江陰大橋
1994年11月22日,在江蘇省江陰市與靖江市之間,一座跨徑超千米的特大型鋼箱梁懸索橋動工建設(shè),它就是江陰大橋。全長3000多米,作為國家“九五”重點(diǎn)建設(shè)工程的橋梁于1999年10月建成通車,為當(dāng)時(shí)“中國第一、世界第四”的大鋼箱梁懸索橋,也是國家公路主骨架中同江至三亞國道主干線,以及北京至上海國道主干線的跨江“咽喉”工程。
創(chuàng)造性的架設(shè)手段、突破世界級難題的工程技術(shù)等,使江陰大橋工程獲得了英國建筑協(xié)會2000年度優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)、2001年度江蘇省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2002年度魯班獎(jiǎng)等榮譽(yù)。
早在1991年,江蘇省委托交通部公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院(現(xiàn)中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院)為江陰大橋的主體設(shè)計(jì)單位,江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)和同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院橋梁分院為合作設(shè)計(jì)單位,自1992年聯(lián)合設(shè)計(jì)組在江陰市開展工程可行性研究和設(shè)計(jì)工作。
從環(huán)境條件來看,長江流經(jīng)江陰市的部分,河道穩(wěn)定,河段微微彎曲。在江陰市的西山橋位,西山突出江中,江面最窄為1400米,基巖裸露,巖體呈背斜構(gòu)造,且橋位區(qū)在地質(zhì)上沒有較大的斷裂帶和活動斷裂帶。綜合考慮西山橋位區(qū)的特殊情況及長江水流狀態(tài)等因素,設(shè)計(jì)組結(jié)合施工安全做出判斷,認(rèn)為如果采用跨徑較小的斜拉橋,必須在江中修建深水基礎(chǔ)設(shè)施,而這十分困難。一跨過江的懸索橋,則完全可以杜絕海輪碰撞橋墩等因素,避免修建深水基礎(chǔ)設(shè)施,既能節(jié)約資源,又可以縮短建設(shè)周期。
于是便有了首座跨徑超千米的特大型鋼箱梁懸索橋梁——江陰大橋。
大橋全線建設(shè)總里程為5.176公里,橋長3071米,索塔高197米,兩根主纜直徑為0.87米。懸索橋結(jié)構(gòu)主跨1385米,門式鋼筋混凝土塔柱,柱高193米,中設(shè)橫梁3道。橋面按高速公路標(biāo)準(zhǔn)的雙向6車道設(shè)計(jì),寬33.8米,設(shè)計(jì)行車速度為100公里/小時(shí),此外還設(shè)有中央分隔帶和緊急停車帶,以及在主橋跨江部分的兩側(cè)各設(shè)1.5米寬的人行道。橋下通航凈高為50米,可滿足5萬噸級輪船通航。
橋塔高182.39米,為門式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。南塔位于南岸邊巖石地基上,北塔位于北岸外側(cè)的淺水區(qū),皆為雙柱加3道橫梁的門式框架鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),主要承受由索鞍傳來的豎向荷載以及橫向的風(fēng)載、地震作用。塔柱為雙室箱式結(jié)構(gòu),兩室分別安裝檢修電梯和檢修人梯。
南塔基礎(chǔ)采用直徑30米、長35米的嵌巖鉆孔灌注樁,在樁頂澆筑承臺。樁基和承臺共用混凝土1.15萬平方米。北塔處覆蓋層厚度達(dá)80米,由固結(jié)度較差的飽和松軟土層隨深度加深,逐漸由松軟的亞粘土和粉砂土變?yōu)榫o密含礫石中粗砂。采用的96根直徑兩名的灌注樁組成群樁基礎(chǔ),平均柱長85米?!皩τ陔y度這樣大的群樁基礎(chǔ)施工,我們利用引橋樁基先行進(jìn)行了工藝試驗(yàn),并做了2根試樁確定單樁承載力,使原設(shè)計(jì)的北塔123根樁減為96根,節(jié)省投資,加快了進(jìn)度?!?/p>
在以往的報(bào)道中,江陰大橋的4個(gè)“第一”曾被指出:國內(nèi)第一次在交通重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目中進(jìn)行設(shè)計(jì)招標(biāo),并第一次實(shí)行聯(lián)合設(shè)計(jì);國內(nèi)第一次邀請國際著名工程咨詢單位開展設(shè)計(jì)咨詢及獨(dú)立審核工作;國內(nèi)第一次以利用海外貸款為條件通過國際招標(biāo)選擇承包商;國內(nèi)第一次成立部省建設(shè)協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組,同時(shí)又成立專家顧問組。
其中,考慮到江陰大橋是中國建造的第一座主跨在1000米以上的懸索橋,技術(shù)難度之高在國內(nèi)首屈一指,設(shè)計(jì)難度大,部分工藝達(dá)到世界級水平。于是為了選擇一流的設(shè)計(jì)隊(duì)伍,確保設(shè)計(jì)質(zhì)量,我國不僅改變了以往那種指定某一家單位的習(xí)慣做法,采用公開、公正、公平的招標(biāo),還數(shù)次邀請英國、日本等專家現(xiàn)場指導(dǎo)。
但即便如此,國外眾多建造懸索橋的成功范例經(jīng)驗(yàn)并不能立竿見影,解決江陰大橋面對的難題。由于江陰、靖江當(dāng)?shù)鬲?dú)特的地質(zhì)、水文、氣候條件,設(shè)計(jì)組必須因時(shí)、因地制宜,在一無經(jīng)驗(yàn)可循、二無技術(shù)支撐的情況下,尋找解決辦法,革新建造工藝。
北錨結(jié)構(gòu)是江陰大橋的關(guān)鍵部位之一,北錨沉井的難度系數(shù)同樣可觀。大橋的南北兩個(gè)錨錠要一起“拉住”大橋主纜,主纜拉力為6.4萬噸,而北錨錠處在沖積平原上,地下沉井平面尺寸為69米長、51米寬,面積足有10個(gè)籃球場大,下沉要穿過4層不同土質(zhì),稍有不慎很有可能造成歪斜、扭轉(zhuǎn)等嚴(yán)重問題,其下沉過程長達(dá)20個(gè)月。
在經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)計(jì)考量,將淺埋、中埋擴(kuò)大基礎(chǔ)、群樁基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻多方案進(jìn)行比較,施工人員最終選用尺寸為51米×69米的沉井基礎(chǔ),沉井內(nèi)分36個(gè)隔倉,沉井高度為58米,共分11節(jié)。最下面的一節(jié)高8米,采用帶有尖角刃腳的鋼殼混凝土,以上10節(jié)均為高5米的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。沉井下沉高程為-55.6米,頂部高程為2.4米。為了保證錨體的平衡,在沉井下沉到位后封底,在沉井前面(靠北塔側(cè))3排的18個(gè)倉中注水,第4排和第5排及第6排中間兩個(gè)共14個(gè)倉中填砂,第6排其余4個(gè)倉填充片石并注漿。
江陰大橋的主要承重構(gòu)件,即主纜的架設(shè)是另一大難題,“吊”起總重達(dá)1.8萬噸的鋼橋面和5000噸瀝青路面,還有行車活載,江陰大橋共兩根主纜,共重8400噸,由169根索股組成,每股重50噸。主纜架設(shè)采用預(yù)制平行束股設(shè)法,要把50噸重2200米長的一根索股在空中進(jìn)行架設(shè),從牽引、張拉、成形到調(diào)索,每一個(gè)環(huán)節(jié)都有很多不可預(yù)見的技術(shù)難度,而且屬于高空作業(yè),天氣的影響很大,其架設(shè)難度在國內(nèi)絕無僅有。
除此之外,對于橋面的鋪設(shè)也讓大橋工程建設(shè)一度面臨停滯。在鋼箱梁橋面上鋪設(shè)厚度為5厘米的瀝青混凝土,由于鋼箱梁導(dǎo)熱性強(qiáng),夏天溫度很高,冬天很低,瀝青的特性很難兩面兼顧。而江陰的氣溫條件較西方國家差,在沒有先例可循的情況下,經(jīng)一年多的研究與試驗(yàn),設(shè)計(jì)組終于找出能滿足江陰大橋特定要求的方案,解決了這個(gè)世界級難題。
滿足國家建設(shè)需求,突破重重阻礙,江陰大橋在20世紀(jì)的中國橋梁建造史上留下了深刻印跡,以打破高難度、高水平的建造難題躋身世界橋梁前列。與此同時(shí),其在解決大溫差的鋼箱梁路面鋪設(shè)、北錨沉井等工程問題上,凸顯的創(chuàng)造力也為橋梁建造提供了有效的經(jīng)驗(yàn),給予隨后建成的長江二橋、三橋、潤揚(yáng)大橋、蘇通大橋等世界級橋梁借鑒。