,原本连为一体的海口和文昌只能隔海相望。四百多年沧桑巨变,商贾往来、走访省亲也只能绕行陆路或舟楫摆渡。   

作为中国最年轻的省份,海南刚刚度过它的而立之年,然而,它的“成长”,却长年受到交通问题的羁绊。海南要在海上丝绸之路建设中更好地发挥战略支点作用,实现经济迅速腾飞,急需纵横交错的高速公路网。   

为了制胜区域发展大格局,推进海南“全省一盘棋、全岛同城化”,“十二五”期间,海南省宣布将打通全岛中部和东北部的纵横高速脉络,构建起“田”字型网络运输体系。然而,“田”字型高速网络体系中,海口向东连接文昌的关键部分,由于地震割裂了陆地,高速在这里陡然间成为“断头路”,网不成网。   

当时,摆在海南人面前的有两个选择:要么沿着海湾绕行,要么架桥一跃而过。绕行,意味着要修建线路更长的高速公路,不仅增加了“海澄文”区域内交通一体化的时间成本,而且也宣告文昌北部融入海口“半小时生活圈”绝无可能。海南人决定要在地震带上架起一座跨海大桥。   

绕不过的海   

“看似简单的项目,我们一代人为之努力了近10年。”中咨集团海文大桥项目指挥长吴敬武感叹道。2009年,当时的海南文昌市委、市政府就已经在构想建设海文大桥,基于建设条件的复杂性和技术难度,大桥初步选取PMC模式进行建设,即项目管理企业代表业主对工程项目进行全过程、全方位的咨询管理服务。这种新模式的探索也得到海南省交通厅的大力支持,中咨集团就此抓住机遇,一举中标。   

这种新模式其实是环环相扣、紧密相连的,包括了工程总体规划、项目建议书、工程可行性研究、初步设计、项目建设阶段和试运营阶段管理等各阶段的全面管理,是一种全过程的咨询服务。   

而当时,在铺前湾建设大桥是否可行、如何保证安全、如何设计规划成为了摆在中咨集团面前的关键问题。其中,最险要的莫过于大桥位于两条地震活动断层交汇处附近这一区位问题。   

“当初我们和中国地震局联手对整个海湾的地质情况进行勘查,调查结果却狠狠泼了我们一盆冷水,大桥无论建设在哪个位置,都避不开活动断层。”吴敬武回忆说。   

在海域中探寻断层少有先例,现有的勘探技术很难完成,但要想成功修建海文大桥,首先要做的就是对海底断层的准确勘探。   

为此,在海南省交通运输厅的组织下,中咨集团牵头开展了专项研究,反复验证、逐步计算,最终确定活动断层的准确走向和性质。“在这个过程中,我们总共进行了18项专题研究,开展了8项科研课题。”吴敬武说。   

在PMC模式下,中咨集团依托自身全产业链的优势,完成了项目的预可行性研究和工程可行性研究工作。   

对于地震带上的大桥,结构设计中特有的“熔断”机制是防震关键。大桥最终采用的是小跨简支梁桥跨断裂带、大跨独塔斜拉桥避让断层跨越航道的设计方案。其中,跨断裂带梁桥就类似于家庭电路中的“保险丝”,一旦发生地震,将损失跨越断裂带的梁桥来保证主桥的安全。   

除此之外,在设计中为了应对断层错动引发强震的极端事件,大桥为跨断裂带引桥专门设置了备用梁,在跨断层桥跨发生破坏时,可以进行快速更换,保证生命线的畅通。备用梁采用可快速拼装的贝雷梁,平时用于区域内的快速抢险,震时可用于大桥的快速抢修。   

国内首个PMC模式建设的大桥由蓝图设想逐渐变成现实。   

断裂带上定神针   

大桥无法有效避让断层,复杂的地质条件给施工带来了严峻挑战。   

“如果把桥梁比喻为顶天立地的巨人,那么桩基础就是踩在海中坚硬地层里的‘脚’——只有‘稳住下盘’才能从一开始就保证整座桥梁的抗风和抗震性能。”二航局海文大桥项目负责人黄鹏打了这样一个比方。   

一般情况下,大型桥梁主墩的桩基直径在2至3米范围内,随着经济社会快速发展,桥梁承受着日益繁重的交通压力,能够承受更大压力和外部作用的大直径桩基渐成趋势。加之大地震的影响,在前期阶段,设计人员不得不谨慎地采取非常规的方式,让最关键的主墩桩基直径加大至世界罕见的4.3米。   

特殊的设计,使海文大桥施工在国内没有任何先例可循。项目技术人员针对桩基施工查阅了大量文献资料,他们将个人经验和前沿理论融会贯通,依托内部技术资源对各项方案逐步优化,甚至细致到每一个装置的结构和形状。   

为了确保万无一失,施工团队曾在驻地附近进行桩基试验。“也正是这次试验,让我们提前发现和解决了实际施工中的大问题。”黄鹏说。   

原来,桩基施工图纸中设计了3层密密麻麻的钢筋笼。钢筋接头在对接过程中间距过密,工人很难将钢筋之间的接头顺利拧在一起。浇筑的混凝土也很难顺利穿过3层并列排布的钢筋之间的缝隙。   

经过反复计算,在不改变桩基受力功能的前提下,黄鹏带领团队尝试将桩基钢筋的布置方式由3层调整为4层,钢筋的布置方式由并排设置优化为前后设置。这种层叠堆放的方式组合,没有改变钢筋的根数,却扩大了钢筋间距,混凝土可以顺畅地通过。如今,沉入海底的桩基稳稳扎入断裂带海底岩石深处,在波峰浪谷中犹如定海神针。   

跨越时空再相逢   

海口与文昌400年的隔海相望,在大型设备、渔船渔排的见证下,踏上了牵手重逢的新征程。   

海文大桥的钢箱梁吊装主要集中在主桥与跨断裂带引桥区域。其中主桥的塔区、临时墩、过渡墩支架梁段及跨断裂带引桥的钢箱梁均采用起重船吊装,主桥的其余钢箱梁则采用桥面吊机吊装。   

然而,项目开工后,对自然的敬畏和对大桥建设的审慎态度,使得设计方最终决定将跨断裂带引桥的上构施工方案由连续钢箱梁变更为简支钢箱梁。方案变更使架设在每两个桥墩间的钢箱梁相互独立,并通过设置伸缩缝保持了桥面连续性。如此一来,引桥便可灵活应对蠢蠢欲动的海底震颤,避免桥梁遭受毁灭性打击。   

但钢箱梁尺寸、重量的变化同时意味着起吊设备、吊具、吊装工艺必须作出相应改变。起重船的选型成为横亘在建设者面前的首要难题,他们需要寻找一艘“满足最重620吨钢箱梁起吊、胜任主桥与引桥钢箱梁吊装任务、且更具性价比”的起重船。   

二航局海文大桥项目设备部部长金吉诚拿着钢箱梁设计图纸,询问设备站、过往的合作单位……几乎调动了一切可以利用的线上线下资源。终于,一艘名为“镇航工868”的700吨起重船进入他的视野。当时,这艘船正在海口某填岛工程作业。看到这个庞然大物,金吉诚欣喜不已。项目团队反复用CAD模拟“镇航工868”吊装、移位的各种工况,并和负责疏浚、测量的同事一同到现场海域进行反复比对核实、对钢箱梁的施工全过程进行细致研究,最终才锁定了这件颇具性价比的利器。   

船有了,新的问题却接踵而至。原先与起重船搭配使用的吊具因过于笨重,导致“镇航工868”的起吊重量直逼安全系数极限,如果强行使用,有可能造成倾覆的严重后果,优化吊具结构势在必行。   

二航局建桥团队和武港院合作攻关,对吊具结构展开了广泛调研,并汲取各种吊具所长,设计出一种形如两个“扁担”平行相连、可达到“自平衡”的压杆式吊具,达到了“四两拨千斤”的效果。   

负责桥梁上构现场工作的叶鹏,曾是江西九江二桥与武汉沌口长江大桥钢箱梁吊具的主要设计者。他从吊具细节入手,通过在连接处安装可拆换的高强螺栓和可拆装的销轴,实现了吊具杆件结构的自由拆分重组。“比如吊装完主桥钢箱梁,就可以将主桥吊具在水上平台改装为引桥吊具的形状,再吊到引桥进行大节段钢箱梁吊装。”叶鹏说。如此一来,就像搭积木一样,可拆卸也可二次拼装,既节省了吊具转换时间,更降低了项目总体成本。   

建设者的努力没有白费。3月18日,在经历了1000个日日夜夜后,海文大桥终于通车了。通车仪式上,当地67岁的老人张光煌兴奋地说:“我期盼了半个世纪的梦终于实现了。”三年多的时间,他用手中的镜头记录下了大桥的钢筋铁骨,也记录下了桥上的人和风景。

    

海南海文大桥施工现场。赵朝阳 摄

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