中国桥梁发展简介古代——赵州桥
坐落在河北省赵县洨河上。建于隋代(公元581-618年)大业年间(公元605-618年),由著名匠师李春设计和建造,距今已有约1400年的历史,是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥。1961年被国务院列为第一批全国重点文物保护单位。因赵州桥是重点文物,通车易造成损坏,所以不能通车。
建造历史
时隔大约1200年,欧洲才建成类似的桥。
赵州桥名称是以所在地命名的。
我国古代石拱桥的杰出代表是举世闻名的河北省赵县的赵州桥(又称安济桥 37° 43' 12.30\" N 114° 45' 47.54\" E),该桥在隋大业初年(公元605年左 右)为李春所创建,是一座空腹式的圆弧形石拱桥,净跨37m, 宽9m,拱失高度7.23m,在拱圈两肩各设有二个跨度不等的腹 拱,这样既能减轻桥身自重,节省材料,又便于排洪、增加美 观,赵州桥的设计构思和工艺的精巧,不仅在我国古桥是首屈一指,据世界桥梁的考证,像这样的敞肩拱桥,欧洲到19世纪中叶才出现,比我国晚了一千二百多年,赵州桥的雕 刻艺术,包括栏板、望柱和锁口石等,其上狮象龙兽形态逼真,琢工的精致秀丽,不愧为文物宝库中的艺术珍品,我国 石拱桥的建造技术在明朝时曾流传到日本等国,促进了与世 界各国人民的文化交流并增进了友谊。
1991年,美国土木工程师学会将安济桥选定为第12个“国际历史土木工程的里程碑”,并在桥北端东侧建造了“国际历史土木工程古迹”铜牌纪念碑。赵州桥,又名安济桥(宋哲宗赐名,意为“安渡济民”),位于河北赵县洨河上,它是世界上现存最早、保存最好的巨大石拱桥。赵州桥入选中国世界纪录协会世界最早的敞肩石拱桥,创造了世界之最。被誉为“华北四宝之一”。桥长50.82米,跨径37.02米,券高7.23米,两端宽9.6米,中间略窄,宽9米。因桥两端肩部各有二个小孔,不是实的,故称敞肩型,这是世界造桥史的一个创造(没有小拱的称为满肩或实肩型)。桥上有很多的东西,类型众多,丰富多彩。唐朝的张鷟说,远望这座桥就像“初月出云,长虹饮涧”。
赵州桥建于公元605年距今1400多年,经历了10次水灾,8次战乱和多次地震,
赵州桥地图
特别是1966年3月8日邢台发生7.6级地震,赵州桥距离震中只有40多公里,都没有被破坏,著名桥梁专家茅以升说,先不管桥的内部结构,仅就它能够存在1400多年就
说明了一切。1963年的水灾大水淹到桥拱的龙嘴处,据当地的老人说,站在桥上都能感觉桥身很大的晃动。据记载,赵州桥自建成至今共修缮9次。
在主拱券的上边两端又各加设了二个小拱,一是可节省材料,二是减少桥身自重(减少自重15%),而且能增加桥下河水的泄流量。三,使桥身更加美观。
1979年5月,由中国科学院自然史组等四个单位组成联合调查组,对赵州桥的桥基进行了调查,自重为2800吨的赵州桥,而它的根基只是有五层石条砌成高1.55米的桥台,直接建在自然砂石上。
这么浅的桥基简直令人难以置信,梁思成先生1933年考察时还认为这只是防水流冲刷而用的金刚墙,而不是承纳桥券全部荷载的基础。他在报告中写道:
“为要实测券基,我们在北面券脚下发掘,但在现在河床下约70-80厘米,即发现承在券下平置的石壁。石共五层,共高1.58米,每层较上—层稍出台,下面并无坚实的基础,分明只是防水流冲刷而用的金刚墙,而非承纳桥券全部荷载的基础。因再下30-40厘米便即见水,所以除非大规模的发掘,实无法进达我们据学理推测的大座桥基的位置。”
为了保护赵州桥,上世纪末在赵州桥东100米处新建的桥梁,其结构还是沿袭赵州桥,只是主拱上的小拱数量增加到一边5个,桥上有车轮印,膝盖印。
上海小学四年级有一篇课文叫《赵州桥》,讲的就是赵州桥的三绝。中国桥梁学家茅以升的《中国石拱桥》中也提到。
创新设计
圆弧拱形式设计
采用圆弧拱形式,改变了中国大石桥多为半圆形拱的传统。中国古代石桥拱形大多为半圆形,这种形式比较优美、完整,但也存在两方面的缺陷:一是交通不便,半圆形桥拱用于跨度比较小的桥梁比较合适,而大跨度的桥梁选用半圆 形拱,就会使拱顶很高,造成桥高坡陡、车马行人过桥非常不便。二是施工不利,半圆形拱石砌石用的脚手架就会很高,增加施工的危险性。为此,李春和工匠们一起创造性地采用了圆弧拱形式,使石拱高度大大降低。赵州桥的主孔净跨度为37.02米,而拱高只有7.23米,拱高和跨度之比为1:5左右,这样就实现了低桥面和大跨度的双重目的,桥面过渡平稳,车辆行人非常方便,而且还具有用料省、施工方便等优点。当然圆弧形拱对两端桥基的推力相应增大,需要对桥基的施工提出更高的要求。
采用敞肩
这是李春对拱肩进行的重大改进,把以往桥梁建筑中采用的实肩拱改为敞肩拱,即在大拱两端各设两个小拱,靠近大拱脚的小拱净跨为3.8米,另一拱的净跨为2.8米。这种大拱加小拱的敞肩拱具有优异的技术性能,首先,可以增加泄洪能力,减轻洪水季节由于水量增加而产生的洪水对桥的冲击力。古代佼河每逢汛期,水势较大,对桥的泄洪能力是个考验,四个小拱就可以分担部分洪流。据计算四个小拱可增加过水面积16%左右,大大降低洪水对大桥的影响,提高大桥的安全性。
其次,敞肩拱比实肩拱可节省大量土石材料,减轻桥身的自重。据计算四个小拱可以节省石料26立方米,减轻自身重量700吨,从而减少桥身对桥台和桥基的垂直压力和水平推力,增加桥梁的稳固。第三、增加了造型的优美,四个小拱均衡对称,大拱与小拱构成一幅完整的图画,显得更加轻巧秀丽,体现建筑和艺术的完整统一。第四、符合结构力
学理论,敞肩拱式结构在承载时使桥梁处于有利的状况,可减少主拱圈的变形,提高了桥梁的承载力和稳定性。
单孔
中国古代的传统建筑方法,一般比较长的桥梁往往采用多孔形式,这样每孔的跨度小、坡度平缓,便于修建。但是多孔桥也有缺点,如桥墩多,既不利于舟船航行,也妨碍洪水宣泄;桥墩长期受水流冲击、侵蚀,天长日久容易塌毁。因此,李春在设计大桥的时候,采取了单孔长跨的形式,河心不立桥墩,使石拱跨径长达37米之多。这是中国桥梁史上的空前创举。
建筑原理
赵州桥
一)桥址选择比较合理,使桥基稳固牢靠。李春根据自己多年丰富的实践经验,经过严格周密勘查、比较,选择了洨河两岸较为平直的地方建桥。这里的地层是由河水冲积而成,地层表面是久经水流冲涮的粗砂层,以下是细石、粗石、细砂和粘土层。根据现代测算,这里的地层每平方厘米能够承受4.5到6.6公斤的压力,而赵州桥对地面的压力为每平方厘米5—6公斤,能够满足大桥的要求。选定桥址后在上面建造地基和桥台。自建桥到现在,桥基仅下沉了5厘米,说明这里的地层非常适合于建桥。
二)赵州桥的砌置方法新颖、施工修理方便。李春就地取材,选用附近州县生产的质地坚硬的青灰色砂石作为建桥石料。在石拱砌置方法上,均采用了纵向(顺桥方向)砌置方法,就是整个大桥是由28道各自独立的拱券沿宽度方向并列组合而成;拱厚皆为1.03
米,每券各自独立、单独操作,相当灵活。每券砌完全合拢后就成一道独立拼券砌完一道供券,移动承担重量的“鹰架”,再砌另一道相邻拱。这种砌法有很多优点,它既可以节省制作“鹰架”所用的木材,便于移动,同时又利于桥的维修,一道拱券的石块损坏了,只要嵌入新石,进行局部修整就行了,而不必对整个桥进行调整。
三)在保持大桥稳定性方面采取了许多严密措施。为了加强各道拱券间的横向联系,使28道拱组成一个有机整体,连接紧密牢固,李春采取了一系列技术措施。
l、每一拱券采用了下宽上窄、略有“收分”的方法,使每个拱券向里倾斜,相互挤靠,增强其横向联系,以防止拱石向外倾倒;在桥的宽度上也采用了少量“收分”的办法,就是从桥的两端到桥顶逐渐收缩宽度,从最宽9.6米收缩到9米,以加强大桥的稳定性。
2、在主券上均匀沿桥宽方向设置了5个铁拉杆,穿过28道拱券,每个拉杆的两端有半圆形杆头露在石外,以夹住28道拱券,增强其横向联系。在4个小拱上也各有一根铁拉杆起同样作用。
3、在靠外侧的几道拱石上和两端小拱上盖有护拱石一层,以保护拱石;在护拱石的两侧设有勾石6块,勾住主拱石使其连接牢固。
4、为了使相邻拱石紧紧贴合在一起,在两侧外券相邻拱石之间都穿有起连接作用的“腰铁”,各道券之间的相邻石块也都在拱背穿有“腰铁”,把拱石连锁起来。而且每块拱石的侧面都凿有细密斜纹,以增大摩擦力,加强各券横向联系。这些措施的采取使整个大桥连成一个紧密整体,增强了整个大桥的稳定性和可靠性。
三绝
“券”小于半圆
中国习惯上把弧形的桥洞、门洞之类的建筑叫做“券”。一般石桥的券,大都是半圆形。但赵州桥跨度很大,从这一头到那一头有37.04米。如果把券修成半圆形,那桥洞就要高18.52米。这样车马行人过桥,就好比越过一座小山,非常费劲。赵州桥的券是小于半圆的一段弧,这既减低了桥的高度,减少了修桥的石料与人工,又使桥体非常美观,很像天上的长虹。
“撞”空而不实
券的两肩叫“撞”。一般石桥的撞都用石料砌实,但赵州桥的撞没有砌实,而是在券的两肩各砌一两个弧形的小券。这样桥体增加了四个小券,大约节省了一百八十立方米石料,使桥的重量减轻了大约500吨。而且,当洨河涨水时,一部分水可以从小券往下流,既可以使水流畅通,又减少了洪水对桥的冲击,保证了桥的安全。
洞砌并列式
它用二十八道小券并列成9.6米宽的大券。可是用并列式砌,各道窄券的石块间没有相互联系,不如纵列式坚固。为了弥补这个缺点,建造赵州桥时,在各道窄券的石块之间加了铁钉,使它们连成了整体。用并列式修造的窄券,即使坏了一个,也不会牵动全局,修补起来容易,而且在修桥时也不影响桥上交通。
评价
梁思成:“河北赵县安济桥……可称为中国工程界一绝”。
李约瑟:“在西方圆弧拱桥都被看作是伟大的杰作,而中国的杰出工匠李春,约在610年修筑了可与之辉映,甚至技艺更加超群的拱桥”。
桥梁专家福格·迈耶(H. Fugl-Meyer):“罗马拱桥属于巨大的砖石结构建筑……独特的中国拱桥是一种薄石壳体……中国拱桥建筑,最省材料,是理想的工程作品,满足了技术和工程双方面的要求”。
荣誉
1961年3月4日中国国务院公布为全国第一批重点文物保护单位;
1991年美国土木工程师学会选定为世界第十二处“国际土木工程历史古迹”,并赠牌纪念;
1999年被定为省级爱国主义教育基地。
传说
传说赵州桥上的仙迹,主要指传说中张果老倒骑毛驴在桥上走留下的驴蹄子印;柴王爷推车过桥轧下的车道沟印和膝盖跪下的膝盖印;鲁班为救石桥跃身跳入河中,用手力顶石桥的手掌印,这些仙迹常常成为游人津津乐道的最有趣内容之一。相传从前在河北省赵县城南五里的地方,有一条大河,名叫洨河。洨河发源于河北西部的井陉山。在古代,它的水势很大,每逢夏秋两季,大雨来临,雨水和山泉一并顺流而下,沿途又汇合几条河水,形成了汹涌的洪流。因此,洨河两岸的居民和来往的行人,都感到非常不便。赵县人民的这个困难,被著名的工匠祖师鲁班知道了。他特地远道赶来,施展出卓越的技术,在一夜
之间就造好这座赵州大石桥。赵州桥造好的消息,很快地传遍了四方。远近居民都怀着惊喜的心情,争先恐后地前来参观。这个奇迹甚至惊动了“八仙”之一的张果老。在驴背的褡裢里一边装上了“太阳”,一边又装上了“月亮”,要在桥上走过。这还不算,张果老存心要和鲁班开个玩笑,他又约了柴荣,推着载有“五岳名山”的独轮车,一道来到桥头,开口便问这桥能不能让他们两人同时行走。这时,鲁班刚把大桥修好,正在十分得意,便很不以为然地说:“这么坚固的石桥,还经不起你们两人走么?”不料他们上桥以后,把桥压得摇摇欲坠。鲁班一看情况不妙,赶忙跳下桥去,用手使劲托住桥身东侧,才使这两位仙人带着日月和五岳名山顺利通过。从此,桥上留下了几处人们津津乐道的“仙迹”;张果老的驴蹄印和斗笠颠落压成的圆坑;柴荣因推车力过猛,一膝着地压成的膝盖印和车道沟;还有鲁班托桥的手印。后来,除了因为东侧一度塌毁,手印已经不见,其余的仙迹“都留存下来。
2.近代——钱塘江大桥
钱塘江大桥位于浙江省杭州市西湖之南,六和塔附近的钱塘江上,是我国自行设计、建造的第一座双层铁路、公路两用桥,横贯钱塘南北,是连接沪杭甬、浙赣铁路的交通要道。
大桥于1934年8月8日开始动工兴建,1937年9月26日建成,历时三年零一个月时间。钱塘江大桥的建成不但极大地方便了钱塘江南北的交通,而且与六和塔一起构成了西湖风景名胜区南线宏伟壮丽的景观。
大桥全长1453米,分引桥和正桥两个部分。正桥十六孔,桥墩十五座。下层铁路桥长1322.1米,单线行车;上层公路桥长1453米、宽6.1米,两侧人行道各一点五米,雄伟壮观。大桥如虹飞架南北,铮铮铁骨肩负重任。
桥梁历史
钱塘江大桥的设计、建造主持者是当代桥梁专家茅以升博士。为了完成建桥重任,茅以升毅然辞去北洋大学教席,只身来到杭州。首次采用气压沉箱法掘泥打桩获得成功,打破了外国人认为“钱塘江水深流急,不可能建桥”的预言。为中国人民长了志气。由他主持制订的建桥方案不但切实可行,而且比美国桥梁专家华德尔提出的方案减少投资约二百万元,终于被当局采纳。雄伟壮丽的大桥,抒发出中华儿女自立于世界民族之林的豪情壮志,而铭刻其中的“殚精竭智千日功,通车之日却炸桥”的扼腕痛心却使国人永志难忘。
1934年11月11日,钱塘江大桥开工兴建。39岁的茅以升受命担任钱塘江大桥的总设计师、总工程师。当时,日本军国主义侵略者的铁蹄已经践踏了我国东北地区,并对华北乃至整个中国虎视眈眈,妄图亡我中华。茅以升尽管不是政治家,但他热爱祖国,对时局的忧患使他保持了清醒的头脑。
1937年7月7日,卢沟桥事变爆发。茅以升有一种连他自己也不愿意正视的预感,作出了惊醒世人的重大决定——他在大桥南2号桥墩上留下一个长方形的大洞。对于这个原设计中没有的重大改变,茅以升没有向任何人解释原因。1937年8月13日,淞沪抗战终于爆发,整个9月、10月,淞沪抗战异常激烈。战争的硝烟已经弥漫到杭州上空,钱塘江大桥的施工也进入了最紧张的阶段。9月26日,钱塘江大桥的下层单线铁路桥率先通车。茅以升期盼着上海能够阻挡住日军进攻的脚步,然而,持续了3个月的淞沪会战终以上海陷落结束,杭州也危在旦夕。筋疲力尽的茅以升已经明显地感到他已无力把握这座大桥的命运。11月16日茅以升接到南京政府命令:如果杭州不保,就炸毁钱塘江大桥。茅以升在南2号桥墩留下的长方型大洞,其实就是预防这一时刻的来临。当晚,茅以升以一个桥梁工程学家严谨、精准的态度,将钱塘江大桥所有的致命点一一标示出来。整个通宵,100多根引线,从各个引爆点全部接到南岸的一所房子里。怀着亲手掐死亲生婴儿一样的痛楚,
茅以升一直陪伴着历经艰险建造起来的大桥,址到亲眼看到最后一根引线接好。这是茅以升一生中最难忘、最难受、最难捱的一天,在事后来对家人的回忆诉说中,那种痛苦,那种无奈,真使他欲哭无泪。11月17日,是茅以升多么渴望却又没敢指望的大桥全面通车的第一天,当第一辆汽车从大桥上驶过,两岸数十万群众使劲鼓掌,掌声经久不息。茅以升后来回忆说:“所有这天过桥的十多万人,以及此后每天过桥的人,人人都要在炸药上面走过,火车也同样在炸药上风驰电掣而过。开桥的第一天,桥里就先有了炸药,这在古今中外的桥梁史上,要算是空前的了!”
1937年12月23日下午1点,茅以升终于接到命令:炸桥。下午5点,日军的先头部队已隐约可见,人群被强行拦阻,所有的引线都点燃了。随着一声巨响,钱塘江大桥的两座桥墩被毁坏,五孔钢梁折断落入江中。总长1453米、历经925个日日夜夜、耗资160万美元的钱塘江大桥,最终在通车的第89天瘫痪在日寇侵略的烽火中。日军士兵友永河夫在硝烟弥漫中,拍下了炸毁后的钱塘江大桥。几十年后,友永河夫来到北京,带着对战争的忏悔,将他拍摄的这张照片亲手交到了茅以升的手中。大桥炸毁的这一天晚上,透过苍茫暮色,茅以升先生凝视着由他一手炸毁的大桥残影,看着江北岸愈来愈亮的火光,茅以升满腔悲愤地在书桌前写下8个字:“抗战必胜,此桥必复”。他的愿望直到全国解放之后的1953年才得以实现。如今,杭州段的钱塘江上耸立着六座大桥,钱江二桥、钱江三桥、钱江四桥……,唯独钱塘江大桥桥名不改,巍然屹立在月轮山前。大桥北堍,竖起了茅以升的全身铜像,人们永远怀念这位中国杰出的桥梁专家、深沉的爱国主义者,人们也不会忘记钱塘江大桥的这一段惨痛的传奇历史。
茅以升炸桥前曾赋诗一首:
徒地风云突变色
挥泪炸桥断通途
五行缺火真来火
不复原桥不丈夫
此诗流露出茅以升被迫炸桥的无奈,以及今后复建的决心,诗中第三句\"五行缺火真来火\"很多人都不明白究竟,把\"钱塘江桥\"联系起来,你就能看出这第三句的韵味来,此诗奇就奇在第三句.
2006年05月25日,钱塘江大桥被国务院批准列入第六批全国重点文物保护单位名单。
3.现代——杭州湾跨海大桥
杭州湾跨海大桥(Hangzhou Bay Bridge)是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥,它北起浙江嘉兴海盐郑家埭,南至宁波慈溪水路湾,全长36公里,是世界上最长的跨海大桥,比连接巴林与沙特的法赫德国王大桥还长11公里,成为继美国的庞恰特雷恩湖桥后世界第二长的桥梁。
杭州湾跨海大桥建成后将缩短宁波至上海间的陆路距离120公里,是国道主干线——同三线跨越杭州湾的便捷通道。大桥大桥按双向六车道高速公路设计,设计时速100公里/h,设计使用年限100年,总投资约118亿元。2003年11月14日开工,经过43个月的工程建设,2007年6月26日全桥贯通,计划于2007年11月30日前完成桥面铺装,大桥已于2008年5月1日正式通车。
大桥的建设有利于主动接轨上海,扩大开放,推动长江三角洲地区合作与交流,提高浙江省特别是宁波市和嘉兴市对内对外开放水平,增强综合实力和国际竞争力;有利于完善长江三角洲区域公路网布局及国道主干线,缓解沪、杭、甬高速公路流量的压力;有利于改变宁波市交通末端的状况,从而变成交通枢纽,实施环杭州湾区域发展战略;有利于促进江、浙、沪旅游发展的需要。
大桥概况 杭州湾跨海大桥是国道主干线-同三线跨越杭州湾的便捷通道。大桥北起嘉兴市海盐郑家埭,跨越宽阔的杭州湾海域后止于宁波市慈溪水路湾,全长36Km。大桥建成后将缩短宁波至上海间的陆路距离 120余公里,从而也大大缓解已经拥挤不堪沪杭甬高速公路的压力,形成以上海为中心的江浙沪两小时交通圈。
大桥总投资预计超过160亿人民币,其中大桥36公里,118亿;北岸连接线29.1公里,17亿;南岸连接线55.3公里,34亿。来自民间的资本占了总资本的一半,包括雅戈尔、方太厨具、海通集团等民营企业都参与了对大桥的投资。大桥收费年限为30年,收费标准预计为55元/辆。
杭州湾跨海大桥按双向六车道高速公路设计,设计时速100Km/h,设计使用年限100年,总投资约118亿元。大桥设南、北两个航道,其中北航道桥为主跨448m的钻石型双塔双索面钢箱梁斜拉桥,通航标准35000吨;南航道桥为主跨318m的A型单塔双索面钢箱梁斜拉桥,通航标准3000吨。除南、北航道桥外其余引桥采用30~80m不等的预应力混凝土连续箱梁结构。杭州湾跨海大桥是目前世界上已建或在建的最长的跨海大桥,大桥主体工程确保2003年内顺利开工建设,2008年建成,2009年通车。
2001年9月成立项目公司,大桥建设投资额为118亿,资本金为38.5亿元。其中,宁波方占90%股份,嘉兴方占10%股份。公司资本金中民营企业投资占到50.25%。本项
目商请国家开发银行、中国工商银行、中国银行、浦发银行等四家银行贷款70亿元,已签订贷款协议。
大桥本身的经济效益是吸引投资者看好的重要基础。据交通流量调查推测,2009年通过大桥的车流量达5.2万辆,2015年达8万辆,2027年达9.6万辆。经测算,大桥财务内部收益率将达8.03~10.1%,投资回收期14.2年,投资回报率15.10%(不含建设期)、12.58%(含建设期) 。
工程特点 1、工程环境特点
杭州湾气象复杂多变,台风、龙卷风、雷暴及突发性小范围灾害性天气时有发生。杭州湾自然条件有以下特点:
(1)海域宽阔,台风多、潮差大、流速急,具有典型的海洋性气候特征,有效工作日少;
(2)软土层厚、持力层深,给海上基础设计和施工带来一系列问题;
(3)南岸滩涂长,施工条件复杂,采用常规设计方案和施工方法很难满足工期要求;
(4)环境的腐蚀作用严重;
(5)南滩涂多个区域浅层气富集,危及施工安全。
2、工程建设难点
(1)工程规模大、海上工程量大。大桥工程全长36公里,海上段长度达32公里。全桥
总计混凝土245万立方,各类钢材82万吨,钢管桩5513根,钻孔桩3550根,承台1272个,墩身1428个,工程规模浩大。
(2)自然环境恶劣。潮差大、流速急、流向乱、波浪高、冲刷深、软弱地层厚,部分区段浅层气富集。其中,南岸10公里滩涂区干湿交替,海上工程大部分为远岸作业,施工条件很差。受水文和气象影响,有效工作日少,据现场施工统计,海上施工作业年有效天数不足180天,滩涂区约250天。
(3)制定总体设计方案难度很大。设计要求新,其中水中区引桥(18.27公里)和南岸滩涂区引桥(10.1公里),是整个工程的关键;结构防腐问题十分突出,且无规范可遵循;大桥运行期间,桥面行车环境受大风、浓雾、暴雨及驾驶员视觉疲劳等不利因素的影响,采取合理有效的设计对策是保障桥面行车安全的关键;设计方案涉及新材料、新工艺、新技术的应用以及多项大型专用设备的研制。
施工技术方面,面临着海上激流区高墩区大吨位箱梁的整体预制、运输及架设,宽滩涂区大吨位箱梁的长距离梁上运梁及架设,超长螺旋钢管桩的设计、防腐与沉桩施工等诸多施工关键技术的挑战;在测量控制方面,因桥梁长度超长,地球曲面效应引起的结构测量变形问题十分突出,受海洋环境制约,传统测量手段已无法满足施工精度和施工进度的要求,如何借助GPS技术实现快速、高效测量施工是一个制约全桥工期的核心技术问题。
(4)建设目标要求高、施工组织与运行管理难度大。大桥工程规模宏大,备受世人瞩目。建设之初,宁波市委市政府明确提出大桥工程要按照“三个一流目标”的标准来实施。面对复杂的建设环境,充满挑战的工程,组织和管理好大桥工程是摆在指挥部面前的巨大挑战。因工程施工作业点多、战线长,存在同步作业、交叉作业工序,施工组织难度大,工程质量、进度、安全及资金控制难度大。台风、大风、大潮、巨浪、急流、暴雨、大雾及
雷电等气象水文条件,如何采取切实有效的工程控制与运行管理措施是工程管理上需要面对的新课题。
大桥亮点 大桥36公里的长度,使之超过了美国切萨皮克海湾桥和巴林道堤桥等世界名桥,而成为目前世界上已建成或在建中的最长的跨海大桥。
据初步核定,大桥共需要钢材76.9万吨,水泥129.1万吨,石油沥青1.16万吨,木材1.91万立方米,混凝土240万立方米,各类桩基7000余根,为国内特大型桥梁之最。南滩涂50米*16米箱梁采用整孔预制,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。
水中区引桥70米*16米箱梁采用整孔制、运、架一体化方案,单片梁重达2180吨,为国内第一。水中区引桥打入钢管桩直径1.5-1.6米,桩长约80米,总数超过4000根,其钢管桩工程规模全国建桥史上第一。
大桥在设计中首次引入了景观设计的概念。景观设计师们借助西湖苏堤“长桥卧波”的美学理念,兼顾杭州湾水文环境特点,结合行车时司机和乘客的心理因素,确定了大桥总体布置原则。整座大桥平面为S形曲线,总体上看线形优美、生动活泼。从侧面看,在南北航道的通航孔桥处各呈一拱形,具有了起伏跌宕的立面形状。
在南航道再往南1.7公里,就在离南岸大约14公里处,有一个面积达1.2万平方米的海中平台。该平台在施工期间,将作为海上作业人员生活基地,海上救援、测量、通信、海事监控平台。大桥建成后,这一海中平台则是一个海中交通服务的救援平台,同时也是一个绝佳的旅游休闲观光台。
大桥特色
科技含量之高首先体现在施工工艺上。我们坚持尊重科学,依靠专家,广泛开展技术咨询和交流活动。根据专家意见提出了施工决定设计,采取预制化、工厂化、大型化、变海上施工为陆上施工的施工方案,突破了长期来设计决定施工的理念。预制吊装的最大构件为长70米、宽16米、高4.0米、重2180吨的预应力混凝土箱梁,最长的构件为长度84米、直径1.6米的超长钢管桩,这种构件可称得上是举世无双。为了减轻海水中氯离子对大桥钢材和混凝土的腐蚀,保证大桥100年的寿命,设计者专门研制了一整套防治海水腐蚀的有效方案。等等这些可见大桥工程的科技含量之高。
杭州湾跨海大桥将是一座\"数字化大桥\"。科研单位将利用硬件及接口技术、网络及数据库技术、图像图形技术、人工智能技术、计算数学、有限元技术、力学等多学科,建立一套大桥设计、建设及养管的科学评价体系,整座大桥将设置中央监视系统,平均每1公里就有1对监视器。这样,不仅大桥可进行科学合理的维护管理,而且大桥\"身体\"的健康状况也在实时掌握中。目前,本项目已向交通部申报17项大桥工程关键性科研立项项目,在国内桥梁界也是少见的。
大桥之最 1、杭州湾跨海大桥全长36公里,其长度在目前世界上在建和己建的跨海大桥中位居第一。
2、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大于等于100年的耐久性要求。
3、杭州湾跨海大桥50米箱梁“梁上运架设”技术,架设运输重量从900吨提高到1430吨,刷新了目前世界上同类技术、同类地形地貌桥梁建设“梁上运架设”的新纪录。
4、杭州湾跨海大桥深海区上部结构采用70米预应力砼箱梁整体预制和海上运架技术,为解决大型砼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”。
5、杭州湾跨海大桥钢管桩的最大直径1.6米,单桩最大长度89米,最大重量74吨,开创了国内外大直径超长整桩螺旋桥梁钢管桩之最。
6、杭州湾跨海大桥南岸10公里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,其施工工艺为世界同类似地理条件之首。
体制创新 杭州湾跨海大桥是目前国内第一家以地方民营企业为主体,投资超百亿的国家特大型交通基础设施项目。大桥资本金38.5亿元,其中民营资本占了50%以上,共有17家省内民营企业凭着日益增强的经济实力进行投资入股。可以说,大桥项目的投资体制和建设模式,对拓宽民营资本的投资领域,建立民营资本与国有资本有机结合的投资模式,取得政府和企业“双赢”的经营机制作出了积极、有益的探索。
技术创新 1、杭州湾跨海大桥总体设计
杭州湾跨海大桥全长36公里,建设条件十分恶劣,为保证海上施工的安全和质量,必须将设计与施工综合考虑。经过国内外多次调研和专家咨询,制定了施工决定设计的总体原则,尽量减少海上作业时间,变海上施工为陆上施工,采用工厂化、大型化、机械化的设计和施工原则。
2、大直径超长钢管桩设计、制造、防腐和施工成套技术
大桥钢管桩基础具有桩长、大直径、数量巨大的特点。桩长达89米,桩径为1.5米和1.6米,总计5474根。通过近一年多钢管桩基础施工,进度快,质量好,证明这一选择是正确的。
其创新点是:超长整桩预制;内外螺旋焊接;三层熔融环氧粉未涂装;埋弧自动焊工艺;大直径不等壁厚焊接;牺牲阳极阴极保护。
3、大吨位70米预应力箱梁整体预制和强潮海域海上运输、架设技术
其创新点是:对海工耐久混凝土配合比进行研究;70米箱梁局部结构分析;真空辅助压浆技术;研制了大跨度、高平整度桥面施工振动桥设备;首次采用了早期张拉工艺并取得了良好的效果;自行设计制造了具有世界一流水平的2400吨液压悬挂轮轨式70米箱梁纵移台车。
4、大吨位50米预应力箱梁整体预制和梁上运输架设技术
其创新点是:结合施工方案对大吨位整孔箱梁的关键结构进行优化;海工耐久性混凝土性能研究与实践;预应力管道真空压浆试验与实践;箱梁梁上运梁和架桥机架设的综合技术。
5、海洋环境下混凝土结构耐久性研究
其创新点是:建立可靠的钢筋腐蚀电学参数和输出光功率变化判据;研制混凝土结构寿命的动态预报软件;制定大桥混凝土结构耐久性长期原体观测系统设计方案,并配合工程进度实施。这项技术将填补国内空白。
6、跨海长桥全天候运行测量控制关健技术研究
其创新点是:连续运行GPS参考站,在杭州湾跨海大桥的成功应用及在实践中形成的规程和细则,弥补了中国跨海大桥这方面的空白;目前的规范没有适应几十公里长度跨海大桥投影坐标系建立的相应标准,根据杭州湾跨海大桥的特殊性加以了解决,为制定相应规范提供参考;创造性地提出过渡曲面拟合法,使海中GPS拟合高程的精度达到三等水准的精度;用测距三角高程法配合GPS拟合高程法进行连续多跨跨海高程贯通测量,创造出一种快速海中高程贯通测量的方法;杭州湾跨海大桥在国内首次采用GIS技术研制成基于B/S模式的大型桥梁测绘资料管理系统。
7、杭州湾跨海大桥河工模型与桥墩局部冲刷研究
2002年8月,通过专家组鉴定,研究成果总体达到国际先进水平,其中实体模型中涌潮的模拟方法和试验技术以及分布式浑水生潮系统和沙量随潮变化的加沙系统方面达到国际领先水平。2004年获得浙江省科技进步二等奖。
8、灾害天气对跨海长桥行车安全的影响研究及对策
主要创新点是:确定车辆安全行驶风速标准;面向所有灾害天气类型进行研究;提出杭州湾跨海大桥的行车安全保障措施;基于气象监测系统、预报系统与道路管理系统多方面系统研究;制定不同灾害天气条件下道路交通控制标准;开发低造价传感器等数据采集设备;开发集数据传输、数据处理、信息发布的计算机软件。目前,已取得系列中间成果,其中报告推荐的风障方案即将付诸实施。
9、跨海长桥建设信息化管理技术
其创新点是:对整体桥梁部位进行的结构分解,形成22949个结构构件,并将采集数据的625张表与其相关联,提供一个完整的数据结构化检索方式;集成统一工程通讯及网络的组建,极大降低了基础网络建设成本;实现长距离的多点无线视频图像传输及回送。
系统已完成软件开发并投入运行一年多,在工程实施中发挥了巨大作用。
以上科技创新已有5项通过交通部和交通厅的鉴定,其成果总体达到国际领先水平,为国内同类桥梁的建设提供借鉴。
大桥作用 杭州湾位于我国改革开放最具活力,经济最发达的长江三角洲地区。建设杭州湾跨海大桥,对于整个地区的经济、社会发展都具有深远的、重大的战略意义。
1. 直接促进宁波、嘉兴经济社会的发展,带动周边地区杭州、绍兴、台州、舟山、温州等地的发展,并对全省、乃至长江三角洲南翼地区的整体发展产生积极影响。据统计,杭州、宁波、温州、绍兴、台州五市的GDP占全省的70%以上,工程建设将使这些地区的发展如虎添翼,为区域经济、社会的进一步腾飞注入新的活力,为全省整体综合实力的提高发挥更大作用。大桥工程尚未全面开工,杭州湾两岸的慈溪市、余姚市、嘉兴的海盐县已涌动“大桥经济”。在对新区科学规划的基础上,首期开发已呈现轰轰烈烈场面,投资商已在这里纷纷落户。
2. 主动接轨上海扩大开放,推动长江三角洲地区合作与交流,进一步提升我省的综合竞争力和国际竞争力。上海作为全国最大的经济中心城市,是中国走向国际化的重要平台。在新世纪新阶段,宁波要建设现代化的国际港口城市,实现经济的大发展、大跨跃。就必须接轨大上海,融入长三角,走向国际化。大桥的建设,将大大缩短浙东南沿海与上海之间的时空距离,使我省可在更大范围、更高层次、以更优越的区位地理优势,融入国际大
都市经济圈。这对于辐射我省广大腹地,优化提升产业结构,改善投资和发展环境,吸引外资,提高我省综合竞争力,具有十分深远的积极作用。杭州湾跨海大桥工程建设,将为优化发展环境,进一步吸引和利用外资,创造更为优越的条件。
3. 有利于推进城市化发展战略。大桥建设将进一步密切嘉兴、宁波、绍兴、台州等城市的联系,促进我省杭州湾城市连绵带和沿海对外开放扇面的形成,从而将这一区域提升为以上海为龙头的、具有国际竞争力的都市群的最重要组成部分。同时,大桥建设对周边县市的城市化发展也将产生深远影响,慈溪、海盐等地瞄准这一千载难缝的战略机遇,已有科学的规划设想,大力吸引人口、产业的集聚,促进新区新城的崛起。
4. 作为我国沿海大通道中的第一座跨海大桥,突破了杭州湾的瓶颈,优化了国道主干线的路网布局,改变了宁波交通末端状况,有利于实施环杭州湾区域发展战略网,大大提升了宁波这一极具发展潜力的经济中心城市的竞争力。大桥建设也有利于支持上海国际航运中心建设,促进宁波、舟山深水良港资源的整合开发和利用,有利于旅游业的发展和国防建设,有利于缓解杭州过境(沪杭甬高速)公路交通的压力。
奥运火炬传递有可能经过大桥
工程大事 1、前期工作
(1)项目论证和比较阶段
1993年开始酝酿筹建杭州湾交通通道,宁波市政府委托上海林李公司和中交公路规划设计院进行预可行性研究。期间,多次召开研讨会,广泛征集各方面意见,还相继开展经济、水文、地质、气象等13项专题,并组织评审会和论证会。2000年6月21日,浙江
省政府第37次常务会议作出了建设杭州湾跨海大桥的决定,明确大桥建设以宁波为主,要求抓紧上报项目建议书,争取国家支持。
(2)立项报批阶段
2000年8月,浙江省发展计划委员会将项目建议书上报国家计委。2002年4月30日,国务院第128次总理办公会议讨论通过了本项目的立项问题。同年5月29日,国家计委正式下达立项批文。
(3)“工可”审批阶段
2000年7月,委托中交公路规划设计院开展本项目“工可”研究。2002年7月,浙江省计委向国家计委上报本项目的“工可”报告。期间,相继开展了工程地质、浅层气、波浪力、环保、经济、气象、交通等19项专题研究,并通过专家评审。同年8月,交通部和中咨公司对“工可”报告进行了行业审查和评估。2003年2月,国务院第151次总理办公会议讨论通过了本项目“工可”报告。同年3月,国家计委下达“工可”审批批文。
(4)初步设计阶段
2001年12月,通过招标确定由中交公路规划设计院、中铁大桥勘测设计院和交通部三航院联合体承担本项目设计任务。2003年1月,省计委、交通厅联合主持对初步设计预审, 3月10日,浙江省交通厅向交通部报送要求对本项目初步设计文件进行审查的请示。4月9日至12日,交通部组织国内24名专家对初步设计进行了审查。2003年8月6日国家交通部对大桥初步设计作了批复。
(5)开工准备阶段
2001年10月,指挥部一手抓立项审批,一手在南岸开始通路、水、电、通讯、码头等15项“五通一平”工程。2003年2月,“五通一平”工程基本完成,具备了开工建设的条件。2003年4月,在南岸滩涂区进行试验段工程,为大桥工程全面开工探索并积累有益的经验。
2、主体工程开工
按照“区分不同工程作业类型,保持施工组织的完整性和工序的连贯性”的大桥总体实施计划,共划分为12个土建施工标段、7个监理标段及部分材料标。2003年7、8月先行完成水泥和部分钢板、钢筋的采购招标,2003和11月,完成了第一阶段土建7个施工标和3个监理标的招标工作,2004年3月完成了第二阶段5个土建施工标、4个监理标的招标工作,累计招标金额约85.7亿元。2003年11月14日,中港二航局V标将第一根长73米、直径1.5米的钢管桩打入预定位置,标志着大桥主体工程开工建设。2004年3月16日,第二阶段土建工程招标签约,标志大桥工程进入全面开工建设阶段。
3、重大工程节点
2003年6月8日,大桥工程举行奠基仪式。
2003年6月8日,第一根钻孔灌注桩在南岸滩涂区开始施工,2007年3月27日,最后一根钻孔灌注在海中平台匝道桥桩完成施工。
2003年10月28日,北岸引桥工程开工,2007年5月26日完工。
2003年10月31日,全长9.78公里的南岸钢栈桥动工修建,桥宽7米,共用钢材5万吨,2005年12月24日修建完成, 2006年8月15日开始拆除。
2003年11月14日,杭州湾跨海大桥打下第一根钢管桩。2006年2月3日,主桥最后一根钢管桩沉放到位。
2003年11月28日,南岸引桥工程开工,2007年1月8日完工。
2004年7月9日,南航道桥沉放第一节钢护筒,2006年8月2日完成承台浇筑,2007年1月10日,架设第一段钢箱梁,2007年1月26日主塔封顶。2007年6月11日15时,最后一段钢箱梁架设到位,南航道桥顺利合龙。
2004年8月28日,第一个预制墩身开始浇筑,2006年9月30日,最后第474个预制墩身浇筑完成。2004年10月10日,第一个预制墩身安装到位,2006年10月18日,最后第474个预制墩身安装完毕。
2004年11月17日,北航道桥主墩桩基开始施工,2006年12月27日,完成最后一根灌注桩施工, 2007年2月6日首段钢箱梁吊装到位。2007年2月7日主塔顺利封顶。2007年6月13日晚9:58,北航道桥主桥最后一段钢箱梁吊装到位,北航道桥顺利合龙。
2005年6月1日,第一片70米预制梁、宽15.8米,重2200吨,由“小天鹅号”运架船架设到位。2007年5月21日,“天一号”运架船将第540片70米预制梁架设完毕。
2005年7月28日,第一片50米预制箱梁、宽15.8米,重1430吨,采用“梁上运梁”的架设工艺安装到位,2006年11月16日,完成了共404片50米预制箱梁架设。
2006年4月10日,海中平台沉放第一根钢管桩,7月25日海中平台310根钢管桩沉桩完毕。
2007年6月26日,大桥全线贯通
2008年5月1日,大桥顺利通车
杭州湾跨海大桥工程量浩大。据初步核定,大桥共需要钢材80万吨,水泥129.1万吨,石油沥青1.16万吨,木材1.91万立方米,混凝土240万立方米,水中区钢管桩直径1.5-1.6米、桩长约70—89.5米,总数5513根,钻孔桩3550根,承台1272个,墩身1428个,为国内特大型桥梁之最。
相关数据 杭州湾跨海大桥全长36公里,其中桥长35.7公里,双向六车道高速公路,设计时速100km。总投资约107亿元,设计使用寿命100年以上。大桥设北、南两个通航孔。北通航孔桥为主跨448m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥,通航标准35000吨;南通航孔桥为单塔单索面钢箱梁斜拉桥,通航标准3000吨。大桥两岸连接线工程总长84.4公里,投资52.1亿元。其中北连接线29.1公里,投资额17.8亿元;南岸接线55.3公里,投资额34.3亿元。大桥和两岸连接线总投资约160亿元。建设工期五年左右。
大桥的结构为双塔钢筋混凝土斜拉桥,双向6车道,设计时速100公里,设计使用寿命100年,总投资118亿元,建设期限5年。建成后,宁波杭州湾大桥将成为世界上最长、工程量最大的世界第一跨海大桥。
大桥设南、北两个航道,其中北航道桥为主跨448米的钻石型双塔双索面钢箱梁斜拉桥,通航标准为3.5万吨级轮船;南航道桥为主跨318米的A型单塔双索面钢箱梁斜拉桥,通航标准为3000吨级轮船。其余引桥采用30米至80米不等的预应力混凝土连续箱梁结构。非通航孔分北、中、南引桥3大块,其中海上部分桥梁长32公里。
杭州湾跨海大桥在设计中还首次引入了景观设计的概念。景观设计师们借助西湖苏堤的美学理念,兼顾杭州湾复杂的水文环境特点,结合行车时司机和乘客的心理因素,确定了大桥总体布置原则。\"长桥卧波\"最终被确定为宁波杭州湾大桥的最终桥型。根据设计方案,大桥在海面上有4个转折点,从空中鸟瞰,平面上呈\"S\"形蜿蜒跨越杭州湾,线形优美,生动活泼。从立面上看,大桥也并不是一条水平线,而是上下起伏,在南北航道的通航孔桥处各呈一拱形,使大桥具有了起伏跌宕的立面形状。
此外,杭州湾跨海大桥所独有的海中平台堪称国内首创。南航道再往南1.7公里,就在离南岸大约14公里处,有一个面积达1万平方米的海中平台,足有两个足球场面积。该平台在施工期间将作为施工平台,是海中施工的据点。大桥建成后,这一海中平台则是一个海中交通服务的救援平台,同时也是一个绝佳的旅游观光台。平台上有一高高的观光塔,既可俯瞰波涛汹涌的大海,饱览海上风光,也可以一览大桥雄姿。整个海中平台以匝道桥连通大桥,距离大桥约有150米左右。
另外,这座海上\"长虹\"还将是我国第一座\"数字化大桥\"。科研单位将建立一套大桥设计、建设及养护的科学评价体系,把杭州湾跨海大桥建成\"数字化大桥\"。整座大桥将设置中央监视系统,平均每公里就有1对监视器,整座大桥上的一举一动都将在中央监视系统的\"眼\"中。这样,不仅大桥可进行科学合理的维护管理,而且大桥\"身体\"的健康状况也在适时掌握之中。
据悉,杭州湾跨海大桥不同于普通大桥的特别之处,是在设计时考虑到了两个安全因素:一是高速公路车辆通行安全因素,通常直段不能太长;二是桥下船舶航行安全因素,减少建桥对水流的影响,保证桥梁各段的桥轴线与涨潮和落潮的主流垂直。这些也是桥形呈\"S\"形的主要原因,同时也使得跨越杭州湾天堑的这条东方巨龙更加迷人。
杭州湾跨海大桥于2003年11月4日开工,于2007年6月26日15时40分全线贯通,计划于2007年11月30日前完成桥面铺装,2008年5月1日建成通车。
大桥通车 杭州湾跨海大桥定于2008年5月1日23时58分试运营通车。
大桥通车仪式于5月1日下午在大桥海中平台附近举行。据介绍,试运营通车期间,禁止载货汽车和其他运载危险化学品车辆通行,具体禁行线路为:大桥北接线的西塘桥互通出口至大桥南接线的庵东互通出口。
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