小暑刚过,黄河畔暑气蒸腾,安罗高速黄河特大桥的银白钢壳索塔如“银樽”直抵182米高空。这座雄踞黄河的大桥,是全国首座无纵筋钢混组合塔,以剪力键及剪力钉替代传统纵向钢筋,实现钢壳与混凝土协同受力。历经四载攻坚,这座“创新桥”即将实现通车的愿景,讲述着二航建设者从破釜沉舟的构想,到铸就毫米级精度的传奇故事。
故事的开端,源于四年前的一次对“枷锁”的挣脱。
另辟蹊径断“筋”求变
2021年初,南京长江五桥工地的寒意尚未散去,河南安罗高速黄河特大桥项目负责人陈成带队怀揣着对国内首个钢壳混凝土索塔的敬意,前来取经。
然而,在近距离观察这座巍峨索塔后,陈成和设计团队的心头蒙上了一层阴影:狭窄的塔腔内,密集的受力钢筋如同盘根错节的丛林,而混凝土浇筑时的水化热高达80度,工人们需要在此处进行着穿筋、定位、固定等高强度作业,施工难度极大。
钢壳混凝土索塔就像一只精心打造的双层保温杯:外层锃亮的钢壳是坚硬的“外壳”,而内部浇筑的高强混凝土则是“内胆”,用自身的抗压能力撑起整个结构。
陈成负责的黄河特大桥正是采用这种索塔结构,在这样一个相比南京五桥更高、更窄的变截面曲形塔中,安装如此复杂的钢筋,风险和难度岂不倍增?这下,所有人的心里都打起了鼓。
“能不能把纵筋去掉,让外层钢壳与混凝土协同受力?”陈成在第一次技术研讨会上提出这个颠覆性的构想时,会议室的空气几乎凝固。这个大胆的“无筋骨”的设想,立刻引发了激烈的讨论。
设计方指着简要的索塔截面图,略有迟疑:“全世界尚且没有无纵筋索塔的成功先例,我们的钢壳能撑得住整座大桥吗?”
新设想的论证需要坚实的理论和实践支撑。2021年的郑州设计院成了陈成和设计团队的“创新根据地”。
“项目建设之初,我们就决定要深度参与前期设计,特别是针对索塔这类核心结构,我们必须从设计上就把施工的‘痛点’彻底化解。”陈成目光坚定,“多亏了孟大师和杨局的专业指点,我们才能有勇气解决‘卡脖子’难题。”
孟大师,正是缔造港珠澳大桥的总设计师孟凡超,而杨局,则是中交二航局建设了近20座大桥的建桥明星杨志德。在这间小小的平房里,两位桥梁巨匠围绕着“障碍钢筋变形风险”“无纵筋结构的可靠性”“钢壳与混凝土的脱空率”等核心难题展开了反复推演。
“传统的索塔是用钢筋当‘骨架’,现在我们要用钢壳当‘铠甲’。”孟凡超边说边画着受力图,“现在的关键是要找到纵筋的替代品。”
“这银白色的钢壳本身就是结构件,如果再配上剪力钉,未必撑不住。”杨志德补充道。
与此同时,西南交通大学的实验室成了关键的验证场,项目部和实验室通力合作,通过模型测试无纵筋的内、外钢壳,是否能通过剪力钉等构件,紧密结合在一起。缩尺模型承受着千钧重压,测试无纵筋状态下钢壳与混凝土的协同受力,海量的试验数据源源不断地反馈回来,为理论模型提供实证。
在第二次技术研讨会前,陈成拿到了西南交通大学的试验结果,他兴奋地冲着众人说道:“按照实验室的测算,这种结构,能行!正式施工前,我们现场浇筑试验段,再测试一次!”设计院的项目负责人顿时喜笑颜开,双手重重锤在桌上,一锤定音,“改!就按无纵筋的来。”
第三次会议上,设计图纸已初现雏形,陈成仔细研究设计图纸后,发现原设计为6毫米厚的钢壳内壁,面对混凝土巨大的侧压力和浇筑冲击,极易变形、失稳。“必须加厚!加到8毫米!”基于详实的数据和共同的判断,技术团队当即修改图纸。
当最终版设计图纸打印出来时,曾经索塔内密布的纵筋消失了,取而代之的是密密麻麻的36万个连接构件,如同给银白钢壳内侧装上了无数只“抓手”,让这座“银樽”既有外在的素色之美,更有内里的筋骨之力。
蓝图落地精雕细琢
蓝图已绘,如何让这钢铁“银樽”从纸上跃入云霄?
2022年6月的一天晚上,项目部试验段工地灯火通明。一个2米高的钢壳节段静静立在支架上——这是世界桥梁史上首次无纵筋钢壳混凝土索塔的“试金石”。首先要攻克的,是如何让钢壳与混凝土紧密相拥,却不破坏“银樽”的完美肌理。
“钢壳-混凝土脱空率”成了那段时间的高频词汇。钢结构与混凝土的特性迥异,稍有温差就会产生空隙,让银白色的钢壳下藏着看不见的裂痕。
这种索塔结构此前无先例可循,脱空率的检测方法也无人提及。项目部立刻找到了河南中钢检测集团的专家,在他们的建议下,超声波与热成像技术被紧急推上试验台,两种技术双管齐下,超声波捕捉内部空隙,热成像追踪温度异常区。经过数十次的检测,项目部发现,当加快振捣频率,避开高温时间吊装时,钢板和混凝土的脱空率最小,能够融为一体,扛得住大桥重压。
而真正的考验始于T1节段的吊装。如何让这个124吨的庞然大物,实现毫米级的精准对接,成为项目团队一直困扰的难题。设计图T1节段有14个“钢腿”作为定位支座,若逐一安装,测量的误差将如雪球般累积。时任工程部长梁浩和项目团队反复讨论后,大胆拍板:将14条“钢腿”与T1节段在地面焊接成一个整体,一次吊装到位!
新的问题接踵而至:如何将连接承台基础与索塔的高强螺纹钢棒精准穿入?常规做法是自上而下穿棒,但超长的钢棒极易损伤索塔顶板结构。就在一筹莫展之际,项目技术负责人贺江平提出了“逆向思维”——“从下往上顶升”:利用千斤顶在毫厘之间将庞大节段稳稳托起,让钢棒如同穿针引线般,自下而上精准插入预定孔位。
2022年7月12日,当龙门吊将T1节段吊至混凝土支墩上方时,阳光洒在银白色钢壳上,如同给这座“银樽”描上精准的轮廓线。工人操纵着千斤顶将节段缓缓下放,每厘米的移动都伴随着实时报数。
“左偏1毫米!”
“前移2毫米!”
在一声声精准的指令与调整中,T1节段最终稳稳落在临时支墩上,误差也成功控制在2毫米内。
铸就毫米级精度的核心秘诀,正是项目部创造的“1+1”竖向预拼装模式,其原理如同拼装巨型积木。正式吊装前,工人会把这两段“积木”搬到地面的“试玩区”,利用加长双头螺纹杆调节积木倾斜度,使两者在地面就能实现严丝合缝的精准对接。
“最后一节段吊装完成后,我们进行过测量,全桥36个节段,误差不超过3厘米!这是我们团队的心血之作!”梁浩自豪地说。
伫立黄河岸边,这座“银樽”索塔,承续着商代青铜酒樽礼敬天地的古老信仰,以素色之姿,承托着中国建桥人跨越江河的智慧,为未来铸就新的工程丰碑。(徐梦颖)