9月26日上午，長江江畔，微風漸起。當最后一個節(jié)段穩(wěn)穩(wěn)落至上塔柱，世界最高斜拉橋橋塔——高350米的常泰長江大橋南主塔順利封頂，鉆石造型的橋塔“閃耀”在滾滾長江之中，蔚為壯觀。
常泰長江大橋是世界首座集高速公路、城際鐵路和普通公路于一體的過江通道，主跨1208米的主航道橋為世界最大跨度鋼桁梁斜拉橋。
大橋主塔由基礎和塔身兩部分組成，基礎為臺階型減沖刷減自重沉井，塔身分為下塔柱、中塔柱和上塔柱三部分。橋塔采用的“鋼-混”混合空間鉆石型結(jié)構(gòu)和“鋼箱-核芯混凝土”組合索塔錨固結(jié)構(gòu)均為世界首創(chuàng)，其順利實施標志大橋核心技術(shù)攻關再次取得重大突破。
“鉆石塔”巧奪天工
矗立江邊，遠遠看去，封頂?shù)某Ｌ╅L江大橋主塔一柱擎天。中塔柱和下塔柱分別由4根塔肢組成，遠遠看去，像一顆碩大的鉆石。
“常泰長江大橋南主塔采用‘鋼材-混凝土’混合結(jié)構(gòu)空間鉆石型橋塔設計，這種結(jié)構(gòu)是世界首創(chuàng)?！敝需F大橋勘測設計院橋塔設計負責人張金濤告訴科技日報記者，常規(guī)的橋塔只有兩個塔肢，如果按照兩個塔肢設計的話，單個塔肢截面最長約21米，但想達到相同的承載效果，設計為4個塔肢，單個塔肢截面最長僅需13米。混凝土體積縮小，將大大減少開裂風險。
中鐵大橋勘測設計院常泰長江大橋設計代表張皓清算了一筆賬，相較于兩肢塔方案，四肢塔方案的單肢混凝土用量降低約30%，可有效降低單次澆筑混凝土的干縮及收縮裂紋。
“更重要的是，塔肢多了，就增大了橋塔截面慣性矩，也就提高了塔的整體剛度。比如生活中常見的四條腿梯子肯定比兩條腿的梯子更穩(wěn)固?！睆堭┣逭f。
但是，主塔從“兩條腿”變成“四條腿”，給施工帶來不小難度。
“4個塔肢是按照一定角度和距離固定的，在江面上，溫差、日照、風力都會對塔肢造成影響，而其中一個塔肢變形、錯位，其他塔肢也會受影響。因此，我們在4個塔肢間設置了8道橫撐對頂鎖定結(jié)構(gòu)，施工過程中，將4個塔肢連接成整體，在塔肢與塔柱連接的部位布放了千斤頂以及應力傳感器，如果塔肢被風吹動，千斤頂可以自動調(diào)節(jié)油壓，使得橫撐與塔壁始終保持密貼，確保塔肢線型處于理想可控的狀態(tài)。”張金濤說。
智能造塔機一邊搭積木一邊“保健”
180多米的中塔柱在高空“拔節(jié)生長”，如何監(jiān)測它的“生命體征”是否符合施工標準，是否經(jīng)得起風水日曬？
智能造塔機的研制，堪稱塔柱施工的“保健醫(yī)生”。
中鐵大橋局常泰長江大橋CT-A4標工程部部長李杰告訴科技日報記者，中鐵大橋局項目團隊聯(lián)合企業(yè)開展科研攻關，研發(fā)出新一代智能造塔機。
“我們在造塔機中加入了智能化信息化模塊，可以實現(xiàn)應力預警、環(huán)境識別、智能養(yǎng)護、違章抓拍、工效分析、質(zhì)量后評價六大功能。應力預警可對造塔機安全狀態(tài)實時監(jiān)控，環(huán)境識別對作業(yè)面風速、風向、溫度等環(huán)境狀況進行檢測及預判。”李杰說，如果作業(yè)風速超過8級，造塔機將不再爬升，如果風速持續(xù)增加，作業(yè)人員就要緊急撤離至塔肢內(nèi)腔設置的安全區(qū)避風。
同時，造塔機還會對塔柱一邊建造一邊養(yǎng)護，李杰介紹，一般來說，混凝土在澆筑完成后內(nèi)部會溫度升高，內(nèi)外溫差如果較大，有開裂風險。于是，施工團隊在混凝土內(nèi)部安裝溫度監(jiān)控元件，造塔機底部設置智能化密閉養(yǎng)護層，自動感知啟停養(yǎng)護設備，實現(xiàn)夏季噴霧、冬季蒸汽，持續(xù)時間達14天的密閉養(yǎng)護。
在繁雜的施工中，借助智能化、信息化手段，施工效率大大提升，中塔柱以每天1米的速度快速“長個”。
鋼箱聯(lián)袂混凝土，讓上塔柱既受壓又耐拉
隨著常泰長江大橋南主塔的封頂，夜色下的江面，又添一道風景。
南主塔上塔柱采用的是“鋼箱-核芯混凝土”組合索塔錨固結(jié)構(gòu)，這也是常泰長江大橋的“世界首創(chuàng)”。上塔柱中間的核芯區(qū)為混凝土結(jié)構(gòu)，四周是鋼箱結(jié)構(gòu)。通過充分利用鋼與混凝土兩種不同材料的力學性能差異，來實現(xiàn)索塔錨固體系整體和局部受力的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而有效提高使用效率。
“之所以采用這種結(jié)構(gòu)，是因為大橋建成后上塔柱承受約12萬噸的豎向力?！撓?核芯混凝土’組合索塔錨固結(jié)構(gòu)不僅使混凝土受壓性能和鋼材的受拉性能得到充分發(fā)揮，同時又能滿足結(jié)構(gòu)剛度要求，可以讓大橋在運營后足夠安全可靠?！睆埥饾榻B，這種設計，讓上塔柱鋼塔嵌入中塔柱頂部混凝土節(jié)段，二者像榫卯結(jié)構(gòu)一樣嚴絲合縫地結(jié)合在一起。
為了讓上塔柱更穩(wěn)健、精準地“拔高”，施工團隊在上塔柱首節(jié)鋼塔采用了“定位倒鏈初定位、三向千斤頂精確定位、支撐架焊接鎖定”的三級定位措施，保證了首節(jié)鋼塔定位精準、施工安全高效。
獨特的結(jié)構(gòu)設計也讓建設效率更高。張金濤說，相較于混凝土，鋼混組合結(jié)構(gòu)的施工周期更短，同等情況下，上塔柱用鋼混組合結(jié)構(gòu)替代常規(guī)鋼筋混凝土，可以節(jié)省2個多月的工期。
中鐵大橋局常泰大橋現(xiàn)場設計代表張皓清介紹，現(xiàn)場吊裝時面臨受力均衡性控制難、定位精度要求高、水上高空作業(yè)風險大等施工難題。項目部優(yōu)化工藝措施，細化施工方案，推演施工過程，選擇平潮時段起吊，塔機分級帶力，有效降低起吊風險。
