06
2022
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珠海誕生世界首座大跨度串聯斜拉橋 ——專訪洪鶴大橋總設計師
作者：
記者 陳新年
大橋通車前夕，洪鶴大橋總設計師、中鐵大橋勘測設計院集團有限公司副總經理張強接受了記者專訪。
洪鶴大橋設計效果圖：滴水藏海。
湖南明湘科技發展有限公司為大橋提供橋梁防撞裝置，集設計、預制、安裝一體服務，為大橋安全保駕護航。
夕陽之下，屹立于洪灣水道和磨刀門水道的洪鶴大橋熠熠生輝。
大橋通車前夕，洪鶴大橋總設計師、中鐵大橋勘測設計院集團有限公司副總經理張強再次踏上橋面，仔細端詳大橋的雄姿。
“這是世界首座由兩座主跨500米雙塔雙索面疊合梁斜拉橋串聯而成的高速公路橋，不僅經濟實惠，而且太壯觀了。”徒步行走在嶄新的瀝青橋面上，滿懷激動之情的張強愉快地接受了本報記者的特別專訪。
一座特大橋分成兩座斜拉橋來設計
洪鶴大橋起點位于珠海市香洲區南屏鎮洪灣，對接港珠澳大橋連接線、并與廣澳高速珠海段及橫琴二橋形成十字交叉設洪灣互通，向西跨越洪灣涌，沿規劃洪灣港區北側預留通道，轉向西南跨越洪灣水道，穿過橫琴島芒洲規劃濕地，跨越磨刀門水道至鶴洲南圍墾區，終點與鶴港高速相交、設鶴洲南互通。
洪鶴大橋由洪灣東引橋、洪灣水道主航道橋、磨刀門水道主航道橋、磨刀門水道輔航道橋、磨刀門水道引橋、鶴洲南引橋等組成，路線全長9.654千米。全線設置互通2處，分別為洪灣樞紐互通（二期）、鶴洲南互通。主線收費站設置于鶴洲南圍墾區。
“洪鶴大橋主航道橋為雙向6車道的公路斜拉橋，是國內乃至世界上迄今為止的在建項目中，排名前列座由兩座主跨500米雙塔雙索面疊合梁斜拉橋串聯而成的特大橋，其主跨長度比458米的港珠澳大橋的青州航道橋主跨還要長。”談起洪鶴大橋的亮點，張強倍感自豪。
張強是中鐵大橋勘測設計院集團有限公司副總經理，先后擔任過國內多座橋梁的設計總工程師，用手中的筆，在祖國大地江河上成功繪制了道道“絢爛彩虹”。其中，在中鐵大橋勘測設計院負責的港珠澳大橋主體工程相應的橋梁施工圖設計項目中，他就是總負責人兼總工程師。
“大橋和人一樣，不同的人長得不一樣，不同的橋也會有不一樣的設計。”據張強介紹，根據《珠海市城市發展總體規劃》，洪鶴大橋東接港珠澳大橋，西連鶴港高速，大橋的運營將緩解珠海大道(S366)交通量不斷增長的壓力，為珠海城市的總體發展開辟新的東西向通道。
大橋沿途要跨越洪灣、磨刀門這兩個I級航道以及芒洲濕地公園，而且大橋還是處在風口之中。“其特殊的功能定位、地理環境、施工周期、景觀需求，決定了這座大橋新的設計思路。”張強稱。
張強說，如果按照一座特大橋設計，連續跨越洪灣水道、芒洲濕地公園、磨刀門水道的主橋長度達1500米左右，這么長的跨度雖然技術上可以實現，但建設成本很高。如果在航道上增設橋墩降低跨度，就會降低航道通行能力。如果只在濕地公園增設一個塔墩，中間兩個主跨各750米的長度，其建設成本依然很高。只有在濕地公園上增設兩個塔墩，并將大橋“一分為二”，按照“洪灣主航道橋+磨刀門主航道橋”設計，并將其串聯起來，才能實現“大橋跨度縮小，建設成本降低，安全性能提高”的目標。
因此，設計團隊決定將一座特大橋分成兩座斜拉橋來設計，采用了共用邊墩的兩座主跨500米結合梁斜拉橋串聯方案。兩座斜拉橋均采用半漂浮體系，主梁采用鋼-混凝土組合梁，橋塔為鉆石型鋼筋混凝土結構，斜拉索采用預應力鋼絞線斜拉索。
“在我看來，這是一座‘多快好省’的大橋，也是非常務實的大橋。作為世界上首座大跨度串聯斜拉橋，珠海洪鶴大橋的成功建造，為今后連續跨越寬廣水域的類似工程提供了有益參考。”夕陽之下，安全帽下的張強，臉上再次露出了燦爛的笑容。
洪鶴大橋使用壽命滿足百年需要
“在海洋環境中設計橋梁，與在陸地上設計橋梁有什么不一樣呀？”面對記者的好奇，張強笑稱，“一樣的是都需要找到樁基的基底持力層，不一樣的是考慮海洋環境中大橋的防護能力。”
據張強介紹，洪鶴大橋屬于A類橋梁，按照國內大橋的設計要求，按照使用壽命100年的標準設計。但是，位于海洋環境中的橋梁，還要考慮抗臺風、地震的能力，還有橋墩的防撞能力、鋼筋的防腐蝕能力。
洪鶴大橋位于洪灣水道和磨刀門水道入海口的位置，地貌單元屬海陸交互，現狀多為魚塘、圍堰區、海域及種植用地；勘察過程中，在磨刀門水域內探明有構造角礫巖，證實了西江斷裂構造在橋位場地內的存在。此外，珠海屬亞熱帶海洋性氣候，春季濕度大，夏秋季常受臺風影響，風力強、雨量大，雷暴、龍卷風等強對流天氣造成的災害偶而有之。因此對大橋的抗風、抗震、防腐蝕的能力提出了更高的要求。
為了保證大橋的使用壽命，在抗風能力方面，針對橋址所在地常年臺風多、風力大的特點，設計之初通過風洞模型試驗研究，在主梁兩側設置了風嘴，梁底設置了抗風穩定板，有效保證了成橋狀態與典型施工狀態下的抗風性能均能滿足相關要求。大橋橋址處重現期100年10米高度設計基準風速39.3米/秒。“能抵抗75米/秒的瞬時強風，能抵抗17級以上的超強臺風。”張強稱。
在抗震能力方面，該區位地震基本烈度Ⅶ度，抗震設防措施等級Ⅷ度。“這也是洪鶴大橋設計的另一個亮點，即串聯式斜拉橋在發生地震的過程中，要確保兩橋交接處不出現‘頭碰頭’的現象。因此，通過在交接墩和輔助墩頂設置橫橋向鋼阻尼器，解決了軟土場地上雙座串聯大跨度斜拉橋橫橋向減隔震問題。”
由于主橋下面有兩條主航道，將出現船舶撞上橋墩的現象，就像道路上車輛發生交通事故一樣，是不可避免的。為此，在橋墩防撞方面，首先是要確保樁基抵達持力層，其次是洪鶴大橋橋墩采用超高性能混凝土防船撞設施，“橋墩采用超高性能混凝土防船撞設施，在國內還是首次，此舉可以提高橋墩抗船撞能力，降低船舶的撞擊損害。”
“防腐蝕是海洋環境下設計大橋必須考慮的重點項目。”張強說，洪鶴大橋工程全線均為橋梁，其中主橋為串聯式疊合梁斜拉橋，通過增加鋼筋凈保護層厚度、橋塔表面涂裝、環氧鋼筋、鋼結構冷噴鋅防腐涂裝、鋼絞線斜拉索等措施，增強橋梁各構件的耐久性，保證橋梁使用壽命100年。
“這是一個百年工程，只要保養好，使用120年乃至150年都沒問題。”站在主橋下的檢修平臺上，仔細查看完多處橋面板及鋼梁后的張強信心百倍。
橋塔造型寓意“滴水藏海”
“橋梁設計，除了考慮功能、安全、經濟等因素外，還要考慮橋梁的景觀設計。”承擔了國內外多座大型橋梁設計的張強，關于橋梁的設計有著自己獨特的見解。
索塔類型的橋梁，按材料可分為混凝土塔和鋼塔兩類，鋼塔具有施工速度快、結構自重輕、抗震性能好等優點，混凝土塔則在經濟性方面優勢明顯。
“本橋的索塔，我們推薦采用經濟性較好的混凝土塔方案。”據張強介紹，斜拉橋的塔型是橋梁整體景觀的靈魂，是橋梁景觀設計的重中之重。因此，在本橋的斜拉橋方案比較中，重點對橋塔的塔型進行了多方案的比選。
洪鶴大橋主跨跨徑為500米，為滿足通航和防洪要求，橋塔塔底承臺順橋向尺寸不宜過大，順橋向A字形或倒Y形均不適宜；從結構受力需要考量，橋塔需具有較大橫向剛度的特性，橫橋向獨柱式塔也不宜采用；因此，洪鶴大橋的塔型應該是順橋向為獨柱式、橫橋向為非獨柱式的搭配。基本具備該條件的塔型主要有雙柱式、門形、梯形、A字形、倒Y形、鉆石形、H形及花瓶形。在承接洪鶴大橋的設計任務后，大橋的設計師們根據城市景觀的要求，結合國內外的橋梁現狀，進行了橋塔造型多方案比選。
之后，經2015年9月14日塔型方案專家評審會，在征求地方政府和各相關部門意見后，明確了推薦方案：“滴水藏海”。
本方案橋塔外形介于花瓶型與鉆石型之間，全塔秀氣別致，外觀簡潔，線條剛柔結合，體現了建筑的利落感。
橋塔造型整體如同水滴，塔型上部與下部的曲線造型相互呼應，塔頂部分向內收薄，使整個橋塔層次豐富，簡潔的外形中又富有變化。獨特的橋塔外輪廓，挺拔有力，具有獨特韻味。
四塔并立于湛藍水面之上，如同四滴純凈之水匯入江河，隱喻“滴水藏海”的景觀主題。“這樣的設計理念，亦是一種生態設計，也展示了珠海南方濱海城市的地域特色。”張強說。
來源：珠海特區報
采寫：記者 陳新年
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