9月24日,交通运输部官网图片新闻披露一条进展:狮子洋通道与广中江高速公路衔接段南中大桥拼宽项目,顺利完成LUHPC(轻质超高性能混凝土)首件浇筑。报道给出的定位是,这标志着世界首例中央索面大跨径混凝土斜拉桥拼宽工程迈入桥面铺装规模化施工新阶段。
先把几组硬数据摆出来。狮子洋通道与广中江高速衔接段项目路线全长2033米;拼宽完成后,南中大桥由双向6车道拓宽到双向8车道。真正让做桥的人多看一眼的,是报道里那句话:创新使用「驮架式」结构,用工字钢斜撑当承重骨架,再搭配LUHPC铺装桥面,新增恒载控制在1%以内。
给旧桥加宽,从来不是多修几条车道那么简单。这篇就把拼宽这件事的技术关节拆开讲清楚。
一、旧桥拼宽,难的不是「多修」,是「旧桥还剩多少余量」
新建一座桥,设计师的起点是一张白纸:跨径、梁高、墩身、基础、配筋,从头算一遍就行。拼宽不一样,它的前提是旁边那座旧桥已经立在江上、已经通车、已经受了几十年的力。新加的那一半会不会让旧桥超载,是绕不过去的第一道关。
对斜拉桥,这道关尤其紧。斜拉桥的受力是「索、塔、梁」三家一起扛,主梁的恒载直接决定拉索索力、主塔弯矩和基础反力。主梁上哪怕多铺一层厚一点的混凝土,重量顺着桥面传到拉索,再传到塔和基础,整条传力链上的内力和变形都会跟着变。想拼宽,就得把「新增恒载」这个数摁到最小。
所以拼宽工程里常说的那句话没错:不是看你能加多少,是看旧桥还能承受多少。
(此处建议插入现场图:南中大桥拼宽施工现场,拉索呈中央索面布置。来源:中国交通新闻网/交通运输部官网图片新闻)
二、「驮架式」结构:用工字钢斜撑替桥面分担重量
南中大桥这次的做法,是在新旧桥之间架一套「驮架」。报道里的说法是,用工字钢斜撑当承重骨架,再搭配LUHPC铺装桥面。
通俗理解,驮架相当于在旧桥侧面伸出去一副钢骨架,新拼的那部分桥面不是直接压在旧梁上,而是先由这套钢斜撑体系托住、再往下传。斜撑把力沿斜向分掉,等于改变了新增荷载传给旧桥的路径和比例。这跟直接在旧梁边悬挑一块混凝土板相比,传力更可控,对旧梁的附加弯矩也更小。
这类思路在改扩建里不算新鲜,但用在一座中央索面混凝土斜拉桥上,据项目方称是世界首例。中央索面的意思,是拉索集中在桥面中央而不是两侧,它的受力本就偏「中间吃劲」,拼宽时如何让新增部分和新旧桥面协同受力,是这道工序的核心。
三、LUHPC:轻质超高性能混凝土,轻在哪、强在哪
LUHPC是Lightweight Ultra-High Performance Concrete,直译就是轻质超高性能混凝土。拆开看两个词。
先说「超高性能」。我们平时说的C50、C60混凝土,立方体抗压强度标准值大概在50到60兆帕这个量级。超高性能混凝土(UHPC)是把强度往上抬一个台阶的材料,通常靠低水胶比、掺硅灰和高效减水剂、加钢纤维来提高密实度和抗拉韧性,抗压强度可以做到普通混凝土的几倍,同时抗裂、抗渗、耐久性更好。桥面铺装、伸缩缝锚固区、旧桥加固这些地方,用它就是看中「薄一点也够强、耐久性还长」。
再说「轻质」。普通UHPC虽然强,但容重和常规混凝土差不多,铺在旧桥上,强度够了、重量却降不下来。轻质UHPC的思路,是用轻骨料部分替换常规骨料,在保住强度的同时把容重压下来。桥面铺装是铺满全桥的面积性荷载,容重每降一点,乘以几万平方米,省下来的总重就相当可观。
强度管承载,容重管减负。LUHPC同时要这两样,才配得上给旧桥拼宽这个场景。
(此处建议插入现场图:南中大桥拼宽桥面铺装施工现场。来源:中国交通新闻网/交通运输部官网图片新闻)
四、恒载只增1%,是个什么概念
报道给出的结论是「新增恒载控制在1%以内」。
恒载是结构自重这类长期作用在桥上的固定荷载,桥梁设计里它是内力的大头。给旧桥拼宽,新增恒载如果控制在全桥恒载的1%以内,意味着主梁加宽之后,拉索索力的增量、主塔和基础的附加内力都被摁在一个很小的范围内,旧有构件大体还在原来的受力水平上工作,不必为拼宽去做大范围的加固甚至换索。
换个角度理解这1%的分量:它不是一个拍脑袋的漂亮话,而是「钢骨架分担一部分、轻质材料省一部分」两条路一起走,才抠出来的结果。工艺和材料哪一头少做一点,这个数就守不住。
五、对做桥的人意味着什么
第一,改扩建的胜负手,往往在荷载路径上,而不在结构形式上。同样是加宽,谁把新增荷载的传力路径设计得更巧,谁的旧桥就更安全、造价就更省。
第二,材料升级正在从「用在哪」走到「怎么配」。轻质UHPC这类材料,解决的是「又要强度又要轻」的矛盾需求,桥面铺装、加固、拼宽都是它的用武之地。做设计的可以提前熟悉它的基本性能和适用边界。
第三,旧桥拼宽的每一步,都是原桥再一次受力验算的过程。首件浇筑、铺装规模化,听着像施工节点,背后都是一轮轮对旧桥承载力的核算。这类经验,比一座新桥更难得。
(本周快讯)
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一座旧桥能不能加宽,答案不在图纸上多画几条线,而在算清楚它还剩多少余量、再想办法把新增的重量和内力压下去。上面这些工程,做的都是同一件事:在既有结构身上,找出那条最稳的传力路径。
