湖南橋梁技術(shù)發(fā)展的回顧與展望
2015-03-26
橋梁是隨著經(jīng)濟發(fā)展帶來的交通需要和經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的可能而發(fā)展的[1]。二十世紀世界橋梁技術(shù)發(fā)展突飛猛進，百花齊放，形成了完整的設(shè)計施工理論體系。我國橋梁技術(shù)緊跟世界橋梁技術(shù)發(fā)展的潮流，逐步形成了完備的設(shè)計理論、設(shè)計方法，施工技術(shù)和科研體系；建成了近百萬座橋梁工程，其中還包括大量令世人矚目的具有世界第一的橋梁工程。特別是從上個世紀八十年代至今，伴隨著國家經(jīng)濟的跨躍式發(fā)展，我國路橋建設(shè)正在以前所未有的高速度和高質(zhì)量向前發(fā)展。湖南路橋建設(shè)者緊緊抓住了這一機遇，與時俱進，努力開拓，不斷創(chuàng)新，在各個不同時期建成了大量頗具特色的橋梁工程，推動了我國橋梁設(shè)計、施工、科研及監(jiān)控的技術(shù)進步，在拱式體系、梁式體系、懸吊體系等各種橋型方面均取得了驕人的成就，提升了我國橋梁建設(shè)的技術(shù)水平，為我國躋身世界橋梁建設(shè)先進行列作出了重要貢獻。
1. 拱式體系橋梁
拱橋是最古老也是我國最常用的一種橋梁形式，其式樣之多，數(shù)量之大，為各種橋梁之冠。湖南地處我國中部，多為山嶺重丘區(qū)或平原微丘區(qū)，尤其適合拱橋的修建。二十世紀中頁以來，湖南修建了大量的拱橋，包括石拱橋、雙曲拱橋、鋼筋砼肋拱橋、箱拱、桁架拱、剛架拱，還有鋼管砼拱橋等各種橋型，在拱橋的架設(shè)技術(shù)、設(shè)計理論等方面取得了令人矚目的成就。
1.1 石拱橋
1959年由交通部攻關(guān)組和湖南省公路部門合作，在湘西北石門至清官渡公路上建成了單孔跨徑60米的黃虎港橋，使雄居世界石拱橋跨徑榜首1300多年的趙州橋，終于退居次席，并且在石拱橋的設(shè)計和施工工藝上積累了寶貴的經(jīng)驗［2］。石拱橋主要采用粗料石和塊石，施工方法一般為滿布式木拱架上砌筑，深水河床上則采用先吊裝夾板拱架，再在其上砌筑拱圈。上世紀六十年代后期，中小跨徑的石拱橋則大量采用小石子砼砌片石構(gòu)成。石拱橋由于能就地取材、施工簡便成為國家經(jīng)濟困難時期橋梁的重要橋型結(jié)構(gòu)，湖南在這一時期相繼建造了多座石拱橋。
石拱橋建設(shè)的最高成就首推位于湖南省鳳凰縣沱江源頭烏巢河峽谷上的烏巢河大橋（見圖1）。設(shè)計者因地制宜，就地取材，綜合應(yīng)用和發(fā) 圖1 烏巢河大橋
展了中國近20多年來建設(shè)石拱橋的經(jīng)驗，建成橋?qū)?m、主跨120m，全長241m的雙肋石拱橋。 其拱上建筑布置為9孔13m的腹拱，主拱圈由兩條分離式矩形石肋和8根鋼筋混凝土橫系梁組成，采用20MPa的小石子混凝土砌塊石；肋寬2.5m，高1.6m。拱軸線為m=1.543腹懸鏈線，拱矢度1/5，拱肋為等高變寬度。該橋橫向穩(wěn)定視拱肋為桁架組合壓桿進行計算，從而結(jié)構(gòu)輕巧。該橋于1990年建成通車，是當(dāng)時世界最大跨徑的石拱橋。
1.2 雙曲拱橋
雙曲拱橋是上世紀六十年代江蘇省無錫橋梁建設(shè)者首創(chuàng)的一種橋型，它結(jié)構(gòu)簡單、化整為零，能預(yù)制拼裝、施工速度快。交通部1965年在我省輕臺坦拱橋梁經(jīng)驗交流會議上推廣這種橋型，隨后在全省掀起了推廣應(yīng)用的高潮，并于1967年在中華民族始祖的靈寢之地炎陵縣建成了主跨108.45m，當(dāng)時國內(nèi)最大孔徑的雙曲拱橋紅星大橋。其特點為橋高65m，拱肋采用6次拋物線支架現(xiàn)澆施工，拱上構(gòu)造為向日葵式跨徑24.50m的三鉸雙曲拱。大橋的順利建成為我省大跨徑雙曲拱的設(shè)計、施工取得了經(jīng)驗。
我省最大跨徑的雙曲拱橋為1974年建成通車的主跨116m，墩高達86m的湘西古丈羅依溪大橋。該橋最關(guān)鍵的技術(shù)問題是：（1）限于當(dāng)時的吊裝能力，要解決在滿足裸肋吊裝、合攏過程中縱、橫向穩(wěn)定安全的前提下，減少拱肋自重的問題，最后決定采用薄壁槽形鋼筋砼拱肋（合攏后填滿砼），并經(jīng)模型試驗取得成功；（2）百米以上跨徑大跨徑雙曲拱，拱肋五段吊裝合攏工藝。大橋的建成為我省形成了一套較為完善的纜索吊裝五段合攏工藝。
長沙湘江大橋（見圖2）可以說是雙曲拱橋的經(jīng)典之作。該橋全長1532m，跨江部分正橋長1156m，荷載標準為汽車－20；掛車－100，橋?qū)?0m，上部構(gòu)造為鋼筋混凝土空腹式雙曲拱，跨徑組合8x76m+9x50m ，引橋上部結(jié)構(gòu)也是雙曲拱，并從8號墩南側(cè)成78度角建一座282m支橋連接橘子洲，于1972年建成通車。全橋僅用一年就建 圖2 長沙湘江大橋
成通車，如此快的建設(shè)速度，即使今天仍然讓人吃驚。該橋?qū)蛄杭夹g(shù)發(fā)展的主要貢獻在于完善了雙曲拱橋計算分析理論，發(fā)展并成熟了無支架纜索吊裝工藝。該橋的建成，將我國雙曲拱橋的建造技術(shù)推到近乎完美的高度。“雙曲拱橋溫度應(yīng)力的設(shè)計方法”，“雙曲拱橋連拱簡化計算方法”，“雙跨連續(xù)纜索無支架吊裝” 等三項成果獲1978年湖南省首屆科學(xué)大會獎。 1978年中國郵票總公司為此專門發(fā)行了T31郵票小型張。1980年獲第一屆國家優(yōu)秀工程設(shè)計金質(zhì)獎。
1.3 鋼筋砼肋拱橋
1961年建成的湘潭湘江大橋為8x60m鋼筋砼肋拱橋，全長605.22m，它是我省湘江上第一座公路大橋，也是當(dāng)時全國具有代表性的橋梁。解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是采用帶鋼筋砼刃腳的木浮運沉井施工深水基礎(chǔ)（枯水期最大水深達8.50m）；通航孔采用浮船鷹架上拼裝三鉸鋼拱架，拱架就位后，再在其上安裝預(yù)制拱肋塊件。該橋的設(shè)計、施工達到當(dāng)時國內(nèi)先進水平，并帶動了拱橋向輕型化發(fā)展。
1.4 鋼筋砼箱形拱橋
隨著交通的發(fā)展和橋梁跨度的不斷推進，70年代橋梁建設(shè)者在石拱橋、鋼筋混凝土肋拱橋的基礎(chǔ)上，開發(fā)了結(jié)構(gòu)整體性強、截面抗彎能力大、吊裝穩(wěn)定性更好、預(yù)制裝配化程度更高的鋼筋砼箱型拱橋。
我省第一座鋼筋砼箱形拱橋為1977年建成的主跨4x70m金竹山資水大橋，隨后修建了主跨為5x76m的張公廟澧水大橋，主跨為5x70m石門澧水大橋等，其中規(guī)模最大的箱形拱橋是1992年建成的主跨為8x96m廣西平南西江大橋。
受鋼筋砼肋拱橋的啟發(fā)，1991年建成的主跨為3x80m的冷水江資水大橋是我省首座鋼筋砼箱形肋拱橋。具有代表性的是1993年建成的瀘溪沅水大橋，為3x100m鋼筋砼箱形肋拱橋。它結(jié)構(gòu)輕巧，用料省，用三段吊裝完成100m跨徑箱形拱肋的架設(shè)，并為巖溶發(fā)育地質(zhì)內(nèi)復(fù)雜基礎(chǔ)工程的處理積累了成功的經(jīng)驗。1989年建成的主跨為133m五強溪沅水大橋是我省最大的箱形拱橋。該橋的突出特點是在國內(nèi)首次采用斜拉扣掛方法配合纜索吊裝施工安裝貝雷鋼拱架，再在帶斜拉索的貝雷鋼拱架上安裝箱拱預(yù)制塊。
1.5 鋼管砼拱橋
鋼管砼拱橋是廣大橋梁工作者對拱橋輕型化、現(xiàn)代化的大量探索之后，找到的一種新型拱橋結(jié)構(gòu)。鋼管砼將鋼材和混凝土有機的結(jié)合在一起。在受力方面，一方面借助內(nèi)填混凝土提高鋼管壁耐側(cè)壓穩(wěn)定性，另一方面，通過鋼管對混凝土的緊箍力作用提高核心混凝土的承載力，因此兩種材料優(yōu)勢互補，材料得到充分的利用。在施工方面，空鋼管架設(shè)吊裝重量輕，工廠化程度高，又可作為施工支架和內(nèi)填混凝土的模板，施工用鋼量省，而且工廠化、工業(yè)化水平高，加快了施工的速度。由于在材料性能和施工方法上的優(yōu)越性，將其應(yīng)用于以受壓為主的拱橋之中十分合理，它對于橋梁結(jié)構(gòu)節(jié)約材料、減輕自重、提高跨越能力、方便施工、縮短工期有著積極的意義。
正由于鋼管砼拱橋具有自架設(shè)的施工優(yōu)勢及鋼—砼共同受力的性能優(yōu)勢，這種橋型日益顯示出其強大的生命力。我省自上世紀80年代以來，陸續(xù)修建了多座鋼管砼拱橋，包括主跨2x80m的資興鯉魚江大橋、主跨3x88m的邵陽西湖大橋、主跨3x92m的衡南湘江大橋、主跨2x100m的桃源沅水大橋、主跨108m的益陽三橋、主跨162m的黑石鋪湘江大橋和主跨368m的益陽茅草街大橋，資興鯉魚江大橋為我省第一座鋼管砼拱橋。值得一提是1999年建成的邵陽西湖大橋，主跨為3x88m連續(xù)鋼管砼下承式系桿拱，該橋在國內(nèi)首次采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)作為連續(xù)剛性系桿，采用頂推工藝施工建造鋼管砼拱橋。目前我省已建成的最大跨徑鋼管砼拱橋為主跨200m的王村酉水大橋。
益陽茅草街大橋是目前正在施工的世界最大跨徑的飛鳥式鋼管砼系桿拱橋（見圖3）。主跨采用80m+368m+80m三跨連續(xù)自錨中承式鋼管砼系桿拱橋，主橋長528m。邊跨、主跨拱腳均固結(jié)于拱座，邊跨曲梁與邊墩之間設(shè)置軸向活動支座，在梁邊跨端部之間設(shè)置鋼絞線系桿，通過邊拱拱肋平衡所產(chǎn)生的水平推力。全橋橋面寬度為16.0m。主拱拱肋采用懸鏈線無鉸拱，計算跨徑356.00m，計算矢高71.20m，矢跨比1/5，拱軸系數(shù)m=1.543。該橋主橋 圖3 益陽茅草街大橋
于2002年7月開工，預(yù)計2005年6月完工。
鋼管混凝土拱橋已在我國走過了20多年的發(fā)展歷史，無論是其應(yīng)用規(guī)模，還是跨徑增長的速度都是驚人的，然而鋼管混凝土拱橋設(shè)計計算理論還有諸多問題有待進一步深入研究。依托該橋我們正進行交通部西部交通建設(shè)科研課題“鋼管砼拱橋設(shè)計、施工及養(yǎng)護關(guān)鍵技術(shù)研究”，針對鋼管砼拱橋這一新型結(jié)構(gòu)的本構(gòu)關(guān)系、收縮徐變、設(shè)計方法、設(shè)計理論、構(gòu)造準則、控制技術(shù)以及養(yǎng)護和維修、健康診斷監(jiān)測等展開全面的試驗和理論研究，旨在形成鋼管砼拱橋設(shè)計、施工與養(yǎng)護成套技術(shù)，為鋼管砼拱橋設(shè)計規(guī)范與施工規(guī)范的制定尋找理論與實踐依據(jù)。
1.6 其它
剛架拱橋的桿件數(shù)量少，自重輕，用料省，對地基承載力要求比其它類型拱橋低，采用有支架吊裝施工較方便。我省因地形、水文、地質(zhì)條件修建不多。具有代表性的是1979年建成的雙峰溪口大橋為3x40m輕型剛架橋，采用纜索吊裝施工，此外尚有1988年竣工的辰溪辰水大橋（5x50m）和1992年竣工的衡南泉溪大橋（5x50m）等。
1983年竣工的洞口洪溪大橋為1x40m剛架拱橋，采用有平衡轉(zhuǎn)體施工。是國內(nèi)首次把轉(zhuǎn)體施工方法成功應(yīng)用于輕型剛架拱，1986年竣工的資興游垅橋為1x60m拱橋，是我省唯一的一座采用無平衡重施工的雙曲拱橋，亦具特色。
2003年竣工的長沙瀏陽河黃柏大橋，主跨為2x60m異形（下承式系桿）拱，拱軸線為斜置的對稱軸平行于斜吊桿的拋物線。這種橋型別致，景觀奇異。
2. 梁式體系橋梁
梁橋是以承重構(gòu)件受彎為主的橋梁，按結(jié)構(gòu)受力可分為簡支梁、懸臂梁、連續(xù)梁、T型剛構(gòu)和連續(xù)剛構(gòu)，按截面型式可分為T梁、箱梁、桁架梁等。梁式體系橋梁在我國已形成了完善的設(shè)計方法和施工工藝。除特大跨徑橋梁外，一般梁橋是設(shè)計時優(yōu)先考慮的結(jié)構(gòu)體系。從上世紀八十年代至今，湖南一共修建了幾十座梁式體系的大跨徑橋梁，其中大部分均是連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)。
2.1 頂推連續(xù)梁
頂推連續(xù)梁橋的特點是施工設(shè)備占用場地少，預(yù)制箱梁節(jié)段質(zhì)量易控制，施工時不影響橋下通航或通車。我省最有影響的是望城溈江橋（見圖4），為國內(nèi)首創(chuàng)柔性墩多點頂推施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。該橋全長240m，橋?qū)?0m，上部結(jié)構(gòu)為4x38m+2x38m兩聯(lián)等高度連續(xù)梁，主梁采用單箱雙室，梁高2.5m。下部構(gòu)造采用φ1.5m雙柱式柔性墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；全部采用橡膠活動支座。連續(xù)梁采用柔性墩多點頂推法架設(shè)其特點是：（1）頂推梁體時利用水平千斤頂作用于橋墩（臺）頂?shù)姆戳ζ胶饬后w前進時對橋墩（臺）頂?shù)哪ψ枇Γ唬?）傳力為多點、同步；（3）對各千斤頂進行“集中控制，分級調(diào)壓”。該橋于1980年12月建成，1980年在全國第一屆優(yōu)秀工程設(shè)計 圖4 望城溈江橋
評選中獲得了國家優(yōu)秀設(shè)計表揚獎。該橋的建成，推動了橋梁頂推施工技術(shù)的發(fā)展，結(jié)束了單點頂推的歷史，形成了多點頂推法設(shè)計施工的成熟技術(shù)，在后續(xù)的多座橋梁中廣泛采用，并促使頂推跨徑不斷刷新。我省至今共設(shè)計施工了二十多座頂推連續(xù)梁。
1996年我省采用頂推施工法設(shè)計和施工了一座斜拉橋（衡山湘江大橋），1999年又采用頂推技術(shù)設(shè)計和施工了一座鋼管砼拱橋（邵陽西湖大橋），正在設(shè)計的廣東佛山平勝大跨徑自錨式懸索橋采用頂推法完成加勁梁的架設(shè)，使頂推技術(shù)成為了湖南橋梁設(shè)計施工的一大特色。
2.2預(yù)應(yīng)力混凝土懸澆連續(xù)梁
上世紀八十年代后期，預(yù)應(yīng)力技術(shù)從單向發(fā)展到雙向、三向，并采用大噸位預(yù)應(yīng)力體系，推動了梁橋向大跨徑迅速發(fā)展。
2.2.1常德沅水大橋
常德沅水大橋（見圖5）位于湖南省常德市，于1986年10月建成通車，是我省第一座具有現(xiàn)代水平的大跨徑預(yù)應(yīng)力砼橋梁，同時也是當(dāng)時國內(nèi)最大跨徑的預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁。該橋全長1407.86m，主橋為84m+3x120m+84m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，橋面寬19.5m，采用寬翼緣單箱單室橫截面，翼緣懸出長度4.3m。三向預(yù)應(yīng)力配筋，縱向采用大噸位的XM錨具；上部結(jié)構(gòu)箱梁采用懸臂澆筑法施工。主橋墩采用雙臂鋼圍堰施工，施工水深達18m。該橋的重要意義在 圖5 常德沅水大橋
于在國內(nèi)首次試用并完善了大噸位預(yù)應(yīng)力體系和夾片錨具（XM錨）以及輕型懸吊式掛籃，使預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)向大跨度發(fā)展成為現(xiàn)實；在國內(nèi)首次采用了17.60m寬的單箱單室構(gòu)造，使懸澆梁段突破2000kN；雙壁鋼圍堰分節(jié)整體拼裝和回收技術(shù)的形成，促進了橋梁深水基礎(chǔ)施工技術(shù)的完善。該橋于1988年榮獲第三屆國家優(yōu)秀工程設(shè)計金質(zhì)獎。
2.2.2 益陽白沙大橋
益陽白沙大橋是省道1831線跨越沅江白沙河的一座特大型橋梁，大橋總長1577.04m，主橋由11x50m預(yù)應(yīng)力砼頂推梁和90m+150m+90m三孔預(yù)應(yīng)力砼懸澆梁組成，2001年建成通車。 該橋為目前我省最大跨徑的預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋。由于該橋處于洞庭湖區(qū)，在深達100m的范圍內(nèi)均未找到可以作為持力層的巖石地基，因此，設(shè)計采用了長達70m的鉆孔灌注摩擦樁，創(chuàng)造了我省樁基長度之最，同時也開發(fā)了軟土地基上超長樁基設(shè)計施工成套技術(shù)，對湖區(qū)其他橋梁的建設(shè)有著重要的參考意義。另外，該橋為節(jié)省工程造價，加快施工進度，開發(fā)了國內(nèi)最先進的新型斜拉式懸澆掛籃，其自重與懸澆重量比達到了0.2：1。
2.3 連續(xù)剛構(gòu)橋
由于湖南境內(nèi)山區(qū)及水庫較多，連續(xù)剛構(gòu)橋型為這些區(qū)域理想的跨越方式。如1989年建成通車的主跨135m的津市澧水大橋、1991年建成的主跨140m的沅陵沅水大橋（見圖6）和1994年建成的主跨155m的冷水灘瀟湘大橋均為代表之作。
沅陵沅水大橋位于湖南省沅陵縣，跨越沅水。橋址處于五強溪水電站庫容區(qū)內(nèi)。大橋全長767.3m，橋?qū)?6m，主橋采用85m+140m+85m+42m不對稱預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)－剛構(gòu)橋。最高橋墩達52.4m，為雙肢薄壁柔性墩，雙肢中距6.8m，引橋為9孔42m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。該橋主要特點：庫區(qū)橋梁，橋高水深，為避免現(xiàn)澆施工邊跨搭設(shè)高支架，選用不對稱分孔，并用頂推法施工邊段，高空合攏；主橋縱向預(yù)應(yīng)力首次采用3000kN 級以上XM式錨具和橫向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力 圖6 沅陵沅水大橋
設(shè)計；用小噸位千斤頂張拉大噸位鋼索；引橋及邊段多點頂推選用新型盆式橡膠支座，施工時的滑道與永久支座合一；頂推施工中改進水平千斤頂裝置，并用微機控制頂推全過程；基礎(chǔ)采用φ3.5m大直徑嵌巖鉆孔樁。該橋于1991年建成，榮獲1993年省優(yōu)秀設(shè)計一等獎，省科技成果二等獎。
2.4 剛構(gòu)—連續(xù)組合體系
現(xiàn)代公路建設(shè)對運營的舒適性提出了很高的要求，因此在設(shè)計中盡量加大連續(xù)長度、減少伸縮縫，使行車更加平順成為工程師所追從的設(shè)計目標。對具有一定高度的大跨徑長橋采用剛構(gòu)－連續(xù)組合體系能使聯(lián)長很大的橋梁上部結(jié)構(gòu)受力合理，節(jié)省大噸位支座，減少體系轉(zhuǎn)換，節(jié)省投資。
常張高速公路沅水特大橋主孔連續(xù)長度為869.2m。采用74.6m+6x120m+74.6m八孔一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)—連續(xù)組合體系，其中第一、二、三、六、七、八跨采用連續(xù)梁，第四、五跨采用剛構(gòu)，該橋目前為省內(nèi)連續(xù)長度最長的橋梁。在建的還有主跨5x100m全長1878m的臨資口湘江大橋。
3.斜拉橋
世界第一座現(xiàn)代斜拉橋是1955年在瑞典建成的stromsund橋，跨徑為75m+183m+75m，采用了鋼砼組合結(jié)構(gòu)。我國1977年在四川云陽修建了跨徑76m的第一座實驗性斜拉橋－湯溪河橋?，F(xiàn)代斜拉橋僅僅發(fā)展了五十年，其跨徑已超過了800m，正在向1000m跨越,這是梁橋和拱橋難以企及的，是大跨徑橋梁方案的有力競爭者。我省從80年代起開始修建斜拉橋，已建成通車的有長沙湘江北大橋（見圖8）、岳陽洞庭湖大橋（見圖9）、衡山湘江大橋、長永路劉陽河大橋、衡陽湘江三橋、益陽馬跡塘二大橋、湘潭三橋等6座，另外在廣東九江建成了對我國斜拉橋技術(shù)發(fā)展有著廣泛影響的廣東九江大橋（見圖7），在建的尚有株洲建寧湘江大橋、長沙洪山廟大橋。由于湖南湘資沅澧四水河道寬度均在300~400m左右，且通航等級均在Ⅲ級以下，故我省斜拉橋跨度均在400m以下，且多采用預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)。
3.1 廣東九江大橋
1988年建成，位于廣東省南?？h西江上，全長1682m ，主橋由2x160m獨塔混凝土斜拉橋與21孔50m連續(xù)箱梁組成。該橋有多項建造技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，主要包括：（1）采用3m大直徑、變截面深水鉆孔 圖7 廣東九江大橋
嵌巖基礎(chǔ)，最大樁長70m；（2）采用H形斷面、帶有水平隔板的塔柱結(jié)構(gòu)；（3）主梁施工采用5000kN級浮吊逐段直接懸臂拼裝；（4）拉索采用熱擠壓聚乙烯防腐套；（5）長達690m的連續(xù)箱梁，采用在柔性墩上多點頂推法施工；（6）采用伸縮量達56cm的大位移伸縮縫裝置。廣東南海九江大橋是亞太地區(qū)第一座大跨徑獨塔雙面索預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。該橋分別獲得廣東省、交通部、國家教委科技進步一等獎，以及國家科技進步二等獎。
3.2 長沙湘江北大橋
大橋全長3616.66m?？缭较娼闹鳂蛴呻p塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋（105m+210m+105m）和兩側(cè)分別為9x50m和3x50m的連續(xù)梁組成，共長為1025.26m，兩岸引橋總長1330.68m。此外，還有長365.7m的匝道以及894.84m的非機動車道橋。
斜拉橋的主梁為三室閉合箱梁，梁高3.4m，箱梁底寬15m，上緣用4.9m長的懸臂挑出，總寬度30.1m；采用全斷面懸澆施工。橋塔高53.72m，采用倒Y型獨柱結(jié)構(gòu)。扇形單索面布置的拉索采用國產(chǎn)高強鋼絲編成，表面用噴涂鋅鋁合金作內(nèi)防護，然后熱擠PE外 圖8 長沙湘江北大橋
防護層。每塔有15對拉索，索距6.2m，最大拉索力接近6000kN。于1990年12月建成通車，當(dāng)時為國內(nèi)最大跨徑的雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，該橋1993年獲得了國家優(yōu)秀工程設(shè)計金質(zhì)獎。該橋在國內(nèi)首次實施了系統(tǒng)的斜拉橋施工控制，并按恒載內(nèi)力平衡法在國內(nèi)率先實現(xiàn)了一次調(diào)索成功的先例；在國內(nèi)首次采用輕型掛籃實現(xiàn)了主梁箱形斷面一次澆筑成型；首次在國內(nèi)設(shè)計和研究了5000kN斜拉索同時也是我國第一座采用國產(chǎn)預(yù)應(yīng)力高強鋼絲的橋梁。
3.3岳陽洞庭湖大橋［3］
岳陽洞庭湖大橋位于洞庭湖入長江的城陵磯口，全長5747.82m，為當(dāng)時我國最長的內(nèi)河公路橋梁。大橋的建成結(jié)束了八百里洞庭五千年無大橋的歷史，為湖區(qū)建設(shè)、抗洪、戰(zhàn)備提供了第一條快捷通道。大橋主橋是國內(nèi)首座預(yù)應(yīng)力砼多塔斜拉橋，采用三塔四跨預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)主梁漂浮體系空間索，跨度組合為130m+2×310m+130m， 圖9 岳陽洞庭湖大橋
大橋于2000年12月通車，2002年榮獲第十屆國家優(yōu)秀設(shè)計金質(zhì)獎，2004年被評選為“中國十佳橋梁”。
依托工程進行的“多塔斜拉橋新技術(shù)研究”2003年榮獲國家科技進步二等獎。該研究通過全橋模型試驗、索塔節(jié)段模型試驗、節(jié)段模型風(fēng)洞試驗、斜拉索風(fēng)雨振動控制試驗、施工全程實時監(jiān)控等一系列的結(jié)構(gòu)試驗、理論分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對多塔斜拉橋新型結(jié)構(gòu)體系、斜拉橋振動控制、施工工藝及施工控制技術(shù)進行了深入的研究，在洞庭湖區(qū)極其復(fù)雜的水文、地質(zhì)條件下率先實現(xiàn)了不設(shè)穩(wěn)定索和輔助墩的三塔PC斜拉橋結(jié)構(gòu)，理論和實踐上均取得了重大突破，形成了PC多塔斜拉橋設(shè)計與施工成套技術(shù)，填補了國內(nèi)空白，實現(xiàn)了多方面的技術(shù)創(chuàng)新：
（1）首次對多塔斜拉橋這一新型結(jié)構(gòu)體系的基本性能進行了系統(tǒng)研究，實現(xiàn)了混凝土斜拉橋由單塔、雙塔結(jié)構(gòu)向多塔結(jié)構(gòu)的跨越。針對多塔斜拉橋總體剛度低這一關(guān)鍵技術(shù)難題，創(chuàng)造性地提出了跨中壓重等一整套提高多塔結(jié)構(gòu)整體剛度的新方法，以取代設(shè)置昂貴且景觀效果差的超長穩(wěn)定索和輔助墩的模式，并通過全橋模型試驗進行了驗證；
?。?）斜拉橋合理成橋狀態(tài)的研究一直是工程界關(guān)注的問題，常用的方法有最小彎曲能量法、內(nèi)力平衡法等，但簡單的用某種方法均很難取得較理想的結(jié)果。本橋首次提出恒載彎矩可行域的概念，以該可行域作為多塔斜拉橋合理成橋狀態(tài)的主梁恒載彎矩的控制范圍，能快速準確地確定多塔斜拉橋的最優(yōu)成橋狀態(tài)；
（3）顫振導(dǎo)數(shù)的準確測定，是橋梁抗風(fēng)研究最重要的前沿課題之一。本橋在國內(nèi)首次實現(xiàn)了風(fēng)洞試驗測定橋梁顫振導(dǎo)數(shù)的強迫振動法，為我國橋梁風(fēng)洞試驗技術(shù)作出了創(chuàng)造性的貢獻。該項技術(shù)開發(fā)了可調(diào)頻調(diào)幅的強迫振動裝置、專用力傳感器系統(tǒng)和實時數(shù)據(jù)采集與分析軟件。測試穩(wěn)定可靠，重現(xiàn)率達99%以上，速度提高10倍以上。利用該項技術(shù)在國際上首次發(fā)現(xiàn)了鈍體截面的非線性響應(yīng)，具有很高的學(xué)術(shù)價值；
?。?）在國內(nèi)首次開展拉索振動的定量觀測研究，成功開發(fā)和安裝了世界上第一個采用現(xiàn)代磁流變控制技術(shù)的拉索減振系統(tǒng)。該系統(tǒng)可使每根索都處于最佳減振狀態(tài)，為拉索減振開辟了一個新的有效途徑。經(jīng)過對該減振系統(tǒng)一系列的試驗研究，得到了該系統(tǒng)最佳電壓、最優(yōu)安裝高度與支撐方式以及應(yīng)具有的適當(dāng)?shù)淖杂啥葏?shù)和較良好的景觀效應(yīng)；研究數(shù)據(jù)表明，磁流變阻尼器可使阻尼比提高3～6倍，加速度響應(yīng)降低20～30倍。洞庭湖大橋上安裝的該減振系統(tǒng)通過了3年多的運行監(jiān)測，經(jīng)受了多次大的風(fēng)雨振考驗，效果非常好；
?。?）提出了索塔預(yù)應(yīng)力優(yōu)化布置的概念，通過敏感性研究，得到了不同方案優(yōu)化布束的數(shù)值解答，為今后斜拉橋索塔的優(yōu)化布束提供了理論依據(jù)；
?。?）首次采用正裝迭代法確定多塔斜拉橋施工控制參數(shù)，大大簡化了計算過程，提高了效率。同時采用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）的施工現(xiàn)場控制技術(shù)，及時、快捷、準確的對多塔斜拉橋的變位、索力、應(yīng)變、溫度場等進行有效控制，保證了主梁施工過程安全，提高了控制精度；
（7）開發(fā)了適應(yīng)多塔斜拉橋構(gòu)造特點的系列施工技術(shù)，包括自升式高樁鉆孔施工平臺、主動撐索塔施工新工藝、新一代前支點掛藍、無應(yīng)力多跨同時合攏技術(shù)等，其中針對空間索開發(fā)的具有空間轉(zhuǎn)動錨座和水平止推裝置的新一代前支點掛藍，能自動地適應(yīng)拉索空間角度變化、抵抗拉索產(chǎn)生的強大水平分力，設(shè)計新穎，構(gòu)造巧妙，使用方便，具有重大的推廣價值。
多塔混凝土斜拉橋的成功實現(xiàn)，推動了我國橋梁建造技術(shù)的進步，標志著我國斜拉橋設(shè)計建造水平躍上了新的臺階，同時為大江大河上的長大橋梁提供了一種特別經(jīng)濟而美觀的新的構(gòu)造型式，其影響和意義是深遠的。
3.4桃江馬跡塘橋
馬跡塘橋（見圖10）位于湖南省桃江縣的省道線上，是一座3跨連續(xù)的板拉橋，分跨為30.7m+60m+30.7m。
該橋塔柱高僅4.8m，與主梁剛性連接。塔柱截面為0.4mx0.8m，頂端放大以便于布置交叉的索道。拉板呈扇形，每塊板中布置5根24φ5的拉索，上端集中于塔頂，下端分散錨于梁底。該橋是一座試 圖10 桃江馬跡塘橋
驗橋，于1985年10月建成通車。
4.懸索橋
中國懸索橋的發(fā)展歷史古老悠久，公元前250多年四川境內(nèi)就修建了竹索橋，公元前65年在云南出現(xiàn)了蘭津鐵索橋，1938年我國第一座近代懸索橋能灘橋在湖南湘西建成，隨后幾十年我國在懸索橋方面幾乎處于停滯狀態(tài)［4］。進入90年代，主跨452m的廣東汕頭海灣大橋揭開了我國大跨度現(xiàn)代懸索橋建設(shè)的新篇章。但直至本世紀末大跨徑現(xiàn)代懸索橋一直是湖南的空白，原因是多方面的，有地域方面的原因也有技術(shù)經(jīng)濟方面的原因。
4.1洞口淘金橋
洞口淘金橋（見圖11）位于湖南省洞口縣距縣城15km的淘金村。該橋跨越資水上游古樓河的木魚塘峽谷，是一座自錨上承式懸?guī)?。橋長74m，設(shè)計跨徑70m，矢跨比1/9，橋面寬4.5m。該橋于1989年1月建成通車。
該橋上部結(jié)構(gòu)由端錨梁、連續(xù)T梁、蓋梁排架和主索懸?guī)ЫM成。橋面系作為受壓構(gòu)件用來平衡懸?guī)У睦ΑＪ┕るA段通過設(shè)置臨時的隧洞式巖石錨碇，用以錨固兩組由48根φ5鋼絲組成的主索。在預(yù)制懸?guī)Р坌蔚装灏惭b完成后，現(xiàn)澆主柱排架，然后安裝T梁和現(xiàn)澆橫隔板。在澆注懸?guī)Р蹆?nèi)的混凝土后再放松外錨使整個結(jié)構(gòu)形成自錨體系。
4.2佛山平勝大橋 圖11 洞口淘金橋
平勝大橋（見圖12）是佛山市快速環(huán)線跨越平洲水道的特大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁。由于橋位特殊的通航條件，無論采用何種橋型方案，都必須是一跨跨越平洲水道，主跨跨徑都不應(yīng)少于350m。該橋定位為城市亮點工程，既要在觀念上創(chuàng)新，更要突出時代氣息。經(jīng)過多方案論證后，最終采用了獨塔單跨自錨式懸索橋方案。該橋主跨跨徑為
350m，將主塔置于河堤外側(cè)，一跨跨越東平水道，主橋長680.20m，主橋的孔跨布置為：6x40m+30m+350m+2x30m，其中350m主跨采用鋼加勁梁；邊跨和錨跨均采用C50預(yù)應(yīng)力砼 結(jié)構(gòu)。加勁梁橫橋向按分離布置，單幅橋面寬26.10米，兩幅凈間距7.0m，橋梁總寬56m；索塔高142m， 圖12 佛山平勝大橋
整體三柱門式塔柱 ；主纜為4索面，主索鞍布置為22+5.5+22m，主纜垂跨比f/L=1/12.5；主纜設(shè)計最大張力成橋為65731kN，采用48股127φ5.1的鍍鋅鋼絲；全橋設(shè)27對吊索，標準索距為12m。該橋的關(guān)鍵技術(shù):①基于非線性有限位移理論的自錨式懸索橋的基本力學(xué)行為和性能；②自錨式懸索橋不同于常規(guī)地錨式懸索橋的加勁梁和主纜施工安裝方法以及特有的施工控制方法；尋找適應(yīng)于自錨特征的合理成橋狀態(tài)；③主纜強大張力在加勁梁上錨固的合理構(gòu)造形式，以及因此而產(chǎn)生的加勁梁的穩(wěn)定問題；④適應(yīng)強大軸向力（應(yīng)力）和大變位的鋼砼結(jié)合構(gòu)造形式和力學(xué)行為；⑤適應(yīng)強大壓應(yīng)力作用于鋼加勁梁的合理構(gòu)造形式以及由此而產(chǎn)生的局部穩(wěn)定問題；⑥整體式索塔超寬分離式橋面的結(jié)構(gòu)體系的動力性能及由此而產(chǎn)生的風(fēng)致振動。
該橋?qū)τ诩夹g(shù)發(fā)展的重要意義在于結(jié)構(gòu)型式上有大膽創(chuàng)新，在世界上首次設(shè)計采用獨塔自錨懸索橋結(jié)構(gòu)，發(fā)展和完善了懸索橋的結(jié)構(gòu)形式；針對獨塔自錨懸索橋的力學(xué)行為和固有特征，就獨塔自錨懸索橋新型結(jié)構(gòu)進行有益的探索，形成一套獨塔自錨懸索橋的設(shè)計理論和設(shè)計方法；提出采用頂推法施工懸索橋加勁梁的新工藝。該橋預(yù)計2006年建成，將超越主跨300m的日本此花大橋（雙塔）和主跨300m的韓國永宗大橋（雙塔），成為世界第一大跨徑的（獨塔）自錨式懸索橋。
4.3湘西矮寨大橋
正在建設(shè)的吉首至茶洞高速公路（長沙至重慶通道）穿越湘西武陵山脈；矮寨大橋（見圖13）是吉茶高速跨越矮寨鎮(zhèn)的跨山谷大橋，橋位處兩岸地形陡峭勢為絕壁，橋面距谷底深達330m橋位附近是湖南風(fēng)景名勝德夯，橋梁跨越我國公路史上有名的九曲十八彎盤山公路—矮寨盤山公路，從而在我國公路建設(shè)史上形成一道 圖13 湘西矮寨大橋
歷史與未來發(fā)展的風(fēng)景奇觀。
矮寨大橋主跨1580m；索塔高僅60m，置于峽谷兩岸山頭；兩側(cè)錨碇均采用隧道錨，置于433m和66m遠處山體。該橋的關(guān)鍵技術(shù)主要有：①基于山嶺重丘區(qū)大跨度橋梁的施工組織；②超大跨度桁式加勁梁的設(shè)計；③峽谷地區(qū)超大跨度橋梁的風(fēng)致振動；④隧道與隧道錨重合的結(jié)構(gòu)處理。
5.湖南橋梁技術(shù)發(fā)展的展望
5.1 高速公路山嶺重丘區(qū)橋型方案研究
湖南已建高速公路通車里程已近2000km，且大部分處于平原微丘區(qū)。在建或規(guī)劃建設(shè)的高速公路均處于山嶺重丘區(qū)。今后仍應(yīng)加強適應(yīng)山嶺重丘區(qū)的斜、彎、坡及高墩橋型的研究實驗，提出既經(jīng)濟合理又易于維護管理的橋型方案。另外，山嶺重丘區(qū)橋梁的施工組織管理一直是困擾業(yè)界的難題，應(yīng)重點加以研究。
5.2 洞庭湖區(qū)軟弱地基的適應(yīng)橋型方案研究
洞庭湖區(qū)湖相軟弱沉積層一般厚達50m以上，承載力非常低，而湖區(qū)由于泄洪的需要，往往需要采用大跨度的橋型方案。這一對矛盾歷來是困擾湖區(qū)橋梁建設(shè)的難題。今后仍應(yīng)加強適應(yīng)湖區(qū)軟基的橋型方案研究，特別應(yīng)對地基處理技術(shù)、基礎(chǔ)方案、高強輕質(zhì)材料的應(yīng)用及設(shè)計計算理論等方面展開有益地探索和相關(guān)的試驗，以加快湖區(qū)橋梁建設(shè)的步伐。
5.3 鋼—砼組合結(jié)構(gòu)研究
由于我國正處于交通基礎(chǔ)設(shè)施與市政工程設(shè)施建設(shè)的高峰，鋼—砼組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用發(fā)展迅猛，對于鋼—砼組合結(jié)構(gòu)受力性能、施工工藝等方面還處于探討過程之中，仍有許多課題研究有待進行，更為重要的是我國迄今為止還沒有專門的鋼—砼組合橋的設(shè)計與施工規(guī)范，給工程應(yīng)用帶來困難，也制約了鋼—砼組合橋的健康發(fā)展。
此外，我國的鋼管混凝土拱橋修建雖然時間不長，但已有一些橋梁暴露出使用與養(yǎng)護上的一些問題，如懸吊橋面系的整體性較差、吊桿的安全性與養(yǎng)護、鋼管拱肋的防腐等，隨著時間的推移，其養(yǎng)護問題可能更加突出。因此，鋼管混凝土拱橋使用管理與養(yǎng)護方面的研究也應(yīng)及早開展。
5.4 自錨式懸索橋設(shè)計、施工與養(yǎng)護關(guān)鍵技術(shù)
自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)輕巧，不需大體積的錨碇，適宜于地質(zhì)條件較差的地區(qū)；受地形限制少，可以靈活布置為獨塔或雙塔。現(xiàn)有的橋型結(jié)構(gòu)在300—800m范圍內(nèi)缺乏除斜拉橋以外的經(jīng)濟橋型結(jié)構(gòu)，自錨式懸索橋有望成為這一跨度區(qū)域的理想橋型，同時在我國經(jīng)濟發(fā)展的今天，人們對景觀的要求愈來愈高，在滿足景觀需要上自錨式懸索橋?qū)⑹且环N有競爭力的橋型。
自錨式懸索橋由于其結(jié)構(gòu)特點，在體系形成時需架設(shè)加勁梁然后安裝主纜，從而使其設(shè)計理論和施工方法不同于地錨式懸索橋。自錨式懸索橋作為一種新結(jié)構(gòu)尚有諸多問題需要研究：自錨式懸索結(jié)構(gòu)和體系的設(shè)計理論；結(jié)構(gòu)的極限承載力特別是加勁梁的穩(wěn)定問題；技術(shù)經(jīng)濟合理的成橋狀態(tài)和施工控制的調(diào)索方法；主纜在加勁梁上的錨固形式和構(gòu)造研究等等。
5.5 橋梁健康監(jiān)測和診斷技術(shù)研究及應(yīng)用［5］
大型、重要的橋梁結(jié)構(gòu)服役期長達幾十年，甚至上百年，在疲勞、腐蝕與材料老化等不利因素共同作用下，不可避免地產(chǎn)生損傷累積，甚至引發(fā)突發(fā)事故。雖然一些橋梁事故發(fā)生前出現(xiàn)了漏洞、塌陷、開裂等癥狀，可惜缺乏監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，無法避免事故的發(fā)生。鑒于上述情況，已建成使用的橋梁結(jié)構(gòu)急需采取有效手段監(jiān)測和評定其安全狀況、修復(fù)和控制損傷，在不可抗拒因素下預(yù)警；新建的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)積極考慮增設(shè)長期的“健康”監(jiān)測與損傷控制系統(tǒng)，實時地把握工程結(jié)構(gòu)的全壽命質(zhì)量與安全狀況，確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全、適用與耐久性。美國20世紀80年代中后期開始在多座橋梁上布設(shè)監(jiān)測傳感器，用以驗證設(shè)計假定、監(jiān)視施工質(zhì)量和服役安全狀態(tài)；英國20世紀80年代后期開始研制和安裝大型橋梁的檢測儀器和設(shè)備，并調(diào)查和比較了多種長期監(jiān)測系統(tǒng)的方案；我國香港的Lantau Fixed Crosing大橋、青馬大橋以及內(nèi)陸的虎門橋和江陰長江大橋也都在施工期間安裝了傳感裝置，用以監(jiān)測建成后的服役安全狀態(tài)。
然而，傳統(tǒng)的傳感器在抗電磁場干擾、抗腐蝕、抗潮濕等能力上難以適應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)惡劣的工作環(huán)境，由它們組成的長期監(jiān)測系統(tǒng)在穩(wěn)定性、耐久性和分布范圍上都不能很好地滿足工程實際需要。近年發(fā)展起來的高性能、大規(guī)模分布式智能傳感元件，尤其是光纖光柵傳感元件為橋梁結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、耐久性好；質(zhì)量輕、體積??；可以分布式測量、絕對測量、精度高等優(yōu)點。
為了確保耗資巨大、與國計民生緊密相關(guān)的大橋的安全運營，對其進行長期安全監(jiān)測和狀態(tài)評估是完全必要的。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和狀態(tài)評估借助于現(xiàn)代化手段，收集、存儲、分析并提供橋梁管理所需的各種信息，提高橋梁維護、管理水平，因而具有明顯的社會、經(jīng)濟和技術(shù)意義和廣闊的應(yīng)用前景。
5.6 橋梁加固與維護
截至2003年我省現(xiàn)有橋梁13040座，全長452km，其中危橋528座，共長19005m。從我省橋梁普查的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，目前我省早期修建的大量橋梁均存在情況不一的病害：墩臺沉降、混凝土碳化、鋼筋銹蝕、結(jié)構(gòu)開裂、橋面破壞、伸縮縫或支座失效、結(jié)構(gòu)滲漏等等。因此，橋梁加固維修任務(wù)十分繁重。今后必須對工程結(jié)構(gòu)的檢測鑒定、加固改造的設(shè)計與施工、材料機具的研發(fā)加大投入，進行系統(tǒng)研究，引進、消化和吸收國內(nèi)外的最新橋梁維修加固技術(shù)：如碳纖維加固技術(shù)、體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)、改變結(jié)構(gòu)體系技術(shù)、粘鋼技術(shù)、裂縫修補技術(shù)等等，短期內(nèi)用最經(jīng)濟的手段和方法，提高我省橋梁工程的運營水平。
風(fēng)起瀟湘，飲馬長江。湖南路橋湘軍在二十世紀橋梁建設(shè)事業(yè)中，取得了一個又一個可喜成績。面對我國二十一世紀橋梁建設(shè)的宏偉藍圖，在橋梁事業(yè)大發(fā)展的基礎(chǔ)上，我省橋梁建造技術(shù)將有更大、更新的發(fā)展。我們有信心、有能力在世界橋梁建筑之林中爭得一席之地。
參考文獻
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