我国特大型桥梁的技术创新

穆祥纯

（北京市市政工程设计研究院有限公司，北京市 100082）

我国特大型桥梁的技术创新

穆祥纯

（北京市市政工程设计研究院有限公司，北京市 100082）

系统地介绍了进入21世纪以来我国相继建成的6座特大型桥梁工程的技术创新情况。通过对典型桥梁工程技术创新的逐一剖析，力图为国内同行们提供有借鉴意义的资料和相关启示，以期推动我国向世界桥梁强国的目标迈进。

特大型桥梁；技术创新；典型桥梁

0　引言

近三十多年来,随着我国综合国力的增强，我国现代桥梁建设也取得了长足发展，遵循“解放思想、自主建设、博采众长、自主创新”的建桥理念,走过了从依赖外援到自主创新的历程。随着经济的快速发展,我国桥梁建设领域从材料、机械到设备工艺得到了空前发展，已跻身于世界桥梁建设大国的行列,取得了令世人瞩目的成就。

我国特大型桥梁的建造主要以悬索桥、斜拉桥及拱桥为主，现代特大型桥梁以悬索桥和斜拉桥为代表。20世纪80年代末，我国突破性地建成了南浦大桥和杨浦大桥，这标志着我国在现代桥梁的建造上已达到世界级水平，奠定了我国桥梁建设飞跃发展的基础。拱桥作为我国独特的传统代表性桥梁，其设计也充满着艺术的魅力，譬如上海卢浦大桥。

1999年江苏江阴长江大桥建成并投入使用，它是我国第一座超1 000 m的悬索桥;2009年重庆朝天门大桥建成通车，其主跨长达552 m，成为世界第一大拱桥；2008年建成启用的杭州湾大桥是我国最长、世界第三长的跨海大桥。这些足以表明我国的桥梁建设水平已达到了相当的高度。

随着近期云南龙山大桥、港珠澳大桥的建成，我国特大型桥梁工程又谱写了新的篇章。但同时我们也应当认识到，我们也存在着诸多问题，譬如为了赶进度、赶工期或者单纯追求国内第一和世界第一，搞所谓的形象工程，确实存在着设计考虑不周，设计创造极限化（主要是盲目追求跨径上的突破）的问题，而其设计的桥梁没有特色和创意。因此应高度关注桥梁建设的经济性、创新性和耐久性，统筹协调和处理这三者之间的辩证关系。

1　典型桥梁工程的技术创新

1.1浙江杭州湾大桥

杭州湾跨海大桥（见图1）是一座横跨中国杭州湾的跨海大桥，北起浙江省嘉兴市海盐郑家埭，南至宁波市慈溪水路湾。杭州湾跨海大桥是继上海浦东东海大桥之后又一座跨海跨江大桥，从宁波到上海均可经过此桥。该桥全长36 km，于2003 年11月14日开工，2008年5月1日通车，仅次于青岛胶州湾大桥，成为世界第二的跨海大桥。

图1　杭州湾跨海大桥

该大桥设北、南两个航道，其中北航道桥为主跨448 m的钻石形双塔双索面钢箱梁斜拉桥，通航标准35 000 t；南航道桥为主跨318 m的A形独塔双索面钢箱梁斜拉桥，通航标准3 000 t。其余引桥采用30～80 m不等的预应力混凝土连续箱梁结构。据核定，大桥共需要钢材76.7万t，水泥129.1万t，石油沥青1.16万t，木材1.91万m3，混凝土240万m3，各类桩基7 000余根，为国内特大型桥梁之最。南滩涂50 m×16 m箱梁采用整孔预制，大型平板车梁上运梁的工艺开创了国内外重型梁运架的新纪录。

杭州湾跨海大桥的主要创新点：

一是大桥全长36 km，其长度在2012年世界上在建和已建的跨海大桥中位居第二，仅次于青岛海湾大桥（36.48 km）。

二是杭州湾跨海大桥地处强腐蚀海洋环境，为确保大桥寿命，在国内第一次明确提出了设计使用寿命不小于100 a的耐久性要求。

三是杭州湾跨海大桥50 m箱梁“梁上运架设”技术，架设运输重量从900 t提高到1 430 t，刷新了2012年世界上同类技术、同类地形地貌桥梁建设“梁上运架设”的新纪录。

四是大桥深海区上部结构采用70 m预应力混凝土箱梁整体预制和海上运架技术，为解决大型混凝土箱梁早期开裂的工程难题，开创性地提出并实施了“二次张拉技术”，彻底解决了这一工程“顽疾”。

五是大桥钢管桩的最大直径为1.6 m，单桩最大长度89 m，最大重量74 t，为国内外大直径超长整桩螺旋桥梁钢管桩之最。

六是大桥南岸10 km滩涂底下蕴藏着大量的浅层沼气，对施工安全构成严重威胁。在滩涂区的钻孔灌注桩施工中，开创性地采用有控制放气的安全施工工艺。

七是杭州湾跨海大桥的奠基碑是中国第一座青铜奠基碑，其高100 cm，厚25 cm，重500 kg，由铸、锻、刻等多种工艺制作而成，是传统艺术和现代技术融合的结晶[1]。

1.2上海东海大桥

东海大桥工程（见图2）是上海国际航运中心洋山深水港区一期工程的重要配套工程，为洋山深水港区集装箱陆路集疏运和供水、供电、通讯等需求提供服务。东海大桥全线可分为约2.3 km的陆上段，海堤至大乌龟岛之间约25.5 km的海上段，大乌龟至小洋山岛之间约3.5 km的港桥连接段，总长约为31 km。设计车速80 km/h。东海大桥主航道桥为主跨420 m五跨连续的双塔中央索面斜拉桥.主梁为在大跨径斜拉桥上首次采用的钢-混箱形结合梁。

图2　上海东海大桥

东海大桥工程2002年6月26日正式开工建设，历经35个月的艰苦施工，于2005年5月25日实现结构贯通。大桥宽31.5 m，分上、下行双幅桥面，双向6车道，设计时速80 km/h。大桥全线按高速公路标准设计，设计基准期为100 a。大桥的最大主航通孔离海面净高达40 m，相当于10层楼高，可满足万吨级货轮的通航要求。

上海东海大桥主要的创新之处[2]：

一是159 m高的两座大跨度海上斜拉桥主塔在国内属最高；

二是位于颗珠山岛和大乌龟岛之间的深海大堤绵延1.22 km，也是国内的突破和创新；

三是建设速度,在风高浪急的外海，运用高效、科学的施工技术，仅用3年实现大桥贯通。

四是东海大桥工程的开工建设,标志着我国桥梁建设真正从江河跨向海洋,进入了一个全新的未知领域,体现了中国桥梁建设者的胆略和水平。

五是在设计施工的技术方案上进行了创新，即在施工所用的成套设备上进行了诸多创新。

六是在海上施工安全措施上进行了20多项科研试验,获得了40多项技术专利成果,部分已经在国内其他跨海大桥工程中得以推广应用。

1.3上海长江大桥

上海长江大桥（见图3）是一座位于长兴岛与崇明岛之间的长江大桥。大桥南部起于隧道长兴岛登陆点，沿地面横穿长兴岛，北至崇明岛陈家镇，全长16.65 km，其中道路6.68 km，桥梁9.97 km。大桥设计为双向6车道，初步设计桥面两侧加宽紧急带预留给轨道交通线路，大桥也是崇明越江通道（即上海长江隧桥）南隧北桥的重要组成部分，大桥建成于2009年10月底。

图3　上海长江大桥

上海长江大桥的创新技术主要展现在：

一是主航道桥主跨730 m世界最大跨度的公轨两用斜拉桥，采用了新型分离式钢箱梁；主跨730 m的斜拉桥是目前世界上最大跨度的公轨合建桥梁。通过研究，不仅为解决公轨合建大跨度斜拉桥的关键技术提供了基础理论和技术支撑，而且对突破超过千米级斜拉桥的技术控制、发展具有我国自主知识产权的桥梁核心技术具有重要意义。同时，丰富发展了我国桥梁设计理论与方法，填补了相关设计技术标准空白。

二是主航道桥两侧高墩区各有700 m桥梁采用主跨105 m的大跨度连续组合箱梁桥，在国内属于首次大规模应用，采用的整孔预制吊装方案也属于新的工程实践。

三是制定了大跨度桥梁和各类长联桥梁列车行车安全和技术标准。10余项专题研究中的3项，经过鉴定达到了国际先进水平，部分达到国际领先水平。

四是公轨合建桥梁技术。通过大量研究分析，提出了公轨合建桥梁的设计方法与技术标准，推动了相关学科的发展，形成了新理论与新方法，突破了公轨合建桥梁关键技术，形成了系列新技术。

五是大跨度连续组合箱梁桥技术。我国面向未来的桥梁建设需要解决桥梁结构可靠性与耐久性等方面的挑战。经比选，上海长江大桥采用了主跨105 m等高度钢与混凝土组合结构连续箱梁，两联总长1 400 m。其研究成果为实现百米级组合结构桥梁造价低于预应力混凝土桥梁、技术经济指标达到国际先进水平提供了理论基础与技术支撑。

六是全预制拼装桥梁技术。为了适应长江大桥自然条件与建设条件，桥梁的上下部结构大量采用了钢筋混凝土和预应力混凝土结构。混凝土与预应力混凝土结构采用预制拼装，对于实现高质量、快速施工和降低造价具有重要意义。通过研究，提出了预制、养护、运输、安装工艺要求，解决了预制构件的连接构造在可靠性、安全性、耐久性等方面的技术难点，在国内同类桥梁建设中起到了科技示范作用。

七是防灾减灾技术。针对桥梁基础防船撞、结构抗风、结构抗震、结构耐久性和桥梁健康监测等方面开展了一系列研究，全面提升了重大桥梁工程的防灾减灾能力，保证了生命线工程的安全和健康运营，具有重要的工程实用价值和社会意义。

1.4港珠澳大桥

港珠澳大桥（见图4）是一座连接香港、珠海和澳门的巨大桥梁，对促进香港、澳门和珠江三角洲西岸地区经济进一步发展具重要的战略意义。港珠澳大桥全长为49.968 km，主体工程“海中桥隧”长35.578 km，设计时速为100 km/h。港珠澳大桥主体建造工程于2009年12月15日开工建设，一期计划于2017年年底完成，大桥投资超1 000亿元，约需8年建成。2016年3月30日随着最后一片重达1 950 t钢箱梁的成功吊装，港珠澳大桥主体工程非通航孔桥箱梁吊装全部完成。

图4　港珠澳大桥

港珠澳大桥全长55 km，是在建的世界上最长的跨海大桥。港珠澳大桥主体工程包括约23 km的桥梁、东西人工岛和6.7 km的海底隧道。其中主体工程“海中桥隧”长达35.578 km，相当于9座深圳湾公路大桥，造价超过720亿元，建成后将成为世界最长的跨海大桥[3]。

港珠澳大桥的主要创新点展现在：

一是这座大桥将成为世界最长的跨海大桥。

二是作为中国建设史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海桥梁项目，其建成对香港、澳门、珠海三地经济社会一体化意义深远。

三是大桥在建设中破解了一系列的世界性桥梁难题，为今后建造新的典型桥梁工程积累了十分难得建桥经验。

四是针对外海厚软基大回淤超长沉管隧道设计与施工关键技术进行研究，形成了“外海厚软基大回淤超长沉管隧道基础沉降控制技术研究”、“多点非一致地震激励下超长沉管隧道设计方法与振动台试验模拟技术研究”和“沉管隧道节段接头构造型式研究及高水压120年设计使用寿命止水带研发”等成果。

1.5江苏润扬大桥

润扬长江大桥（见图5）位于江苏省镇江、扬州两市西侧，是当时国内工程规模最大、建设标准最高、投资最大、技术最复杂、技术含量最高的现代化特大型桥梁工程，是中国第一座刚柔相济的组合型桥梁，大桥建成于2005年4月。

该桥主跨径1 385 m，比江阴长江大桥长105 m。大桥建设创造了多项国内第一，综合体现了时下国内公路桥梁建设的最高水平。润扬长江大桥的国内第一有：大桥南汊悬索桥主跨1 490 m，为中国第一世界第三大跨径悬索桥（2009年被浙江舟山西堠门大桥超越，其主跨1 650 m）；悬索桥主塔高227.21 m，为国内第一高塔；悬索桥主缆长2 600 m，为国内第一长缆；大桥钢箱梁总重34 000 t，为国内第一重；钢桥面铺装面积达71 400 m2，为国内第一大面积钢桥面铺装；悬索桥锚碇锚体浇铸混凝土近6万m3，为国内第一大锚碇。

图5　江苏润扬大桥

润扬长江大桥的主要创新之处是[4]：

一是其第一大跨径。润扬长江公路大桥南汊主桥为主跨径长1 490 m的悬索桥,比目前国内第二、世界第五的江阴大桥主跨还要长105 m。

二是其第一特大锚锭。润扬桥北锚锭要承受6.8万t的主缆拉力（超过80万人的总体重）,锚定由近6万方混凝土浇筑而成,其规模之大,为国内第一，世界罕见,被誉为“神州第一锚”。

三是其第一特大深基坑。为了给“神州第一锚”巨大的锚体安个“家”,必须开挖世界罕见的特大深基坑,这个深度相当于建一座17层楼高的地下城堡。

四是其第一高塔。润扬大桥南汊悬索桥索塔高达215.5 m,相当于73层楼的高度,是目前国内桥梁中最高的索塔。

五是其第一长缆。悬索桥主缆缠丝采用的是国内首次使用的“S”型钢丝,所用缠丝总长度近3 200 km,相当于3倍北京至上海的距离,两根主缆每根长2 600 m,为国内第一长缆。

六是其第一重钢箱梁。润扬大桥钢箱梁段总长为1 485.23 m,总重量为21 000 t,最大吊装重量达506 t,是目前国内最重的一节钢箱梁。

七是第一大面积钢桥面铺装。铺装总面积达70 800万m2,近10个标准足球场大小,所用环氧沥青近万吨。

八是其可作为第一座刚柔相济的组合型桥梁。

1.6湖南矮寨大桥

矮寨特大悬索桥（见图6）位于湖南湘西矮寨镇境内，距吉首市区约20 km。该桥跨越矮寨大峡谷，是吉茶高速公路上一座跨越深谷的特大悬索桥。由于桥址风环境复杂，桥型新颖，是中国国家高速公路网主干线包茂高速公路吉首至茶峒段的关键工程。工程计划投入7.2亿元，占吉茶高速公路计划总投资的15%，于2007年10月开工建设。2012 年3月底，创4项世界第一的湖南矮寨特大悬索桥正式通车。

图6　湖南矮寨大桥

湖南矮寨大桥创了多个世界第一：一是大桥主跨1 176 m，跨峡谷悬索桥创世界第一；二是首次采用塔、梁完全分离的结构设计方案，创世界第一；三是首次采用“轨索滑移法”架设钢桁梁，创世界第一；四是首次采用岩锚吊索结构，并用碳纤维作为预应力筋材，创世界第一[5]。

这座大桥的主要创新之处为：

一是避开了不良地质的影响。现场调查、遥感解译和地质勘探均表明，如果采用排碧特长隧道方案，那么其施工和运营期间极有可能引起隧道内大规模高水头涌水（或突泥）、隧道顶地表水源枯竭等环境地质灾害，而悬索桥的方案避开了这些不良地质的影响，选择了岩性变化较小、路堑边坡稳定性较好的地段，地质稳定，无活动断层，有利于特大桥修建。

二是极大地改善公路的安全性能。由于特长隧道方案所处位置特殊的水文、地质条件，其施工安全、运营安全存在极大的隐患；相对而言，悬索桥方案对各种安全隐患的可预测性、易抢救性和可修复性均优于特长隧道方案。隧道内部不设置硬路肩，也无法设置爬坡车道，安全性也打了折扣。

三是减小了对自然环境的影响。若采用排碧特长隧道方案，其施工将产生多达180万m3的废方，沿线高山峡谷，弃渣困难，其需大量占用耕地，在峡谷中大量弃方还可能诱发新的地质灾害；明线方案弃渣量小，且废渣场地可靠，对自然环境影响极小。

四是增强了公路的景观。若采用特长隧道方案在一个狭长的峡谷内反复穿越峒河和湘川公路，对峒河风光带破坏较大；矮寨悬索桥与独特的自然景观相得益彰，为矮寨的旅游盘山公路增添了新的人文景观；悬索桥方案从风景区旁通过，充分结合地形设置了多处观景平台，增加了公路景观。

五是提高了社会服务能力。特长隧道方案技术指标低，局部无法满足80 km/h的设计速度要求，安全隐患多，服务水平低；悬索桥方案平纵面指标均衡，与地形条件结合协调，行车相对较舒适；悬索桥方案在排碧台地增设矮寨互通，有力带动周边乡镇的经济发展。

六是降低了全寿命周期成本。悬索桥方案较特长隧道方案每年可节约运营成本约1亿元，同时每年节约管理养护费约5 000万元；特长隧道方案沿国道展线，施工工期对国道正常运行和地方群众出行干扰大；悬索桥方案路线长度缩短约11 km，节约了工程投资，提高了运行效益。更值一提的是，一桥飞架矮寨公路奇观，显示出磅礴的气势，并与独特的自然景观相辉映，为矮寨的旅游盘山公路增添新的人文景观，进一部提升矮寨的旅游价值。

2　结　语

党中央为我们描绘了实现“两个百年”的宏伟蓝图。21世纪下一个时期，祖国各地将建造更加辉煌、令人瞩目的世界级桥梁工程。应认真总结以往建桥的经验和教训，从特大型桥梁作为生命线工程最重要组成部分的高度来认识，充分认识桥梁工程的安全性、创新性和耐久性的极端重要性。

要继续加强与国际同行的交流，积极关注国际上该领域的发展趋势，及时了解和搜集国外的最新科研成果，促进国内外的学术交流，大力促进我国城市桥梁防灾减灾方面的技术进步，推动我国城市桥梁建设的可持续发展，大力促进我国桥梁工程的技术进步，早日成为世界桥梁强国。

[1]穆祥纯.基于创新理念的城市桥梁及市政建设[M].北京:人民交通出版社，2012.

[2]穆祥纯.中外城市桥梁[M].北京:人民交通出版社，2015.

[3]穆祥纯.古今中外城市[M].北京:人民交通出版社，2016.

[4]穆祥纯.世界上奇妙的桥梁[M].北京:建筑工业出版社，2016年6月，第211页

[5]中国土木工程学会桥梁及结构工程分会.全国桥梁学术会议论文集[M].北京:人民交通出版社，2011.

U44

B

1009-7716（2016）10-0035-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.012

2016-05-17

穆祥纯（1955-），男，北京市人，教授级高级工程师，原北京市市政工程设计研究总院有限公司副总经理，享受国务院政府特殊津贴专家，长期从事桥梁设计、城市交通研究及技术管理工作。