2024年伊始，東海之上，鉆機(jī)林立，機(jī)械轟鳴；綿延群島，車輛穿梭，人聲鼎沸；一簇簇彩旗飄揚(yáng)中，西堠門公鐵兩用大橋正在飛速“生長(zhǎng)”。
1月7日，由中鐵大橋院勘察設(shè)計(jì)，中鐵大橋局等單位建設(shè)的甬舟鐵路全線關(guān)鍵控制性工程，世界最大跨度公鐵兩用大橋和世界最寬跨海大橋——西堠門公鐵兩用大橋建設(shè)取得階段性進(jìn)展。隨著最后一方混凝土順利灌入導(dǎo)管中，大橋5號(hào)主塔墩6.3m超大直徑鉆孔樁基礎(chǔ)施工圓滿完成，樁體的直徑創(chuàng)造了世界之最。
世界之最的“定海神針”——18根直徑6.3m鉆孔樁直入海底
建橋梁，先建基礎(chǔ)。支撐起跨海大橋的橋墩基礎(chǔ)，是大橋建造成功的“重中之重”，也是支撐起橋梁跨越天塹的“定海神針”。
西堠門公鐵兩用大橋主塔墩位處建設(shè)條件復(fù)雜。該處水深（最大水深超60m）、流急（最大流速3.47m/s）、風(fēng)大（6級(jí)以上超100天）、浪高（設(shè)計(jì)波高7.8m）、基巖裸露且海床面傾斜。
60m水深，相當(dāng)于一座20層住宅大樓的高度，在這樣的地方建基礎(chǔ)，選擇“沉井”還是“鉆孔樁”？
中鐵大橋院總工程師、西堠門公鐵兩用大橋總設(shè)計(jì)師肖海珠和他的團(tuán)隊(duì)曾一度“左右為難”。
如采用設(shè)置沉井基礎(chǔ)——結(jié)構(gòu)剛度大、整體性好，抵抗水平荷載能力強(qiáng)。然而，基底需要爆破開挖至70m水深，而那時(shí)，國(guó)內(nèi)還沒有在該水深條件下的爆破和開挖經(jīng)驗(yàn)；如此水深，也導(dǎo)致施工人員無法下潛至基底檢查，難以保證基底的清基質(zhì)量；此外，設(shè)置沉井基礎(chǔ)也由于體積龐大、重心較高，其浮運(yùn)、定位、著床施工需選擇在一個(gè)連續(xù)多天海況良好的窗口期才能進(jìn)行，但面對(duì)臺(tái)風(fēng)多發(fā)，季風(fēng)頻起的橋區(qū)環(huán)境，其工期存在很大的不確定性。
如采用鉆孔樁基礎(chǔ)——盡管樁基礎(chǔ)剛度相對(duì)較小，需要通過增加樁數(shù)和樁徑來提高基礎(chǔ)剛度，但鉆孔樁基礎(chǔ)具有對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性好的優(yōu)勢(shì)，且施工工藝成熟，同時(shí)鉆孔樁基礎(chǔ)受海況影響較大的鋼護(hù)筒吊裝和沉放工作，僅需一個(gè)海況良好的平潮期便可完成，具有工期可控的優(yōu)勢(shì)。
然而，在此之前，國(guó)內(nèi)橋梁鉆孔樁最大直徑為4.5m，為2019年貫通的平潭海峽公鐵兩用大橋，該橋橋址所處的臺(tái)灣海峽是世界著名的三大風(fēng)暴海域之一，海域環(huán)境復(fù)雜，墩位處最大水深為45m，是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)水深最大的橋梁基礎(chǔ)。如繼續(xù)采用直徑4.5m鉆孔樁，則需要更多樁基，也就意味著要進(jìn)行更多次鋼護(hù)筒吊裝和沉放，工期難以有效保障。
“如果鉆孔樁的直徑再大一些呢？”
根據(jù)思考方向以及反復(fù)計(jì)算、推演，并結(jié)合當(dāng)時(shí)最新裝備水平，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了6.3m超大直徑鉆孔樁基礎(chǔ)方案，一方面不僅可使大橋基礎(chǔ)能夠更好地適應(yīng)惡劣環(huán)境，可承載起疾馳而過的高鐵。另一方面，相比常規(guī)直徑樁基礎(chǔ)，該方案不僅受力性能更優(yōu)，材料更省，還能大幅減少主塔基礎(chǔ)所需樁基根數(shù)，減少樁基鋼護(hù)筒吊裝和沉放次數(shù)，進(jìn)一步降低基礎(chǔ)對(duì)橋區(qū)海況的要求，為縮短基礎(chǔ)施工工期提供保障。
6.3m超大直徑鉆孔樁基礎(chǔ)方案
“‘從0到1’是創(chuàng)新，‘從1到N’且能做得更好也是創(chuàng)新；獨(dú)立探索、自主研發(fā)是創(chuàng)新，借鑒他山之石協(xié)同整合、集成優(yōu)化也是創(chuàng)新。但無論何種創(chuàng)新，其目的一定是要解決問題、推動(dòng)發(fā)展。”創(chuàng)新過程中，肖海珠對(duì)團(tuán)隊(duì)再三強(qiáng)調(diào)。
把圖紙“畫”在現(xiàn)場(chǎng)——
擦亮復(fù)雜橋梁設(shè)計(jì)建造領(lǐng)域的引領(lǐng)品牌
2023年7月，中國(guó)中鐵總裁陳文健深入西堠門公鐵兩用大橋項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研時(shí)，曾對(duì)大橋建設(shè)作出指示：“要充分認(rèn)清西堠門公鐵兩用大橋的重大戰(zhàn)略意義，大橋具有科技含量高、技術(shù)難度大、管理模式新、品牌價(jià)值高等特點(diǎn)，安全優(yōu)質(zhì)高效建好大橋?qū)^續(xù)提升和保持企業(yè)在復(fù)雜橋梁設(shè)計(jì)建造領(lǐng)域的引領(lǐng)作用意義重大。”
之后，中鐵大橋院西堠門公鐵兩用大橋項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人邱遠(yuǎn)喜把“安全、優(yōu)質(zhì)、高效”三個(gè)關(guān)鍵詞打印貼在了辦公室墻上。這三個(gè)關(guān)鍵詞，也成為了邱遠(yuǎn)喜在推動(dòng)每一項(xiàng)工作時(shí)，必須優(yōu)先考慮的三大準(zhǔn)則。
對(duì)于60m水深的復(fù)雜海洋環(huán)境，超大直徑樁基固然優(yōu)勢(shì)巨大，但也難免會(huì)給設(shè)計(jì)和施工帶來不小挑戰(zhàn)。
“這里四面環(huán)海，風(fēng)高浪急，夏秋之際臺(tái)風(fēng)多發(fā)，寒冬之際季風(fēng)頻起；此外，大橋?yàn)橹骺?488米的公鐵兩用大橋，主塔墩豎向承載力要求高，波流力對(duì)樁身沖擊力極大，這些都對(duì)樁基礎(chǔ)建設(shè)提出了極高要求。”邱遠(yuǎn)喜介紹。
相比平潭海峽公鐵兩用大橋直徑4.5m的樁基，直徑6.3m樁基面積增大了1倍，僅西堠門公鐵兩用大橋單個(gè)鉆孔樁混凝土澆灌體量即達(dá)到了3000方。
“都說設(shè)計(jì)師是‘畫圖’的，但我們的‘圖紙’不能只表現(xiàn)于電腦里，更要體現(xiàn)在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。”
只要在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，邱遠(yuǎn)喜一天的步數(shù)就不會(huì)低于2萬。
向鉆機(jī)師傅了解鉆孔過程中的地層特性，鉆進(jìn)功效、地層軟硬程度、是否存在塌孔；
向鋼筋工人了解鋼筋籠對(duì)接時(shí)的主要難點(diǎn)、接頭對(duì)接率、設(shè)備及人員配置；
向混凝土澆注工人了解混凝土灌注速率、泵送壓力、混凝土液面上升情況；
向試驗(yàn)人員了解混凝土的水灰比、流動(dòng)性、坍落度、入模溫度等關(guān)鍵指標(biāo)。
…………
半年來，18根鉆孔樁，每一根鉆孔樁首封混凝土灌注，邱遠(yuǎn)喜都會(huì)第一時(shí)間守在現(xiàn)場(chǎng)，反復(fù)優(yōu)化，確保圖紙上每一個(gè)細(xì)節(jié)都能和施工完美融合。
在中鐵大橋院西堠門公鐵兩用大橋項(xiàng)目負(fù)責(zé)人潘韜心里，“一名優(yōu)秀的橋梁設(shè)計(jì)師，除了設(shè)計(jì)本身，還要不斷增強(qiáng)自身工作領(lǐng)域與其他領(lǐng)域創(chuàng)新舉措的關(guān)聯(lián)性、耦合性、互動(dòng)性，注重堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向和問題導(dǎo)向推動(dòng)工作攻堅(jiān)突破。”
例如，在18根鉆孔樁混凝土澆筑過程中，面對(duì)因單樁面積較大，超大直徑樁基存在樁身混凝土灌注難度大、樁身混凝土水化熱效應(yīng)明顯、成樁質(zhì)量檢測(cè)準(zhǔn)確性難以保證、樁基-承臺(tái)鋼筋碰撞問題突出等難題。在肖海珠的指導(dǎo)下，潘韜與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)牽頭首次提出多導(dǎo)管同步灌注樁基混凝土工藝，發(fā)明了超大直徑樁基混凝土水化熱控制技術(shù)、超大直徑樁基成樁質(zhì)量檢測(cè)方法、樁基—承臺(tái)鋼筋防碰撞設(shè)計(jì)方法，將超大直徑樁基存在的施工難題一一化解。
攜手并進(jìn)——
以科技創(chuàng)新引領(lǐng)“中國(guó)橋梁”現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)
2023年中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議強(qiáng)調(diào)，以科技創(chuàng)新引領(lǐng)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)。
“‘中國(guó)橋梁’行業(yè)，正是我國(guó)‘以科技創(chuàng)新引領(lǐng)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)’里其中一個(gè)生動(dòng)縮影。”在肖海珠看來，“中國(guó)橋梁”之所以能成為一張閃耀世界的“國(guó)家名片”，其背后凝結(jié)著包括基礎(chǔ)研究、勘測(cè)設(shè)計(jì)、工程施工、裝備研發(fā)、材料更新、維修加固等全產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈相互支撐、協(xié)同發(fā)力的集體智慧和心血。而中鐵大橋院作為“中國(guó)橋梁”行業(yè)的龍頭企業(yè)，自成立以來，一直致力于以“中國(guó)設(shè)計(jì)”帶動(dòng)“中國(guó)建造”“中國(guó)制造”，助推我國(guó)橋梁全產(chǎn)業(yè)鏈換擋、提速、升級(jí)。
——這一經(jīng)驗(yàn)啟示，也充分體現(xiàn)在西堠門公鐵兩用大橋建造過程中。
新標(biāo)準(zhǔn)方面，面對(duì)大直徑鋼護(hù)筒插打、大直徑鉆孔樁成孔、深水基礎(chǔ)施工棧橋等新技術(shù)、新工藝，前期概預(yù)算編制需要有效匹配施工實(shí)際。中鐵大橋院工經(jīng)團(tuán)隊(duì)以開展好鐵路超大跨度斜拉-懸吊協(xié)作體系橋梁基礎(chǔ)工程定額測(cè)定分析與研究工作為目標(biāo)，基于外部建設(shè)環(huán)境對(duì)人工、機(jī)械效率的影響，開展了定額體系比較分析并組織了相關(guān)專題審查，為項(xiàng)目順利實(shí)施提供堅(jiān)強(qiáng)保障。
新裝備方面，針對(duì)本次6.3m超大直徑樁基鉆孔施工，中鐵大橋院配合中鐵大橋局，聯(lián)合國(guó)內(nèi)廠家成功研制出了超級(jí)回旋鉆機(jī)等大國(guó)重器，不僅填補(bǔ)了深水超大直徑鉆孔灌注樁建造技術(shù)的空白，推動(dòng)了整個(gè)鉆機(jī)設(shè)備行業(yè)的發(fā)展，更推動(dòng)了我國(guó)跨海橋梁向更大水深的深海環(huán)境邁進(jìn)。
旋挖鉆鉆頭
新技術(shù)方面，為推動(dòng)橋梁建造數(shù)字化轉(zhuǎn)型，在設(shè)計(jì)前期，中鐵大橋院團(tuán)隊(duì)采用了BIM正向設(shè)計(jì)，通過使用“參數(shù)驅(qū)動(dòng)模型，模型驅(qū)動(dòng)圖紙”的全參數(shù)化、全過程驅(qū)動(dòng)體系，不僅實(shí)現(xiàn)了BIM模型設(shè)計(jì)后期應(yīng)用拓展空間，還成功將其運(yùn)用在匯報(bào)展示、三維漫游、加工制造、現(xiàn)場(chǎng)施工等方面。
“近年來，我國(guó)海洋橋梁建造取得了舉世矚目的偉大成就，但在更加復(fù)雜惡劣的海洋環(huán)境下，我國(guó)海上橋梁的建造技術(shù)還將面臨更多新挑戰(zhàn)。接下來，我們將以西堠門公鐵兩用大橋建設(shè)為實(shí)踐，主要圍繞數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化和智能化，邊探索、邊總結(jié)、邊完善、邊推廣，把方方面面的積極性和創(chuàng)造性充分調(diào)動(dòng)起來，形成關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)的強(qiáng)大合力，持續(xù)提升我國(guó)橋梁產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和安全水平。”展望未來，肖海珠表示。
