運寶黃河大橋 跨度最大波形鋼腹板矮塔斜拉橋的施工亮點
連通兩湖兩廣,融入一帶一路。
在亙古萬代奔流不息的滔滔黃河上,正在建設的運城至靈寶高速公路運寶黃河大橋,因其結構新穎、工藝復雜、技術要求高、施工難度大而格外引人注目。
這座投資9.65億元,由山西路橋集團公司以BOT模式投資建設的黃河大橋,全長1690米,設計時速80公里,橋寬32米。主橋主跨200米,是目前在建的全世界跨度最大的波形鋼腹板矮塔斜拉橋。隨著今年6月大橋主橋的順利合龍,初顯雄姿的運寶黃河大橋,已成為晉豫兩岸一道亮麗的風景。
2018年9月初,在大橋即將迎來通車之際,恰逢2018全國波形鋼腹板橋梁關鍵技術交流會在山西運城舉辦,記者在會后參觀了運寶黃河大橋的施工現場,并采訪了相關負責人。
隨著科技的發展,橋梁建設開始向大跨、新型、輕質和美觀方向發展。橋梁結構更加重視橋梁美學和景觀設計,重視環境保護,以期達到人文景觀與自然環境的完美融合。作為世界在建最大跨度的波形鋼腹板矮塔斜拉橋,運寶黃河大橋科技創新工作自始至終都迸發著激情,憑借著一項項嶄新的技術,強有力地支撐著整個跨河大橋順利建設。
三大亮點——新、長、深
記者在現場看到,主橋面上有三個高度為33米的矮塔,斜拉索均已架好,全橋混凝土橋面鋪裝已基本完成,現階段的主要任務是完成全橋瀝青面層鋪筑、伸縮縫安裝和橋面徑流收集系統的施工。
運寶黃河大橋,是山西省高速公路規劃網“三縱十二橫十二環”西縱的重要組成部分,也是國家高速公路網南北縱線呼和浩特至北海的重要組成(編號G59)。大橋北接運寶高速,南與河南三門峽至淅川高速公路相連,與連霍高速形成互通樞紐。大橋采用6車道高速公路標準建設,引橋采用4×40米預應力T梁,主橋采用110+2×200+110米波形鋼腹板中央單索面矮塔斜拉橋,副橋采用48+9×90+48米波形鋼腹板剛構連續組合體系梁橋。
在運寶黃河大橋的建設過程中,新結構、新材料、新工藝及新裝備的創新性應用,是項目順利進行的“法寶”。
對大橋主塔進行涂裝
據山西路橋集團運寶黃河大橋建設管理有限公司副總經理解衛江介紹,大橋主副橋共1526米全部采用波形鋼腹板預應力混凝土組合“新結構”,將傳統箱梁中的腹板置換為像折扇一樣具有波浪形狀的鋼板。“這種組合結構具有自重輕、跨度大、預應力利用效率高、造價經濟、造型美觀等優點,免去了在普通混凝土腹板狹小空間內施工的繁雜工藝,能夠徹底消除傳統混凝土腹板開裂的病害。”解衛江說。
此外,運寶黃河大橋跨越山西運城濕地自然保護區、河南黃河濕地國家級自然保護區、圣天湖、黃河禹門口至三門峽段保護區等多處環境影響敏感區域,“生態+綠色環保”的理念,從項目開始就融入在大橋建設的全過程中。
中交二航局運寶黃河大橋項目部總工程師陳成接受本刊記者采訪
中交二航局運寶黃河大橋項目部總工程師陳成告訴記者,大橋波形鋼腹板采用Q345耐候鋼,這是一種免涂裝的“新材料”,具有強度高、抗疲勞、耐久性好等諸多優點,以前多用于化工、石油鉆井平臺、海港建筑等方面,用于橋梁建設尚屬國內首次。免涂裝的耐候鋼 “裸露”在自然環境下,外表面氧化后會自動形成美觀且免維護的致密保護層,起到長期的防腐效果。
進行橋面徑流系統作業
“免涂裝耐候鋼的應用,避免了傳統涂裝油漆不斷揮發對自然環境的傷害,對項目所在地自然保護區內的天鵝、灰鶴等鳥類起到了保護作用,同時也降低了橋梁后期運營維護費用。僅此一項,就節省了3200萬元的遠期工程建設成本。”陳成介紹道。
安裝主橋主塔斜拉索連接件
一般情況下,施工方在濕地作業時都會在地面填筑臨時便道,為了最大化地保護黃河灘地,項目部多投入1200萬元,采用全棧橋施工方案,最大幅度減小了對濕地的破壞。
與此同時,運寶黃河大橋副橋采用了“頂底板異步平行施工”的“新工藝”,創造性地將整體式箱梁劃分為3個獨立的施工作業面。單個掛籃自重減輕12噸,實現頂板、底板兩個作業面同時作業,提高工效;墩柱應用WISA模板,提高模板的周轉次數和利用率,節約資源;主橋掛籃采用新型波腹板懸吊系統,避免了在橫向和縱向單獨設置懸吊小車,降低掛籃高度,安裝定位效率及精度高,移位便捷。
除了技術“新”,大橋樁基之“長”,也是工程建設的一大亮點。
記者在運寶黃河大橋上看到,大橋底下的河灘主要是松軟的細砂粉土,到處是淤泥,大橋周圍有濕地、湖泊和黃土溝壑。
“大橋所處基礎軟弱,地質構造差,黃河為游蕩性河道,三年以來主河槽移位逾300米、沖刷深度近8米;夏汛期水流湍急,冬汛期河道全斷面封凍,對棧橋、圍堰等橋梁基礎施工影響大,這些條件都嚴重制約了大橋建設。”解衛江表示。
運寶黃河大橋建設管理有限公司副總經理解衛江接受本刊記者采訪
“在淤泥灘上建橋,為了保證樁基能夠支撐起超過20萬噸的橋梁上部結構,就必須讓樁基更深、更長和更強。”解衛江說,大橋共有樁基447根,最大直徑2米,最深達86米,樁底距離水上作業平臺99米,為黃河中上游地區最深(長)樁基。
大橋建設的另一特點則是“深”,指圍堰內吸泥深度。據了解,大橋主橋的兩個承臺圍堰內吸泥深度13米,為黃河庫區水頭差最大、入泥最深的埋置式承臺。這個圍堰就像一個巨大的鋼盒子,將水阻擋在外面,一舉攻克了大水頭下的深埋式大體積承臺的施工難題,也是工人內部安全作業的根本保障。
借力科技 智造品質安全
運寶黃河大橋地處游蕩性河道,地質構造復雜。2015年以來,主河槽移位逾300米、沖刷深度近8米;夏汛期水流湍急,冬汛期河道全斷面封凍、冰塊密集,對棧橋、圍堰等橋梁基礎施工影響大;橋址處最大瞬時風速達到29米/秒,威力巨大的狂風可輕易折彎鋼筋、震垮模板……這一切,對建設者們都是前所未有的挑戰。
“為打造百年工程,踐行全壽命周期管理理念,建設之初,公司就確立品質工程工作體系,明確以‘魯班獎’和‘詹天佑獎’為創優獎勵,將科技創新工作列為重中之重。”解衛江告訴記者,公司聘請了8位國內知名橋梁專家,成立專家委員會,優選方案,指導施工。監理和施工單位均抽調具有豐富架橋經驗的技術人員,充實科技創新力量。同時,聯合同濟大學、山西省交通規劃勘察設計院等高等院校及科研院所,依托運寶黃河大橋建設,開展《大跨徑波形鋼腹板組合結構部分斜拉橋及連續剛構橋關鍵技術與應用研究》1個大項和6個子課題的科學研究。該課題不僅有效解決了波形鋼腹板組合結構橋梁建設難點,而且為運寶黃河大橋今后的運營和養護提供了技術支撐和保障。目前,該項目已獲得省部級優秀QC成果7項,省級工法7項,專利21項。
2018年6月20日8時零8分,運寶黃河大橋主橋勝利合龍
“雖然歷經波折,但運寶黃河大橋依靠科技創新,強化技術優勢的威力也在建設中完美地體現出來。主橋樁基施工使用大型專用泥砂分離設備,主橋承臺水中基礎施工采用復合鋼板樁圍堰,大體積混凝土及復雜構造部位采用雙摻技術、自密實混凝土及自動化溫控措施;主橋掛籃采用帶動力裝置的少主桁菱形結構,副橋采用‘異部平行法’施工……”誠如解衛江所說,正是這些先進的科技成果和“四新”技術,幫助建設者們順利攻克一個個技術難關,破解了一個個施工難題。
“科技創新是大橋建設的關鍵,而利用‘互聯網+’及科技手段對施工現場進行全面質量檢測評定和指導,則是提升大橋品質安全的重要保障。”解衛江告訴記者,運寶黃河大橋項目伊始,就搭建了安全監控系統,全橋配置16個高清攝像頭實行24小時實時監控,實現全過程安全監管。引入BIM技術,以分項工程為精細化管控對象,實現對復雜結構進行碰撞檢查和關鍵工序施工模擬;對安全措施進行智能分析,實現項目安全的可視化管控。將各分項工程的工藝流程、標準化操作要點、安全風險等技術交底內容及時“裝入”二維碼,實時掃描查看,固化施工工藝,規范班組現場操作,指導現場施工。在掛籃關鍵部位安裝傳感器,實時檢測并掌握掛籃施工狀況,起到預警預防的作用,保證施工安全。創建“平安運寶”微信公眾號,對參建人員進行安全知識宣講和動態考核。對施工現場、場站生產、生活區域、安保消防、應急救援、危險品管理等領域存在的安全風險進行識別、處置,豐富施工安全管理手段,提升施工管理水平。
“運寶黃河大橋作為山西省第一座波形鋼腹板橋,大橋建成后,將會是一座跨越在黃河之上的具有城市標志性特征的橋梁。”解衛江自信地向記者描述大橋未來的景象。
按照規劃,運寶黃河大橋建成后,將打通晉西南和豫西北出境公路通道的“斷頭”,極大緩解過境交通壓力。為進一步優化山西省高速公路網結構,加強山西與中原地區,乃至兩湖兩廣地區的經濟文化交流,起著至關重要的作用。為實現南北對接、東西融合,推動國家“一帶一路”發展戰略,也具有十分重要的積極作用。
本文刊載 / 《橋梁》雜志 2018年 第5期 總第85期
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