作家郑皆连肖像画。 张武昌绘
由郑皆连提示建造的安徽黄山太平湖大桥跨径达330米。图为郑皆连在施工现场。
二〇二四年二月，由郑皆连主握联想的广西天峨龙滩特大桥建成通车，其主桥揣测跨径达六百米。
千般拱桥跨径寰宇第一
桥梁是跨越河流、山谷等缺乏的东说念主工构筑物，拱桥所以受压的拱圈算作主要承重结构的桥梁，具有受力合理、超载才智强、刚度大、永远性好等优点，是桥梁最主要的分支。
在古代，由于缺少抗拉性能好的建筑材料，以受压为主的拱桥在所有这个词桥型中竞争上风较着。中国拱桥建造历史悠久，公元605年建成跨径37.02米的赵州桥，在全寰宇领域内初次发明了敞肩拱，削弱了上部结构自尊，改善了拱脚受力，为拱桥增大跨径找到了一条正确旅途。公元1192年建成的卢沟桥为十一孔不等跨结合圆弧石拱桥，曾通过400吨平板车，讲明了拱桥优胜的永远性和超载才智。
在现代，梁桥、斜拉桥和悬索桥等桥型迅猛发展，在一定进程上挤占了拱桥的应用空间。在此布景下，力学性能优良的拱桥要得回握续发展，必须要不休两大问题：其一，控制施工风险；其二，控制拱肋安装费。
50多年来，笔者团队围绕这两个难题进行了刻苦攻关和大都履行，取得了系列效果。1968年，笔者提议了斜拉扣挂松索合拢架设拱肋的步地，在国表里初次达成了建拱桥不搭支架，相宜跨径100米内拱肋悬拼，且不错大幅控制施工用度。上世纪七八十年代，广西采选该步地建成40余座跨径100米驾御的预制悬拼钢筋混凝土箱型拱桥，单元造价与跨径30米的预应力混凝土简支梁桥握平。
1994年，在成立那时寰宇最大跨径中承式混凝土肋拱桥——广西邕宁邕江桥时，笔者提议了斜拉扣挂合拢后松索法，在静态中完成拱桁节段从吊挂结构向拱的体系退换，大大普及了节段悬拼经过的安全性，使悬拼拱桥跨径普及到500米成为可能。在此时辰，1977年，中国工程师张联燕提议了拱桥转体施工工法，为拱桥无支架施工又提供了新门道。2008年，中国工程师用斜拉索、挂篮悬浇工法初次建成了西登攀速跨径150米钢筋混凝土北沙沟拱桥。上述无支架施工步地的创立，使中国拱桥成立完成了从传统向现代的跨越，在中国拱桥成立史上具有划期间酷爱。由于拱桥事故多数由支架变形和坍塌导致的，拱桥无支架施工大大控制了施工风险。
无支架施工技巧的发展再加上材料、装备的跨越，使中国拱桥建造数目飞速加多，跨径得回要紧冲突。额外是最近30年，伴跟着大都成立高速公路、高速铁路带来的需求，中国建成了一系列寰宇最大跨径拱桥，其中有跨径146米的山西丹河石拱桥，跨径550米的上海卢浦钢箱拱桥，跨径552米的重庆朝天门钢桁拱桥，跨径445米的沪昆高铁北盘江混凝土拱桥，跨径430米的拉林铁路藏木钢管混凝土拱桥，跨径560米的广西平南钢管混凝土拱桥，跨径600米的广西天峨龙滩混凝土拱桥。这些记号着中国千般拱桥跨径均列寰宇第一，踏进桥梁强国之列。
两类拱桥发展最快
最近30年，中国拱桥发展最快的分支有两个：钢管混凝土拱桥和混凝土拱桥。
钢管混凝土拱桥所以钢管混凝土为拱圈主要受力构件的拱桥，发祥于苏联。该国于1937年和1939年各建成一座，但施工步地是在预制场将钢管分段能干混凝土，在满堂支架上组装成拱，未能弘扬钢管混凝土拱桥的结构上风、施工上风，从而丧失了经济上风，甚至在尔后的80余年间，寰宇再莫得用此法成立新的该类拱桥。运道的是，由于具有风雅的技巧储备和浩大的工程需求，从上世纪90年代起，钢管混凝土拱桥在中国大放异彩。中国工程师运用我方开辟的斜拉扣挂和转体技巧架设钢管拱桁，用我方研发的真空扶植多级压力结合泵送技巧能干延迟与收缩可限制的管内混凝土，普及了钢管混凝土拱桥质料，控制了造价，镌汰了工期，增强了竞争力。30年来，中国建成了钢管混凝土拱桥近500座，其中跨径大于300米的22座，最大跨径达560米。履行讲明，钢管混凝土拱桥从跨径100米至近600米均有较大竞争力。与之比拟，海外建成的钢管混凝土拱桥最大跨径仅240米。
混凝土拱桥刚度大、永远性好、结构材料用度低，但拱肋质料是同跨径斜拉桥、悬索桥加劲梁质料的5-10倍，且架设全靠大型临时步伐，施工风险大，用度高。对此，1898年，奥地利工程师约瑟夫·米兰发明了施工混凝土拱肋的劲性骨架法，即先架设质料约为拱肋质料1/10的钢拱骨架，然后在其上挂模浇筑拱肋混凝土，促进了寰宇领域内混凝土拱桥的发展。
中国工程师对推进劲性骨架混凝土拱桥建造技巧跨越，作出了多方面难熬孝敬，包括用钢管混凝土拱桁代替钢拱桁作劲性骨架，用钢量控制50%；开辟了分环、多职责面浇筑外包混凝土和斜拉索调载技巧，能灵验地限制拱肋施工时程应力及控制永存应力；从而大幅普及了混凝土拱桥的安全性、经济性，推进其高速发展。罢休2024年，全寰宇跨径大于200米的混凝土拱桥有67座，其中劲性骨架混凝土拱桥20座，挂篮悬浇31座；跨径大于300米有20座，其中劲性骨架混凝土拱桥11座，挂篮悬浇5座；跨径大于400米有5座，全是劲性骨架混凝土拱桥；且所有这个词11座跨径大于300米的劲性骨架混凝土拱桥都在中国，最大跨径达600米。而130年来，海外建成劲性骨架混凝土拱桥最大跨径260米。
两座拱桥接连刷新寰宇记录
近6年来，笔者主握建成了跨径排行寰宇第一、第二的拱桥，即天峨龙滩大桥、平南三桥，被公以为是这两种桥型的了得代表。
广西平南三桥，是一座跨越浔江的钢管混凝土拱桥，揣测跨径560米，其成立不仅要奏效不休超大跨径难题，并且还必须克服北岸桥台建在卵石层上、南岸桥台建在基岩上导致的浩大困难。为此，笔者指挥团队优化联想，使北台基础险些处于中心受压，边际最大应力降到800千帕内。
经对6个卵石注浆模子实验及3块承载板原位加载实验判断，北岸桥台采选“地下结合墙+注水泥浆加固的卵石层”复合基础能蓬勃应力和变形需求，大桥建成后北台在160万千牛恒载重压下、20万千牛水平力作用下，20个月的卵石地基千里降仅为5.2毫米，桥台水平位移3.5毫米，全都蓬勃联想条目。平南三桥的建成，为在非岩地区建造大跨径推力拱桥提供了一个奏效法度，扩大了推力拱桥适用领域。
建造经过中，平南三桥达成了上部结构大型化、安设化、工场化施工，工场化率达85%；研制了大流动性、自密实、延迟收缩可联想的混凝土材料，使管内C70混凝土能干密实与钢管联结紧密，715天龄期弦管混凝土超声波速保握在5000米/秒驾御，标明管内混凝土不仅没脱粘，还对钢管壁保握一定的压力，冲突了缺乏钢管混凝土拱桥发展最难熬的质料瓶颈；草创以力主动限制步地代替传统刚度被迫限制步地限制吊扣塔位移，不但达成了吊扣塔大幅瘦身，拱桁节段吊运经过中变成的塔顶位移从分米级下跌到厘米级。值得一提的是，该技巧还应用于寰宇上最大跨径连拱桥渝湘复线高速公路双堡特大桥，奏效不休了其中间扣塔由于两跨拱桁不同步悬拼引起扣索力进出4000千牛导致的偏位问题，大大减小了中间扣塔受力；发明斜拉扣索一次张拉不调索、每组扣索一次灭亡工法，加速了拱桁悬拼速率和质料，从简了用度。平南三桥成立时辰，零安全事故，质料全优，工期28个月，逐日常米造价仅为18152元。中国工程院外籍院士邓文中指出，平南三桥建造技巧代表钢管混凝土拱桥最高水平。
天峨龙滩大桥位于广西天峨县境内，跨越龙滩水库库区，水面宽约600米，水深160米，经初步联想比较，混凝土拱桥有盘算较斜拉桥建安费少1.25亿，100年钦慕费少4.7亿而胜出。
大桥全长2488.55米，桥宽24.5米，其中主桥为揣测跨径600米上承式混凝土双肋拱桥，矢高125米。拱肋采选等宽变高的混凝土箱型截面，拱脚、拱顶箱高别离为12米、8米，宽度均为6.5米；横向平行成立两肋，肋间净距10米，成立13说念钢筋混凝土箱型横联；拱肋及横联均采选C60混凝土。采使劲性骨架法施工。
拱肋外包混凝土竖向分为底板、腹板、顶板三环，每环分8个职责面临称浇筑，每次由8台压力泵践诺混凝土泵送，同步浇筑4个职责面，36次完成拱肋外包混凝土浇筑，浇筑经过中，拱桁挠度、应力不雅测值与按线弹性雷同揣测值吻合，最大差值别离为2%、9%。
天峨龙滩特大桥主孔将寰宇混凝土拱桥跨径寰宇记录一次性普及155米，比海外最大跨径混凝土拱桥大210米，建造风险大。主要风险源是在8150吨劲性拱骨架上分36次浇筑质料7万多吨的2.81万立方米外包混凝土，任何一次浇筑都不允许失败，且时程应力和挠度必须限制在限值之内。
围绕这个风险源，笔者团队不休好了以下技巧难题：一是提议了劲性骨架强盛度的合理聘请准则，既确保了施工时算作拱架的安全又限制了材料用量；二是通过合理分环和科学成立多职责面同期浇筑，兼顾了结构时程应力扼制和现场施工时效，达成了拱肋外包混凝土的安全、快速施工；三是收缩赔偿风雅联想和职责性能调控双管皆下，达成了2.81万立方米拱圈外包混凝土不开裂；四是采选详尽结构优化措施，使跨径600米混凝土拱桥成桥应力水平与已建成的跨径400米级混凝土拱桥握平；五是建立了拱肋纵向配筋优化步地，使纵向配筋减少到原有盘算的1/16。经43个月施工，大桥于2024年2月1日建成通车，达成了零安全事故，质料全优，不超概算。建成后，大桥还罗致了距桥位10千米震中4.4级地震的进修，安心无恙。
进一步扣问发现，平南三桥与天峨龙滩特大桥的实测钢、混凝土应力水平较低，双非线性揣测的拱圈承载才智安全所有这个词较大。因此，初步推断，用现存工法、材料、装备把两类拱桥跨径增大到700米是可行的。2019年、2023年中国工程院和国际桥梁及结构工程协会以这两桥为参不雅对象，在中国南宁召开了两次寰宇大跨径拱桥建造大会，笔者担任大会主席，作东旨讲明，大桥成立配置受到与会国表里众人平庸奖饰，为国度赢得了声誉。
拱桥科创永远在路上
新中国成立75年来，额外是参加新期间以来，中国拱桥成立得回高速发展，到现在为止，寰宇所有这个词类别拱桥按跨径排序前10名中，中国占8位，还囊括了前6位，且领有拱桥联想、施工主要发明专利，是名副其实的寰宇拱桥第一强国。但咱们也必须澄清地封锁到，至2022年底止，中国建成的113万座桥梁中，拱桥仅占16%，远远未达到这种力学性能最优桥型应占比例。此外，中国在结构揣测软件、施工智能化方面与海外还存在差距。
中国闻明航天科学家钱学森在其所著的《工程和工程科学》中指出，工程科学家对工程发展的孝敬即是在确保工程技巧可行前提下，接力作念到东说念主力和财力的从简。笔者团队永远恪守这一原则：拱桥经济占优时，咱们不怕惧冲突寰宇跨径记录；反之咱们毫不盲目追求大跨径。中国拱桥工程师将不绝袭取这一原则，通过扣问与履行，加强国际交流，延续普及拱桥质料，控制造价，不绝为中国拱桥建造技巧造福寰宇而激越。
（作家郑皆连为闻明路桥工程众人、中国工程院院士）
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