“世界第一拱”背后的科技支撐

　　不久前，中國建筑金屬結構協會公布第十五屆“中國鋼結構金獎”（第一批）和“中國鋼結構金獎年度杰出工程大獎”獲獎項目，廣西平南三橋榮獲“中國鋼結構金獎年度杰出工程大獎”殊榮，這是我區首次獲得此項大獎，也是全國首個獲得此項大獎的橋梁類項目。

　　這是新時代10年的偉大變革中，“中國制造”向“中國創造”跨越的生動案例，是建設交通強國偉大戰略實踐的有力彰顯，樹立了世界拱橋發展的又一里程碑。

　　平南三橋坐落于貴港市平南縣，橫跨潯江，于2018年8月7日開工建設，2020年12月28日建成通車。大橋全長1035米，主橋為跨徑575米的中承式鋼管混凝土拱橋，跨徑目前居世界所有類型拱橋第一。該橋由廣西交通投資集團投資建設，中國工程院院士、廣西大學土木建筑工程學院鄭皆連教授提出拱橋方案并主持科技攻關，四川公路院和廣西北投直屬企業承擔設計和施工。

　　科學論證，優選拱橋方案

　　平南三橋的誕生有一段曲折經歷?！叭绻皇青嵔赃B院士堅定的科學執言，‘世界第一拱’極有可能與我們擦肩而過?！编嵔赃B院士團隊成員、廣西大學土木建筑工程學院黨委書記陳正教授說。

　　2017年，根據廣西交通發展規劃，荔浦至玉林高速公路平南北互通連接線要跨越潯江修建平南三橋。初步設計時，根據橋位地形、通航、行洪、地質、環保等要求，經反復論證平南三橋主橋跨度須大于500米?？晒┻x擇的橋型只有斜拉橋、懸索橋和拱橋三種。

　　其中，500米級斜拉橋和懸索橋技術較為成熟，施工風險小，但造價高，且后期維護費用大。相比較而言，拱橋造價低、剛度大、耐久性好且美觀。

　　“橋型的選擇要因地制宜、根據工程需要?！边@是鄭皆連院士一貫的工作態度和準則。

　　然而，平南三橋南岸地基為基巖，北岸覆蓋較厚的卵石層，這種地質條件不符合傳統拱橋的建造要求。但如果采用拱橋方案，不僅可節省投資近9000萬元，每年還可節約維護費100多萬元。

　　有厚覆蓋層、無結實基巖的平緩河道能否建拱橋？這是一個世界難題。

　　對此，鄭皆連院士帶領團隊開展計算分析和原位試驗。經反復論證后，推薦平南三橋北岸橋臺采用“地下連續墻+注水泥漿加固的卵石層”復合基礎，并認為風險可控。

　　在鄭皆連院士及其團隊的努力下，最終促成了平南三橋采用鋼管混凝土拱橋方案。

　　奇思妙想，卵石注漿變廢為寶

　　拱橋方案定了，北岸18—22米的粉質黏土、15—18米厚的卵石層如何處理？

　　解決方案是做個像水桶一樣的圓形地連墻，深入到基巖以下一定深度，將地連墻中的卵石、覆蓋層全部掏出來，然后澆筑混凝土進行填充。

　　鄭皆連院士提出，現在卵石已經有了，注入水泥漿不就自然形成混凝土了嗎？這一設想，不但可以節約2000多萬元費用，還可節省2個月的工期。

　　注漿前，設計院根據理論計算得出橋臺基礎底下的3.5萬立方米卵石層需注漿2萬噸，但實際注漿時只注入了2300噸就灌注不進去了，僅達到理論注漿量的10%左右。這一異常結果甚至讓檢測單位不認可。

　　所幸的是，秉承“科研走在工程前面”的理念，注漿前，鄭皆連院士團隊就在原位取出了6個不同標高卵石，開展注漿模型試驗，根據試驗結果計算出實橋基礎底下卵石注漿僅需耗水泥2400噸，這與實際用量2300噸非常接近。這樣，橋梁參建各方才松了一口氣。

　　截至目前，平南三橋已通車近2年，其間團隊對北岸橋臺基礎20多個測點的沉降進行了長期測試，所有測點的最大沉降也僅為5毫米，為設計限值的1/6。

　　“‘地連墻+卵石層注漿’這項技術具有劃時代的意義，使得拱橋建設從山區延展到平緩的河道，應用范圍將擴展到西江，乃至東盟的湄公河流域?！标愓淌谡f。

　　建設拱橋最難的是成拱之前，大跨徑拱橋多采用纜索吊運、斜拉扣掛懸拼、合龍后松索成拱，平南三橋亦不例外。但傳統工藝存在大型施工臨時結構如吊塔的費用偏高等問題，對此，鄭皆連院士和團隊獨創以力主動控制代替傳統剛度被動控制吊扣塔位移，不但實現了吊扣塔瘦身，塔頂位移也從分米級下降到厘米級。此外，還發明了斜拉扣索一次張拉、一次拆除優化技術，顯著提升了拱桁懸拼速度和質量。

　　多管齊下，攻克脫粘、脫空拱橋頑疾

　　鋼管混凝土拱肋鋼管與管內混凝土間的脫粘、脫空是鋼管混凝土拱橋最常見的病害之一，不僅降低拱肋的耐久性，嚴重時還會威脅結構的安全。

　　平南三橋主拱管內混凝土總方量達7657立方米，且采用C70高強混凝土，在長距離、大高差條件下，要實現單根管958立方米的高標號管內混凝土的一次性連續灌注，并保證早期灌注密實度和后期不脫粘、脫空，給管內混凝土的制備和短長期性能控制帶來了巨大挑戰。

　　對此，團隊在自主發明的真空輔助壓力灌注技術基礎上，又進一步研發了管內混凝土流變性能調控和全過程補償收縮技術，成功制備出C70自密實無收縮管內混凝土，在平南三橋上首次實現了鋼管混凝土拱橋管內混凝土的全齡期無收縮和無脫粘、脫空。

　　“灌注700多天后，團隊在平南三橋觀測到，主管各位置的超聲波速都在4600米/秒以上，說明管內混凝土密實性非常好?！标愓f道。

　　在平南三橋建設過程中，鄭皆連院士團隊先后開展了20余個專項課題研究，榮獲50多項國家發明專利以及多項國家級、自治區級榮譽，實現了多項關鍵技術首創和突破，為進一步探索特大跨徑拱橋建設奠定了堅實基礎。

　　平南三橋建設歷時28個月，提前15個月完工，建設過程中實現了零事故、質量全優良，施工合同價5.73億元，始終未變，每平方米造價僅18152元，低于交通運輸部批準概算。