荊岳長江大橋設(shè)計(jì)代表、湖北省院高工丁望興
2010年5月5日，隨著最后一片鋼箱梁被吊裝焊接到位，全長816米的荊岳長江公路大橋主橋正式合龍。這標(biāo)志著大橋施工又邁過了一個(gè)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，向著“一年打基礎(chǔ)、兩年樹形象、三年保貫通、四年慶通車”的目標(biāo)邁進(jìn)。
荊岳長江公路大橋?yàn)殡p塔混合梁斜拉橋，全長5400多米，總投資超過23億元，是首座連接湖北、湖南兩省的長江大橋，于2006年底動工，規(guī)模在國際同類橋梁中位列第一。
如今，在大橋工地上，后期建設(shè)正在如火如荼地進(jìn)行。而湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院副總工、高級工程師丁望星仍在大橋指揮部忙碌著。此時(shí)，作為設(shè)計(jì)代表的他已經(jīng)在工地上住了近四年之久。從設(shè)計(jì)藍(lán)圖到主橋合龍，丁望星全程參與并見證了一座大橋的誕生。提起大橋的設(shè)計(jì)過程和四年的設(shè)代經(jīng)歷，丁望星感慨頗多。
因地制宜巧設(shè)橋墩
荊岳長江大橋的設(shè)計(jì)與建造難度在業(yè)界眾所周知。復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，千米級高低不對稱斜拉橋的設(shè)計(jì)，這些對設(shè)計(jì)者而言，都是不小的挑戰(zhàn)。丁望星和他的同事們不但需要對橋位所在地的地質(zhì)條件了如指掌，還需要努力在設(shè)計(jì)中有所突破。
談及荊岳大橋中所使用的創(chuàng)新技術(shù)，丁望星一臉興奮如數(shù)家珍。他告訴我們，荊岳大橋的設(shè)計(jì)中做的較為到位的一點(diǎn)是荊岳大橋與周圍的環(huán)境、建設(shè)條件很好地融合在了一起。
荊岳大橋橋位所在地的主要通航區(qū)和深泓區(qū)都靠近南（岳陽岸）岸，如果將南橋塔設(shè)計(jì)在水中會礙航、阻洪。根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，荊岳長江大橋被設(shè)計(jì)成為不對稱的斜拉橋。南北塔的塔高相差四十多米，南邊跨與北邊跨相差兩百多米，且其南、北邊跨一個(gè)采用混凝土梁，一個(gè)采用鋼梁，主跨采用鋼梁。
在荊岳大橋的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，尤其值得一提的是北塔的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。北塔的基礎(chǔ)雖然處在深水中，但在避開不良地質(zhì)之后橋塔基礎(chǔ)正好布置在強(qiáng)度高、變形小的白云巖上，基礎(chǔ)沉降量較小。據(jù)此，荊岳大橋北橋塔基礎(chǔ)巧妙地采用分離式技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將整體式基礎(chǔ)分開，這樣一來既可以大大減小單個(gè)基礎(chǔ)的規(guī)模，還可以減小橋塔基礎(chǔ)的施工難度。
降低施工難度是一名優(yōu)秀設(shè)計(jì)師需要考慮的問題之一。在荊岳大橋的設(shè)計(jì)中，這一理念還在南塔的設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，由于荊岳大橋南岸地質(zhì)條件較為特殊，巖層呈陡立狀，巖層間夾有層間剪切帶等破碎巖體，超深樁孔在施工過程中極易發(fā)生偏孔、塌孔、掉鉆、卡鉆等質(zhì)量問題。因此，在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)師打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)特殊地質(zhì)條件和試樁成果，采用“摩擦+嵌層”設(shè)計(jì)理念，同時(shí)通過增加樁數(shù)，以盡可能減短樁長、降低施工難度。
創(chuàng)新的抗震設(shè)計(jì)與長壽命斜拉索
敢于突破大膽創(chuàng)新是荊岳大橋設(shè)計(jì)與施工的亮點(diǎn)之一。在荊岳長江大橋上，丁望星和他的同事們一起設(shè)計(jì)了長壽命斜拉索，并首次將通常用于飛機(jī)上的外層防護(hù)的氟化膜應(yīng)用到了荊岳長江大橋的長壽命斜拉索的外層防護(hù)上。丁望星說，這種膠帶可以起到防紫外線和防老化的作用，以往通常用于舊橋纜索的修復(fù)，這是首次將這種防護(hù)方案應(yīng)用于新橋建設(shè)。
另外，在斜拉索的橋塔端錨固問題上，大橋的設(shè)計(jì)師們也做了技術(shù)上的創(chuàng)新。他們打破了原有的鋼錨箱或者預(yù)應(yīng)力混凝土錨固技術(shù)，而是采用受力明確、施工便利的鋼牛腿+鋼錨梁錨固技術(shù)；但鋼錨梁不再簡單地采用兩端滑動或者兩端固結(jié)的方式，而是通過計(jì)算，采用施工期一端固結(jié)一端滑動、運(yùn)營期兩端固結(jié)的方式，將絕大部分斜拉索索力轉(zhuǎn)移到抗拉能力強(qiáng)的鋼錨梁上，使橋塔的塔壁混凝土承受拉力大大減小。
高墩工聯(lián)大跨連續(xù)梁的抗震能力之所以相對較弱，是因?yàn)楫?dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)，所有的順橋向水平地震力都將集中在一個(gè)固定墩上，很容易發(fā)生垮塌。而在荊岳長江大橋的北灘橋上，有970米長的長聯(lián)大跨連接梁，針對此段橋梁的抗震設(shè)計(jì)，丁望星和他的同事們采取了雙曲面支座的進(jìn)行減、隔震，即將常規(guī)支座的水平滑動面改為曲面，以將所有的水平地震力均勻地分布到各個(gè)橋墩上；該支座利用一個(gè)簡單的鐘擺原理，當(dāng)?shù)卣饋砼R、主梁位置相對支座發(fā)生了水平偏離時(shí)，由于各墩雙曲支座滑動面均為曲面，便會為主梁提供一個(gè)與水平地震力反向的自恢復(fù)力。
科學(xué)探索大膽試驗(yàn)預(yù)制拼裝箱梁和鋼混結(jié)合段
超寬混凝土梁橋面板和鋼-砼混合梁結(jié)合段混凝土開裂一直是困擾橋梁設(shè)計(jì)師與施工單位的老大難，因?yàn)檫@直接影響到橋梁的耐久性與全壽命。而導(dǎo)致混凝土橋面板開裂的主要原因是現(xiàn)澆混凝土的收縮徐變效應(yīng)，在混凝土梁收縮徐變變形尚未釋放時(shí)便連為一體并參與受力。同時(shí)，鋼和混凝土材料特性差導(dǎo)較大，用兩種不同材料做成的混合梁很難完全“粘合”，因此就會很容易出現(xiàn)裂縫。
在荊岳長江大橋做設(shè)代期間，丁望星大膽試驗(yàn)，采用預(yù)制拼裝的技術(shù)對混凝土箱梁和鋼混結(jié)合段進(jìn)行施工。將混凝土箱梁分段預(yù)制、存梁，將鋼箱梁梁段分節(jié)段制造，然后通過移梁拼接將梁段拼為一體，這樣就避免了橋面裂縫的出現(xiàn)。
丁望星告訴我們，在荊岳大橋的設(shè)計(jì)施工中，他對預(yù)制箱梁的要求之一是必須在自然條件下存放三個(gè)月以上，讓其完成自身的收縮變形之后才可以使用。這是因?yàn)轭A(yù)制箱梁的張拉期一般為七天，存放三個(gè)月足以讓預(yù)制箱梁完成收縮變形，可以保證拼接后橋面不會出現(xiàn)裂縫。
丁望星信心滿滿的說，現(xiàn)在來比較預(yù)制與現(xiàn)澆工藝，對混合梁鋼混結(jié)合段哪個(gè)更好似乎還為時(shí)過早，但是我們不怕時(shí)間的檢驗(yàn)，我們希望通過時(shí)間的檢驗(yàn)來驗(yàn)證我們的工藝并將其推廣，從而解決橋梁建設(shè)中的難題。
著眼未來的可控性設(shè)計(jì)
由于荊岳長江大橋跨度大，拉索長，各部位受力行為變化較大，橋梁受力情況必須做到可控。在荊岳大橋的設(shè)計(jì)與施工中，可控性設(shè)計(jì)體現(xiàn)得十分明顯。比如，在施工中通過布置測點(diǎn)來觀測橋的受力和線形狀況。
在施工控制過程中，丁望星和他的同事們擯棄了傳統(tǒng)的應(yīng)力和線形控制法，采用了獨(dú)創(chuàng)的自適應(yīng)無應(yīng)力構(gòu)形法。就是把橋梁主要受力構(gòu)件進(jìn)行構(gòu)形，反算橋梁各構(gòu)件無應(yīng)力時(shí)候的狀態(tài)的形狀和尺寸，按照無應(yīng)力狀態(tài)的的形狀和尺寸進(jìn)行構(gòu)件制作。自適應(yīng)是指既可以適應(yīng)現(xiàn)場氣候的變化，也要適應(yīng)制造上的誤差。自適應(yīng)無應(yīng)力構(gòu)形法的好處是可以提前預(yù)測構(gòu)件在施工現(xiàn)場的尺寸和空間位置，不需要在現(xiàn)場調(diào)整構(gòu)件標(biāo)高和空間位置，所有的誤差都可以通過預(yù)測來預(yù)先調(diào)整。
可控性設(shè)計(jì)不僅體現(xiàn)在施工過程中，還體現(xiàn)在橋梁建成后。即為整座大橋建立長期健康監(jiān)測系統(tǒng)，并在塔柱、混凝土箱梁等地方設(shè)置了使用壽命較長的光纖傳感器。不僅可以掌握橋梁的健康狀況，還可以及時(shí)指導(dǎo)維修。這樣不僅方便了后期維護(hù)，也能夠延長橋梁的使用壽命。
此外，橋梁的可控性還表現(xiàn)在其后期維修方面。比如，在所有高度達(dá)到十米以上的橋墩都設(shè)置了爬梯，每個(gè)橋墩都設(shè)了一圈檢修平臺，鋼箱梁每隔45米在斜底板設(shè)置的人孔，便于維修人員從橋下進(jìn)出。同時(shí)，設(shè)計(jì)師們還在箱梁底部設(shè)置了可移動的檢修車，基本上主梁每個(gè)部位都可以到達(dá)，以便維護(hù)檢查。橋塔的內(nèi)部設(shè)置了爬梯、電梯，可以到達(dá)橋塔每個(gè)部位。這些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)都將會更好地服務(wù)于荊岳長江大橋通車后的維護(hù)工作。
四年設(shè)代付出與收獲并重
2006年—2010年，將近四年的光陰，說起來不算太長，但對丁望星而言，卻是一個(gè)重要的階段。四年間，從4歲到8歲，從幼兒園到小學(xué)，女兒已經(jīng)經(jīng)過了人生起始中彌足珍貴的啟蒙階段，而丁望星卻沒能陪女兒共同走過。
丁望星說，“我感到很遺憾。四年里，常駐在工地上，沒有陪女兒慶祝一個(gè)生日，沒能夠抽出時(shí)間來陪女兒一天。對家庭，也照顧得很少，所以，我很感謝妻子及家人的包容與支持，虧欠她們的只能以后再補(bǔ)了。”
然而四年的設(shè)代生活也讓丁望星收獲了很多。他說：“四年中，我與施工方朝夕相處，更深入地了解了施工工藝和遇到的難題，并積極尋求解決之道，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，這些對一個(gè)設(shè)計(jì)師而言，都是非常寶貴的財(cái)富。”說著，丁望星的臉上露出了欣慰的笑容。
“有時(shí)，一線的工程師會有很多抱怨，覺得沒人認(rèn)為他們是英雄。其實(shí)，作為一個(gè)設(shè)計(jì)師，雖然一線的日子很苦，但這是一個(gè)必經(jīng)的階段，因?yàn)闆]有經(jīng)歷就沒有體會和收獲，就談不上進(jìn)步。所以，做我們這行，一定要耐得住寂寞，不能急功近利?，F(xiàn)在，我們院工程很多，給工程師的機(jī)會也很多，所以，我很有信心。”最后，丁望星認(rèn)真地說。
初夏的6月，小雨蒙蒙。在輕煙細(xì)雨的籠罩下，荊岳長江大橋顯得尤為亮麗、壯觀。為了確保大橋在今年年底竣工通車，工人們正在進(jìn)行緊張的施工和其它掃尾工作。
作為湖北隨州至岳陽高速公路的核心工程，通車后的荊岳長江大橋?qū)⑦B通京珠復(fù)線，大大縮短湘鄂兩省的直線距離，加強(qiáng)武漢城市圈與長株潭城市群的對接，為鄂、湘兩省的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展打造一個(gè)騰飛的平臺。
