橋樑建設

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改革開放以來，我國社會主義現代化建設和各項事業取得了世人矚目的成就，公路交通的大發展和西部地區的大開發為公路橋樑建設帶來了良好的機遇。十年來，我國大跨徑橋樑的建設進入了一個最輝煌的時期，在中華大地上建設了一大批結構新穎、技術複雜、設計和施工難度大、現代化品位和科技含量高的大跨徑斜拉橋、懸索橋、拱橋、PC連續剛構橋，積累了豐富的橋樑設計和施工經驗，我國公路橋樑建設水平已躋身於國際先進行列。現綜述大跨徑橋樑建設和發展情況。
斜拉橋
斜拉橋作為一種拉索體系，比梁式橋有更大的跨越能力。由於拉索的自錨特性而不需要懸索橋那樣巨大錨碇，加之斜拉橋有良好的力學性能和經濟指標，已成為大跨度橋樑最主要橋型，在跨徑200~800m的範圍內占據著優勢，在跨徑800~1100m特大跨徑橋樑角逐競爭中，斜拉橋將扮演重要角色。
斜拉橋由索塔、主梁、斜拉索組成，選擇不同的結構外形和材料可以組合成多彩多姿、新穎別致的各種形式。索塔型式有A型、倒Y型、H型、獨柱，材料有鋼、混凝土的。主梁有混凝土梁、鋼箱梁、結合梁、混合式梁。斜拉索布置有單索麵、平行雙索麵、斜索麵，拉索材料有熱擠PE防護平行鋼絲索、PE外套防護鋼絞線索。
現代斜拉橋可以追溯到1956年瑞典建成的主跨182.6米斯特倫松德橋。歷經半個世紀，斜拉橋技術得到空前發展，世界已建成主跨200米以上的斜拉橋有200餘座，其中跨徑大於400m有40餘座。尤其20世紀90年代以後在世界上建成的著名的斜拉橋有法國諾曼第斜拉橋（主跨856米），南京長江二橋鋼箱梁斜拉橋（主跨628米）、福建青州閩江結合梁斜拉橋（主跨605米）、挪威斯卡恩聖特混凝土梁斜拉橋（主跨530米），1999年日本建成的世界最大跨度多多羅大橋（主跨890米），是斜拉橋跨徑的一個重大突破，是世界斜拉橋建設史上的一個里程碑。（表一）
表一：世界大跨度斜拉橋
我國自1975年四川雲陽建成第一座主跨為76米的斜拉橋，二十多年過去了，這種在二次大戰後復興的橋型，在中國改革開放的形勢下，得到了充分的發展和推廣，至今已建成各種類型斜拉橋100多座，其中跨徑大於200米的有52座。多年來，我國在斜拉橋設計、施工技術、施工控制、斜拉索的防風、雨振等方面，積累了豐富的經驗。80年代末，我國在總結加拿大安那西斯橋的經驗基礎上，1991年建成了上海南浦大橋（主跨為423米結合梁斜拉橋），開創了我國修建400米以上大跨度斜拉橋的先河，大跨徑斜拉橋如雨後春筍般的發展起來。據統計，我國修 建跨度大於400米的斜拉橋有20座，已建成通車14座，在建6座（表二）。我國已成為擁有斜拉橋最多的國家，在世界10大著名斜拉橋排名榜上，中國有6座，跨度600米以上的斜拉橋世界僅有6座，中國占了4座。
表二：中國主跨400米以上斜拉橋
我國在400米以上大跨徑斜拉橋建設中，創造了自己獨特的風格：
索塔採用混凝土塔、不用鋼塔。最高的混凝土塔為徐浦大橋，塔高210米；
索塔型式多種多樣，有A型、倒Y型、H型、獨柱；
主梁結構類型多種，有鋼箱梁4座、混合式5座、結合梁4座、混凝土梁7座；
斜拉索採用平行鋼絲的有15座、鋼絞線的有3座。
2001年建成的名列世界第三位的南京長江二橋鋼箱梁斜拉橋（主跨628米）和名列世界第五位的福建青州閩江結合梁斜拉橋（主跨605米）均處於世界斜拉橋領先地位。整體來說，我國斜拉橋設計施工水平已邁入國際先進行列，部分成果達到國際領先水平。目前，我國正在籌劃建設的香港昂船洲大橋、江蘇蘇通大橋，其主跨均達到1000米以上，斜拉橋建設技術將要有新的突破。
懸索橋
懸索橋是特大跨徑橋樑的主要型式之一，懸索橋優美的造型和宏偉的規模，人們常將它稱為“橋樑皇后”。當跨徑大於800米，懸索橋方案具有很大的競爭力。我國在90年代以前，雖也修建了60多座懸索橋，但跨徑小，橋面窄，荷載標準低。
懸索橋由主纜、塔架、加勁梁和錨碇四部分組成。大纜以AS法（空中送絲法）或PPWS法（預製束股法）製造，美國、英國、法國、丹麥等國均採用AS法，中國、日本採用PPWS法。塔架型式一般採用門式框架，材料用鋼和混凝土，美國、日本、英國採用鋼塔較多，中國、法國、丹麥、瑞典採用混凝土塔。加勁梁有鋼桁架梁和扁平鋼箱梁，美國、日本等國用鋼桁架梁較多，中國、英國、法國、丹麥用鋼箱梁較多。錨碇有重力式錨碇和隧道錨碇，採用重力式錨碇居多。
現代懸索橋從1883年美國建成布魯克林橋（主跨486米）開始，至今已有120年歷史。上個世紀30年代，相繼建成的美國喬治華盛頓橋（主跨1067米）和舊金山金門大橋（主跨1280米）使懸索橋的跨度超過了1000米。1940年7月美國塔可曼大橋（主跨853米）建成後僅四個月，在19m/s風速作用下突然倒塌，引起各國學者大力研究橋樑風致振動問題；1964年英國塞文橋（主跨988米）首先選用流線型扁平鋼箱梁，增大了橋樑抗風性能和抗扭剛度，且用鋼量少，維護方便，得到推廣；1970年丹麥小海帶橋首次採用箱內空氣乾燥裝置，對鋼箱梁起到了很好的防腐作用；1995年日本神戶大地震，經受大地震考驗的明石海峽大橋成功的抗震設計，使得懸索橋的技術在各方面得到空前的發展。
隨著世界經濟快速發展，尤其從上世紀80年代至世紀末，世界上修建懸索橋到了鼎盛時期，建成跨徑大於1000米以上的懸索橋17座（表三）。在此期間，世界建成的著名懸索橋有60年代前後美國相繼建成的麥基納克橋（主跨1158米）、韋拉扎諾橋（主跨1298米）和80年代英國建成了亨伯橋（主跨1410米）、90年代丹麥建成了大海帶橋（主跨1624米）、瑞典建成了濱海高大橋（主跨1210米）、日本建成了南備贊瀨戶大橋（主跨1100米，公鐵兩用）。可喜的是，在這期間我國相繼建成了名列世界第四、第五位的江陰長江大橋（主跨1385米）和香港青馬大橋（主跨1377米，公鐵兩用）。日本於1998年建成了世界最大跨度的明石海峽大橋（主跨1991米），將懸索橋跨徑從30年代的1000米，歷經70年，跨徑達到近2000米，這又是一個重大突破，是世界懸索橋建設史上的又一座豐碑。
表三：世界超過1000m跨度懸索橋
我國在懸索橋建設方面猶如異軍突起，1995年在國內率先建成了汕頭海灣大橋（主跨452米），在近五年內，相繼建成西陵長江大橋（主跨900米）、虎門大橋（主跨888米）、宜昌長江大橋（主跨960米）以及名列世界第四位的江陰長江大橋（主跨1385米），名列世界第五位，（公鐵兩用橋名列第一位），香港青馬大橋（主跨1377米）等11座大跨度懸索橋，（表四）。多年來，我們積累了豐富的懸索橋設計與施工經驗，正滿懷信心建設潤揚長江大橋（主跨1490米），我國懸索橋設計和施工水平已邁入國際先進水平行列。目前，我國正在規劃建設青島海灣大橋（主跨1652米）、瓊州海峽大橋（主跨1600米）和香港青龍大橋（主跨1418米）等大跨徑懸索橋。
表四：中國主跨450m以上懸索橋
PC連續剛構橋
PC連續剛構橋比PC連續梁橋和PCT型剛構橋有更大的跨越能力。近年來，各國修建PC連續剛構橋很多，隨著世界經濟發展，PC連續剛構橋將得到更快發展。1998年挪威建成了世界第一stolma橋（主跨301米）和世界第二拉夫特橋（主跨298米），將PC連續剛構橋跨徑發展到頂點。我國於1988年建成的廣東洛溪大橋（主跨180米），開創了我國修建大跨徑PC連續剛構橋的先例，十多年來，PC梁橋在全國範圍內已建成跨徑大於120米的有74座。世界已建成跨度大於240米PC梁橋17座，中國占7座，其中西部地區占5座（表五）。1997年建成的虎門大橋副航道橋（主跨270米）為當時PC連續剛構世界第一。近幾年相繼建成了瀘州長江二橋（主跨252米）、重慶黃花園大橋（主跨250米）、黃石長江大橋（主跨245米）、重慶高家花園橋（主跨240米）、貴州六廣河大橋（主跨240米），近期還將建成一大批大跨徑PC連續剛構橋。我國大跨徑PC連續剛構橋型和PC梁橋型的建橋技術，已居世界領先水平。
表五：世界大跨度預應力混凝土梁橋
拱橋
石拱橋—石拱橋是我國歷史悠久的源遠流長的一種技術。最近又有新的突破，2001年建成的山西晉城晉焦高速公路丹河大橋，跨徑146米，是世界最大跨度的石拱橋。
混凝土拱橋—混凝土拱橋分箱形拱、肋拱、桁架拱。我國採用纜索吊裝架設法施工的最大跨度是1979年建成的四川宜賓馬鳴溪大橋（主跨150米），採用拱架法施工的最大跨度是1982年建成的四川攀枝花市寶鼎大橋（主跨170米），採用支架法施工的最大跨度是河南許溝大橋（主跨220米），採用轉體法施工的最大跨度是1990年建成的重慶涪陵烏江大橋（主跨200米）。在這個時期，國外混凝土拱橋最大跨度已達390米（前南斯拉夫克爾克橋，1980年建成）。此時，我國與國外差距最少10年。1990年宜賓南門金沙江大橋在國內首先採用勁性骨架，建成了主跨240米中承式鋼骨混凝土拱橋，接著廣西邕寧邕江大橋改進了工藝（鋼骨採用鋼管混凝土）使這種施工方法又跨上了一個新台階，於1996年建成了主跨312米中承式鋼骨混凝土拱橋、1997年建成的重慶萬州長江大橋（主跨420米），為世界最大跨度的混凝土拱橋。與此同時，貴州江界河大橋建成了世界最大跨度的混凝土桁架拱橋（主跨330米）。據統計，世界上已建成跨徑超過240米混凝土拱橋15座，中國占4座，而跨徑大於300米的混凝土拱橋，世界上僅有5座，中國占3座，其中西部地區占2座（表六）。我國大跨度混凝土拱橋的建設技術，居國際領先水平。
表六：世界大跨徑鋼筋混凝土拱橋
鋼管混凝土拱橋—鋼管混凝土是一種鋼-混凝土複合材料，具有高強、支架、模板三大作用，自架設能力強，較好地解決了大跨徑拱橋經濟、省料、安裝方便，後期承載能力高的問題。該橋型我國近年來發展很快，自90年代以來，我國建成跨徑大於120米鋼管混凝土拱橋40多座，建成跨徑大於200米的13座，（表七），最大跨徑為2000年建成的廣州ㄚ髻沙珠江大橋（主跨360米）中承式鋼管混凝土拱橋，為世界第一鋼管混凝土拱橋。相繼建成的還有武漢江漢三橋（主跨280米）、廣西三岸邕江大橋（主跨270米）等多座鋼管混凝土拱橋。
表七：中國大跨徑鋼管混凝土拱橋
目前正在建設的巫山長江大橋（主跨460米），這將又是一座創世界紀錄特大跨徑鋼管混凝土拱橋。
鋼拱橋—世界最大跨徑鋼拱橋是1997年建成的美國新河橋（主跨518.2米）上承式鋼桁架拱橋；名列第二是1931年建成的美國貝爾橋（主跨504米）中承式鋼桁架拱橋；名列第三是1932年建成的澳大利亞悉尼港橋（主跨503米，公鐵兩用）中承式鋼桁架拱橋。我國大跨徑鋼拱橋修建較少，最大跨徑的鋼拱橋是四川攀枝花3002橋（主跨180米）（表八）。
表八：世界大跨度鋼拱橋
上海最近動工建設的蘆浦大橋（主跨550米）中承式鋼箱拱橋，建成後比世界第一的美國新河橋還長31.8米，將奪冠世界第一鋼拱橋。
21世紀世界橋樑的發展趨向
綜觀大跨徑橋樑的發展趨勢，可以看到世界橋樑建設必將迎來更大規模的建設高潮。
就中國來說，國道主幹線同江至三亞就有5個跨海工程，渤海灣跨海工程、長江口跨海工程、杭州灣跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程，以及瓊州海峽工程。其中難度最大的有渤海灣跨海工程，海峽寬57公里，建成後將成為世界上最長的橋樑；瓊州海峽跨海工程，海峽寬20公里，水深40米，海床以下130米深未見基岩，常年受到颱風、海浪頻繁襲擊。此外，還有舟山大陸連島工程、青島至黃島、以及長江、珠江、黃河等眾多的橋樑工程。
在世界上，正在建設的著名大橋有土耳其伊茲米特海灣大橋（懸索橋，主跨1668米）；希臘裏海安蒂雷翁橋（多跨斜拉橋，主跨286+3×560+286米），已獲批准修建的義大利與西西里島之間墨西拿海峽大橋，主跨3300米懸索橋，其使用壽命均按200年標準設計，主塔高376米，橋面寬60米，主纜直徑1.24米，估計造價45億美元；在西班牙與摩洛哥之間，跨直布羅陀海峽橋也提出了一個修建大跨度懸索橋，其中包含2個5000米的連續中跨及2個2000米的邊跨，基礎深度約300米。另一個方案是修建三跨3100米+8400米+4700米的巨型斜拉橋，基礎深約300米，較高的一個塔高達1250米，較低的一個塔高達850米。這個方案需要高級複合材料才能修建，而不是當今橋樑用的鋼和混凝土。
橋樑技術的發展方向
1.大跨度橋樑向更長、更大、更柔的方向發展
研究大跨度橋樑在氣動、地震和行車動力作用下，結構的安全和穩定性，將截面做成適應氣動要求的各種流線型加勁梁，增大特大跨度橋樑的剛度；
採用以斜纜為主的空間網狀承重體系；
採用懸索加斜拉的混合體系；
採用輕型而剛度大的複合材料做加勁梁，採用自重輕、強度高的碳纖維材料做主纜。
2.新材料的開發和套用
新材料應具有高強、高彈模、輕質的特點，研究超高強矽煙和聚合物混凝土、高強雙相鋼絲鋼纖維增強混凝土、纖維塑膠等一系列材料取代目前橋樑用的鋼和混凝土。
3.在設計階段採用高度發展的計算機輔助手段，進行有效的快速最佳化和仿真分析，運用智慧型化製造系統在工廠生產部件，利用GPS和遙控技術控制橋樑施工。
4.大型深水基礎工程
目前世界橋樑基礎尚未超過100米深海基礎工程，下一步需進行100~300米深海基礎的實踐。
5.橋樑建成交付使用後，將通過自動監測和管理系統保證橋樑的安全和正常運行，一旦發生故障或損傷，將自動報告損傷部位和養護對策。
6.重視橋樑美學及環境保護
橋樑是人類最傑出的建築之一，聞名遐爾的美國舊金山金門大橋、澳大利亞悉尼港橋、英國倫敦橋、日本明石海峽大橋、中國上海楊浦大橋、南京長江二橋、香港青馬大橋，這些著名大橋都是一件件寶貴的空間藝術品，成為陸地、江河、海洋和天空的景觀，成為城市標誌性建築。宏偉壯觀的澳大利亞悉尼港橋與現代化別具一格的悉尼歌劇院融為一體，成為今日悉尼的象徵。因此，21世紀的橋樑結構必將更加重視建築藝術造型，重視橋樑美學和景觀設計，重視環境保護，達到人文景觀同環境景觀的完美結合。
在20世紀橋樑工程大發展的基礎上，描繪21世紀的宏偉藍圖，橋樑建設技術將有更大、更新的發展。