手機版|
二維碼|
關于中國橋梁界追求“之最”和“第一”的反思
前不久，交通運輸部副部長馮正霖談橋梁耐久和安全的文章，以及去年在港珠澳大橋建設項目管理研討會上的講話，都強調建百年大橋，保障設計壽命，也提到如何理解創新和如何看待“世界第一”等話題，這引起了我的思考。
國際同行的疑問
2009年5月，在上海參加了“當代大橋”國際研討會后，部分國外代表參觀了中國各地的新建大橋。在他們離滬回國時，國際橋協的領導曾問我：“為什么在中國長江內河航道上要建造那么多千米級的懸索橋和斜拉橋？為什么一些老橋跨度不大，而附近的新橋的跨度卻增大了好幾倍？你們長江航道的通航要求是如何定的？”
我一時語塞，不知如何回答才好，只能說：“中國橋梁界喜歡追求跨度的超越，一些官員也鼓勵這樣做，這可能是一個誤區。”
在國外，除了跨海工程要考慮大跨度懸索橋外，其余的內河航道如歐洲的萊茵河、多瑙河、塞納河、易北河等，除下游河口段以外，航道等級約在1000噸至5000噸級之間，因而大都采用斜拉橋、拱橋或鋼箱梁橋方案。
英國的塞佛恩（Severn）橋和福思（Forth）橋都是在上世紀六七十年代建造的跨越海灣的懸索橋，但在以后修建Severn二橋和Forth二橋時則都改用了更經濟的分孔通航的三塔斜拉橋。
在2011年國際橋協的倫敦會議上，專題介紹了新建的蘇格蘭福思二橋，該橋位于1964年建成的跨度1006米的福思一橋邊上，是一座三塔2×650米的斜拉橋，以滿足日益增加的交通需求，而沒有再建一座懸索橋。
斜拉橋是大跨橋梁主流
斜拉橋的跨越能力現已突破了千米，甚至還有增大的潛力，并且由于其剛度、抗風性能、拉索可更換、施工簡便、無錨碇等方面的優越性，在近年來的國際跨海工程方案競賽中，斜拉橋方案都優于懸索橋而被采用。如希臘Rion-Antirion橋，水深65米，通航18萬噸海輪，又位于強震區，最后采用法國設計的多塔多跨560米斜拉橋。
在2011年國際橋協IABSE倫敦會議上，丹麥COWI公司的L.Hauge先生所作的關于“大跨度橋梁的發展趨勢”的大會主旨報告中也談到了斜拉橋和懸索橋的比較。他認為在1200米以下的跨度斜拉橋占優，超過1200米的跨度，斜拉橋將受到塔高和長索的限制，錨碇條件有利的懸索橋將會占優。
日本Nagai教授的報告認為自錨式斜拉橋跨度的極限在1200到1400米之間。如采用部分地錨斜拉橋，極限跨度還可延伸至1600米，當懸索橋的錨碇只能設在水中，則斜拉橋方案仍有競爭力。
根據同濟大學肖汝誠等人所著《纜索承重橋梁各種體系比較》一文的結論：當錨碇條件為岸上巖石時，跨度超過900米的懸索橋就會占優；對于岸上軟土錨碇，則跨度1100米以上才對斜拉橋占優；而對于淺水錨碇，懸索橋的競爭力將大大降低(初步估算在1600米以上才會占優)。可見，三方面的研究結論是基本一致的。
Hauge先生在主旨報告中還提到COWI公司正在規劃中的德國和丹麥之間費曼恩海峽工程的最新優化成果。他認為采用三塔雙跨724米的斜拉橋方案就能滿足26萬噸航道的要求，與1600米跨度的懸索橋方案相比，由于施工期短和對環境影響小，是更有吸引力的選擇。
由此可見，即使對于30萬噸級的海峽通道，采用分孔通航的跨度800米的多塔斜拉橋將比合孔通航的超大跨度深水錨碇懸索橋更為經濟合理，也對隧道方案更有競爭力。這也就是我在《對臺灣海峽工程橋梁方案的初步思考》一文中的觀點。
可以說，斜拉橋已成為當代大跨度橋梁的主流橋型。據國外雜志報導，泰國湄南河、越南湄公河和印度孟買的新建大橋也都是斜拉橋，它在200至1200米的跨度范圍都有競爭力。而且，可靈活采用獨塔、雙塔和多塔的布置方式以跨越300米直至幾公里長的大江和海峽。多孔斜拉橋采用分孔通航的方式，避免了為設置陸上錨碇而被迫加大懸索橋跨度的傳統做法，是更為經濟合理的方案。
我國內河橋梁跨徑合理性存疑
根據我多年來參加方案設計評審會的經驗，中國大橋追求跨度第一之風原因是多方面的，但通航凈寬標準的不合理，可能是很重要的誘因，它迎合了橋梁界追求跨度的沖動，使橋下凈高和凈寬不成比例，并為失去比例美的大跨度懸索橋得以通過評審而實施提供了“依據”，但卻完全背離了國際常規，因而引起了外國同行的質疑。
按照橋梁概念設計的基本原則，為滿足通航要求設置通航孔橋是首要的考慮。一般來說，內河航道應根據水深條件進行分級，定級后的通航標準應列入規范。在同一等級的航道上建橋，通航孔的大小應相差不大，只是按不同的河勢情況有小的調整，如果相鄰橋梁的通航孔跨度相差懸殊，反而會使人費解。
一個事實是，從南京到武漢的長江中游，為內河一級航道，通航5000噸內河輪船。1967年建成的公鐵兩用南京長江大橋采用多跨160米的雙層桁架方案，基本滿足了凈高24米凈寬150米的通航要求。武漢以上至宜昌的長江上游河段降為3000噸的二級航道，通航要求為18米凈高和120米凈寬，同樣是公鐵兩用的武漢長江大橋采用多跨128米的雙層桁架橋也是合理的選擇。
改革開放以來，我國開始興建大量跨越長江的公路大橋，適當增大跨度以減少橋墩和船撞的風險是必要的。但由于凈高要求不變，南京以上直至宜昌的通航孔跨度應限制在500米以內為宜，以控制橋下通航凈空的寬高比在適當范圍內。一般上下行船只應分孔通航，如因航道不穩定可增設一些通航孔，也不宜強制要求上下行船只必須合孔通航，甚至要求一跨過江，從而造成嚴重的比例失調。分孔還是合孔通航應由橋梁的經濟性來確定。
南京以下的長江下游航道因水深條件和海輪進入內河轉駁貨物的需要提高為5萬噸級，通航凈高為50米。江陰大橋以下至長江口河段則考慮長江口航道疏浚后的水深，預留了10萬噸級的需要，通航凈高加大到60米。
現在看來，除江陰長江大橋因地形特殊必須采用一跨過江的懸索橋外，其余的如潤揚大橋和正在建設中的泰州長江大橋都可以采用更為經濟合理的斜拉橋方案。
據說，首次采用三塔懸索橋體系構想的智利Chachao橋，COWI公司也已改用更經濟的三塔千米級的斜拉橋，以避免中塔處主纜的抗滑難題，并保證大橋的剛度和抗疲勞強度等基本性能。
綜上所述，除了中國沿海跨海連島工程中為避免深水基礎的施工難度和高昂造價需要考慮超大跨度的懸索橋方案外，其他內河（長江各支流和珠江流域）均應優先考慮斜拉橋方案。山區地形和地質條件有利時，更應優先考慮經濟性更好的拱橋，慎用甚至不用價格昂貴、施工復雜、主纜又不能更換的懸索橋。
希望橋梁設計部門在確定通航要求時要實事求是，切忌任意夸大標準，從而造成追求跨度“第一”的不良后果。
讓設計回歸創新和美學
美國國家工程院院士、著名橋梁專家鄧文中先生曾在《橋梁跨徑——世界紀錄的競賽》一文中，回顧了各類橋梁跨徑的發展過程，也理解橋梁工程師對設計破紀錄橋梁的追求和渴望。
鄧先生認為：“我們現在還遠未達到懸索橋最大跨徑的極限，然而我們不能為創造紀錄而不考慮經濟因素。”他最后說：“與其考慮如何設計更大跨度的橋梁，不如將更多精力和創造力放在如何設計出品質更高、造型更漂亮的橋梁上。”因為，“跨度的世界紀錄并不是技術領先的標志”。我十分贊同他的意見。
馮正霖副部長的話更應當引起我國橋梁工程師，特別是橋梁設計大師和總工程師們的深思。要正確理解概念設計的精髓，對過去所設計的橋梁進行認真的反思，走出盲目追求“之最”和“第一”的誤區，讓設計回歸到對“創新、質量和美學”的追求上來，同時還要重視橋梁的經濟性和耐久性。
浙公網安備33010602010467號