当前位置:首页 - 学习专区  
 
   会员通道
用户名
密 码
 
   使用说明
  • 部分内容仅为本单位员工可查看,使用时会提示;
  • 未设定员工权限的内容,任何浏览者可以查看其中的任何文章;
 
 
 
项海帆院士对中国桥梁建设的思考
2015-5-14

项海帆,著名桥梁及结构工程专家,中国工程院院士,曾担任国际桥梁及结构工程协会(IABSE)副主席。

 

文章一:中国桥梁造价反思

 

    中国桥梁的造价从表面上看比欧美国家低,于是造成一种错觉,似乎中国桥梁的经济性是最好的。然而,仔细思考后感到事实并非如此。

    1.由于中国的人工低廉,许多桥梁工地都聚集了大量农民工,使用相对落后的装备建桥。虽然也能建成大桥,甚至是破纪录的大桥,但中国桥梁的设计标准偏低,施工质量存在隐患,这也是造成中国桥梁容易早期劣化和不耐久的最重要原因。此外,中国桥梁的施工标准也偏低,定额又偏低,业主还想尽量压低标价,使承建的施工企业没有利润空间来进行研发和更新先进装备,而只能使用和添置低效的落后设备,以人海战术来完成。而且,还通过层层分包以降低资质来节约成本,最终损害的还是工程质量和耐久性。因此,虽然中国桥梁的一次性投资较低,但如果使用寿命很短,日后的养护和加固费用又十分巨大,从全寿命的观点看,仍是很不经济的。

    2.中国的大桥建设,常常由业主先选择设计单位,然后由一家做方案比选,通过专家咨询会议讨论决定最终实施方案。在方案的经济性比较中常会发现一些违反常理和人为的因素,甚至为了迎合业主的意愿而完全不顾经济性,使不经济的、怪异的、难以施工的不合理方案通过虚假的经济指标和不科学的“理由”得以实施。最后,只得再追加预算,使工程经济性原则形同虚设。

    3.桥梁的经济性的重要指标是每平方米桥面的材料用量,在国际设计竞赛中都十分重视这一体现竞争力和技术水平高低的指标。由于中国在材料工业方面的差距,大桥的材料等级是相对落后的。例如钢箱梁的设计,欧美各国主要采用HPS460(欧洲)、HPS480(美国)、BHS500(日本)的高性能钢材,甚至在局部的高应力区还用少量HPS560、HPS690,以减少厚板,简化构造和制造的难度。中国都是采用唯一的一种S345钢材,而且不同厚度钢板的焊接工艺又十分不便,也是很不经济的。在混凝土结构方面,中国大都用C50级,而国外的高性能HPC80已商品化。由此,中国的混凝土桥梁往往显得相对粗笨和肥胖,而国外的混凝土桥梁就纤细轻巧得多(外形尺寸较小,壁厚也较薄),使混凝土用量大大减少,存在明显的差距。

    4.国际桥协的同行曾多次问我:为什么在长江中游要造大跨度悬索桥?长江中游(南京-武汉)为内河一级航道(5000t级),通航净高24米,500米左右的一孔斜拉桥或2×250米的分孔通航也能满足要求,不宜追求大跨。武汉以上为二级航道(3000t级),通航净高18米,除地形地质条件不利而必须一跨过江外,更不应盲目追求大跨。至于湘江、赣江等支流均为内河三级航道(1000t级),通航净高仅10米,盲目追求大跨是完全不能接受的,也是极不经济的。

    5.目前,斜拉桥的跨度已突破千米,且尚有发展的潜力,在1200米跨度范围内,完全自锚的斜拉桥的经济性将明显优于悬索桥。而且,多跨斜拉桥的刚度,抗风稳定性和可施工性也优于多跨悬索桥。例如,法国设计的希腊Rion-Antirion桥(图1),水深65米,且位于地震区,通航18万吨海轮,采用了十分经济合理的多跨560米斜拉桥方案和创新的加筋土抗震基础,也没有采用多跨悬索桥方案。又如德国和丹麦之间的费马恩海峡的桥梁方案(Fehmarnsund Bridge)选用多跨780米的斜拉桥,可满足20万吨海轮的通航要求,是最经济的跨海工程方案,也为我国长江下游的越江工程和东南沿海的跨海连岛工程提供了重要的借鉴(图2)。

 

图1 希腊Rion-Antirion桥

图2 德国和丹麦之间的费马恩海峡的桥梁方案

 

加强中国桥梁界的经济性理念,建议学习发达国家的以下成功经验:

    1.首先,要慎用造价较昂贵、施工期也较长的悬索桥,无论在长江下游的越江工程、沿海的跨海连岛工程,以及中西部山区的跨谷工程中,都应优先考虑相对较经济且拉索可以更换的斜拉桥或者拱桥方案。如必须采用悬索桥时一定要提出充分的理由,而且,对于不可更换的主缆防腐要认真处理,以保证其寿命期中的耐久性。不能仅以追求跨度为由,不顾经济性原则而随意确定悬索桥方案。

    2.在大桥建设的规划或预可阶段,先由业主根据已建成桥梁的成熟经验制定一个最经济的方案(不一定是创新的和最美观的)作为基础性方案,用以确定投资预算的基准线。在随后的设计竞赛或征集方案中,为鼓励创新的目标或标志性的景观要求,可允许适当超过基础性方案的造价,但要有一个限度。德国的做法是不超过10%,对于城市小跨度桥梁,因投资较少,可因特殊的景观要求放宽至15%,超过15%的方案将不予接受,以体现经济性原则的重要性。

    3.重要的大桥工程应通过公开、公平、公正的设计竞赛体制,确定优胜方案和设计单位,避免由一家做方案比选的弊端。同时,也可鼓励各设计单位提高以创新和经济理念为基础的竞争动力,对中国桥梁的发展和进步是十分有益的。

    4.在方案比选中一定要列出每平方米桥面材料用量的指标,并和国外先进指标作比较,以鼓励使用高性能材料以及通过精细化的设计,使物尽其用,避免保守和浪费的设计,也可防止模仿、抄袭和不思进取的恶习,尽快缩小和发达国家的差距。

    5.在进行巨型跨海大桥工程的规划时,常常有“桥隧之争”,如琼州海峡工程、浙江沿海的连岛工程和崇明越江工程等,就要十分注意桥梁方案的经济性,以显示出对隧道方案的优势。同时,又要承认桥梁在耐久性方面的不足采取切实措施保证150年甚至200年的使用寿命。对跨海工程的通航要求要进行科学的论证,如果只有少量大吨位的海轮偶尔通过桥孔,就应当采取限速的“约束航行”,降低通航标准,而不宜盲目追求造价昂贵的超大跨度悬索桥方案,从而失去对隧道方案的竞争力。

    6.前面提到中国的设计标准和施工定额偏低,这是因循苏联体制的规范遗留下来的问题。要解决中国桥梁的耐久性,实现全寿命的经济性,必须提高质量观念,依靠先进装备,加强耐久性设计和建立对全寿命的问责制等措施,做出优质和耐久的桥梁。要适当提高施工定额,保证施工企业有合理的工期和造价,以便让施工企业有利润空间进行创新的研发工作和装备的升级换代。用过低的“伪经济”造价做出“短命”的桥梁是中国桥梁不经济的要害。

    7.评审专家也要把经济性原则放在重要位置,以对人民负责的态度抵制一切不正常的“公关”活动,避免不经济的方案得以批准实施。对于随意浪费国家投资的极不经济的案例,要在业内进行批评、公开披露、汲取教训,以杜绝类似事例的蔓延,在桥梁界弘扬节约的美德。

    中国还是一个有十三亿人口的发展中国家,人均GDP仍在100位以外。桥梁建设的投资都是人民的血汗积累,容不得随意浪费。桥梁设计的六项原则中并没有要求设计者去追求跨度的突破以及多少“第一”和“之最”。尽管各种桥型目前的纪录跨度都还没有达到可行的跨度极限,但我们不能仅仅为了追求跨度第一而不顾经济原则。因此,桥梁工程师一定要把自己的创造力集中到创新、质量和美观这三个方面,同时还要十分重视经济性指标,努力建造出优质、耐久又美丽的桥梁,为民造福。

 

文章二:关于中国桥梁界追求“之最”和“第一”的反思

 

    前不久,交通运输部副部长冯正霖谈桥梁耐久和安全的文章,以及去年在港珠澳大桥建设项目管理研讨会上的讲话,都强调建百年大桥,保障设计寿命,也提到如何理解创新和如何看待“世界第一”等话题,这引起了我的思考。

 

国际同行的疑问

    2009年5月,在上海参加了“当代大桥”国际研讨会后,部分国外代表参观了中国各地的新建大桥。在他们离沪回国时,国际桥协的领导曾问我:“为什么在中国长江内河航道上要建造那么多千米级的悬索桥和斜拉桥?为什么一些老桥跨度不大,而附近的新桥的跨度却增大了好几倍?你们长江航道的通航要求是如何定的?”我一时语塞,不知如何回答才好,只能说:“中国桥梁界喜欢追求跨度的超越,一些官员也鼓励这样做,这可能是一个误区。”

    在国外,除了跨海工程要考虑大跨度悬索桥外,其余的内河航道如欧洲的莱茵河、多瑙河、塞纳河、易北河等,除下游河口段以外,航道等级约在1000吨至5000吨级之间,因而大都采用斜拉桥、拱桥或钢箱梁桥方案。英国的塞佛恩(Severn)桥和福思(Forth)桥都是在上世纪六七十年代建造的跨越海湾的悬索桥,但在以后修建Severn二桥和Forth二桥时则都改用了更经济的分孔通航的三塔斜拉桥。

    在2011年国际桥协的伦敦会议上,专题介绍了新建的苏格兰福思二桥,该桥位于1964年建成的跨度1006米的福思一桥边上,是一座三塔2×650米的斜拉桥,以满足日益增加的交通需求,而没有再建一座悬索桥。

 

斜拉桥是大跨桥梁主流

    斜拉桥的跨越能力现已突破了千米,甚至还有增大的潜力,并且由于其刚度、抗风性能、拉索可更换、施工简便、无锚碇等方面的优越性,在近年来的国际跨海工程方案竞赛中,斜拉桥方案都优于悬索桥而被采用。如希腊Rion-Antirion桥,水深65米,通航18万吨海轮,又位于强震区,最后采用法国设计的多塔多跨560米斜拉桥。

    在2011年国际桥协IABSE伦敦会议上,丹麦COWI公司的L.Hauge先生所作的关于“大跨度桥梁的发展趋势”的大会主旨报告中也谈到了斜拉桥和悬索桥的比较。他认为在1200米以下的跨度斜拉桥占优,超过1200米的跨度,斜拉桥将受到塔高和长索的限制,锚碇条件有利的悬索桥将会占优。

    日本Nagai教授的报告认为自锚式斜拉桥跨度的极限在1200到1400米之间。如采用部分地锚斜拉桥,极限跨度还可延伸至1600米,当悬索桥的锚碇只能设在水中,则斜拉桥方案仍有竞争力。

    根据同济大学肖汝诚等人所著《缆索承重桥梁各种体系比较》一文的结论:当锚碇条件为岸上岩石时,跨度超过900米的悬索桥就会占优;对于岸上软土锚碇,则跨度1100米以上才对斜拉桥占优;而对于浅水锚碇,悬索桥的竞争力将大大降低(初步估算在1600米以上才会占优)。可见,三方面的研究结论是基本一致的。

    Hauge先生在主旨报告中还提到COWI公司正在规划中的德国和丹麦之间费曼恩海峡工程的最新优化成果。他认为采用三塔双跨724米的斜拉桥方案就能满足26万吨航道的要求,与1600米跨度的悬索桥方案相比,由于施工期短和对环境影响小,是更有吸引力的选择。

    由此可见,即使对于30万吨级的海峡通道,采用分孔通航的跨度800米的多塔斜拉桥将比合孔通航的超大跨度深水锚碇悬索桥更为经济合理,也对隧道方案更有竞争力。这也就是我在《对台湾海峡工程桥梁方案的初步思考》一文中的观点。

    可以说,斜拉桥已成为当代大跨度桥梁的主流桥型。据国外杂志报导,泰国湄南河、越南湄公河和印度孟买的新建大桥也都是斜拉桥,它在200至1200米的跨度范围都有竞争力。而且,可灵活采用独塔、双塔和多塔的布置方式以跨越300米直至几公里长的大江和海峡。多孔斜拉桥采用分孔通航的方式,避免了为设置陆上锚碇而被迫加大悬索桥跨度的传统做法,是更为经济合理的方案。

 

我国内河桥梁跨径合理性存疑

    根据我多年来参加方案设计评审会的经验,中国大桥追求跨度第一之风原因是多方面的,但通航净宽标准的不合理,可能是很重要的诱因,它迎合了桥梁界追求跨度的冲动,使桥下净高和净宽不成比例,并为失去比例美的大跨度悬索桥得以通过评审而实施提供了“依据”,但却完全背离了国际常规,因而引起了外国同行的质疑。

    按照桥梁概念设计的基本原则,为满足通航要求设置通航孔桥是首要的考虑。一般来说,内河航道应根据水深条件进行分级,定级后的通航标准应列入规范。在同一等级的航道上建桥,通航孔的大小应相差不大,只是按不同的河势情况有小的调整,如果相邻桥梁的通航孔跨度相差悬殊,反而会使人费解。

    一个事实是,从南京到武汉的长江中游,为内河一级航道,通航5000吨内河轮船。1967年建成的公铁两用南京长江大桥采用多跨160米的双层桁架方案,基本满足了净高24米净宽150米的通航要求。武汉以上至宜昌的长江上游河段降为3000吨的二级航道,通航要求为18米净高和120米净宽,同样是公铁两用的武汉长江大桥采用多跨128米的双层桁架桥也是合理的选择。

    改革开放以来,我国开始兴建大量跨越长江的公路大桥,适当增大跨度以减少桥墩和船撞的风险是必要的。但由于净高要求不变,南京以上直至宜昌的通航孔跨度应限制在500米以内为宜,以控制桥下通航净空的宽高比在适当范围内。一般上下行船只应分孔通航,如因航道不稳定可增设一些通航孔,也不宜强制要求上下行船只必须合孔通航,甚至要求一跨过江,从而造成严重的比例失调。分孔还是合孔通航应由桥梁的经济性来确定。

    南京以下的长江下游航道因水深条件和海轮进入内河转驳货物的需要提高为5万吨级,通航净高为50米。江阴大桥以下至长江口河段则考虑长江口航道疏浚后的水深,预留了10万吨级的需要,通航净高加大到60米。

    现在看来,除江阴长江大桥因地形特殊必须采用一跨过江的悬索桥外,其余的如润扬大桥和正在建设中的泰州长江大桥都可以采用更为经济合理的斜拉桥方案。

    据说,首次采用三塔悬索桥体系构想的智利Chachao桥,COWI公司也已改用更经济的三塔千米级的斜拉桥,以避免中塔处主缆的抗滑难题,并保证大桥的刚度和抗疲劳强度等基本性能。

    综上所述,除了中国沿海跨海连岛工程中为避免深水基础的施工难度和高昂造价需要考虑超大跨度的悬索桥方案外,其他内河(长江各支流和珠江流域)均应优先考虑斜拉桥方案。山区地形和地质条件有利时,更应优先考虑经济性更好的拱桥,慎用甚至不用价格昂贵、施工复杂、主缆又不能更换的悬索桥。

    希望桥梁设计部门在确定通航要求时要实事求是,切忌任意夸大标准,从而造成追求跨度“第一”的不良后果。

 

让设计回归创新和美学

    美国国家工程院院士、著名桥梁专家邓文中先生曾在《桥梁跨径——世界纪录的竞赛》一文中,回顾了各类桥梁跨径的发展过程,也理解桥梁工程师对设计破纪录桥梁的追求和渴望。

    邓先生认为:“我们现在还远未达到悬索桥最大跨径的极限,然而我们不能为创造纪录而不考虑经济因素。”他最后说:“与其考虑如何设计更大跨度的桥梁,不如将更多精力和创造力放在如何设计出品质更高、造型更漂亮的桥梁上。”因为,“跨度的世界纪录并不是技术领先的标志”。我十分赞同他的意见。

    冯正霖副部长的话更应当引起我国桥梁工程师,特别是桥梁设计大师和总工程师们的深思。要正确理解概念设计的精髓,对过去所设计的桥梁进行认真的反思,走出盲目追求“之最”和“第一”的误区,让设计回归到对“创新、质量和美学”的追求上来,同时还要重视桥梁的经济性和耐久性。

以上是我的一点想法,提出来供大家讨论和思考。

 

文章三:中国桥梁的现状——知不足而常进

 

    前言:中国的桥梁建设,其规模和数量的发展速度之快令世界同行们刮目相看。中国人不甘落后,奋发自强的信念是创造硕果的原动力。然而,在自豪与激动的背后,我们有一批专家也正以一种冷静的目光注视着中国桥梁事业发生的巨变。作为中国桥梁学术界的领军人物,长期活跃于国际桥梁舞台的项海帆院士,在接受本刊记者采访时提出了一些值得我们桥梁界反思的现象。

 

中国桥梁与国际水平还有差距

    据资料显示,改革开放以来,我国仅各种类型的斜拉桥,就已建成了100多座,成为世界上建造斜拉桥最多的国家。并且在跨度超过500米的世界斜拉桥中,我国已从数量上占据了重要的地位。江阴长江大桥的建成标志着我国有了第一座超千米悬索桥,同时也使我们一跃成为世界上第六个能够建造千米级大桥的国家。因此近一段时间各种媒体提到我国桥梁建设,用的最多的词汇是“桥梁建设进入世界强国”、“世界第一”、“之最”等。

    谈到这一问题,项院士对记者坦言:“在历史的长河中进行纵向比较,中国的桥梁发展速度是惊人的。但如果从国际视角来横向对比,结果不容乐观。20世纪的中国已经耽误了太多的时间,在我们进行文革的时候,国外正处于60年代基础设施建设的大高潮中,建设项目速度快,规模大。而中国的建设高潮却始于20世纪90年代,整整晚了30年。可以说,我们现在只不过是做了国外30年前就完成了的事情。中国的桥梁发展速度快、规模大,成就显著,在欣喜和自豪之余,我们应该警惕正逐渐滋生的自满情绪,千万不要满足于速度和规模。我经常听到一些说法,认为中国已经成为了桥梁建设的强国。事实上,从国际视角看,排名前几位的国家有美、德、英、法、瑞士、日本、丹麦,其他还有瑞典、加拿大、澳大利亚、意大利、西班牙等,而我们最起码要排在第七位以后了,还有一定的差距。国际上并不以跨度论英雄,而强调创新。因此,国际上评选的优秀桥梁,跨度可以不大,但一定有很好的创新点。”

    那么,中国现在的桥梁建设水平到底处于怎样的地位?项院士说:“也许可以讲,中国凭借桥梁建设的规模进入了世界前十名之列。但从总体上讲,我们只是桥梁建设的大国,不是强国。中国从大国走向强国,还有一段路要走。强国的首要特征是“品牌”,要有拥有核心技术的品牌企业。其次,品牌企业要有国际竞争力,表现在国际设计竞赛和施工招标中的胜出。它的总工程师在国际舞台上都非常活跃,有的还是国际学会的核心领导人,或经常被邀请参加国际会议作主旨发言。因为这些企业的技术被国际桥梁界充分认可。作为中国桥梁界的代表,每当我参加国际桥梁会议时,都深感孤单和遗憾。中国大型企业的总工程师很少应邀出席国际性的会议并演讲。所以,我一直提倡新一代的工程师们一定要走出国门,进行国际交流,参与国际竞争。只有在竞争中,才能表现出自身的不凡实力,得到国际承认。参加国际交流的重要途径就是在国际杂志上发表论文。我认为国内的一些技术论文要解决文风不实、内容空洞的问题,不要只是平铺直叙地介绍跨度、工程量、强调规模。这样的文章,很难引起国际杂志编委的兴趣,因而很难在国际杂志上发表。我们的工程文章应该清楚地介绍:运用了国外什么技术、如何借鉴的,在哪些方面根据国情做了改进,哪些完全是原创性的等等。”

 

树立自主创新意识重视原创性

    谈到我国桥梁建设,人们一定要谈到“创新”,技术论文中一般也把创新点作为重中之重。对于“创新”的概念专家学者各有其看法:一种是创造原来没有的,通过创造,产生出新的技术,可谓“无中生有”,另一种是对现有的东西进行变革,使其更新,成为新的东西,可谓“有中生新”。对此,项院士认为:真正的创新应该具有原创性。

    谈到创新的问题,项院士意味深长地说:“鲁迅先生说过:‘承认不足是前进的车轮。’小到一个人,大到一个国家,要进步必须要敢于承认差距和不足。中国桥梁建设与国际水平相比,差距与不足突出表现在没有原创性的东西。我们在继承既有成果的基础上,有一些局部的创新。而真正的创新应该是原创性的。我们原创的东西屈指可数,大都是在学习国外20世纪60年代创造的新技术、新结构、新理论、新材料、新工艺。中国人学得快,学得好,而且也有志气,希望能自主建设。但是自主并不等于创新,因为仍然用的是别人的技术。我曾经给研究生讲过‘桥梁发展史中的主要技术创新’,我告诉他们,到现在为止,所有技术都是美、英、法、德等国在20世纪30年代至60年代创造的。例如,结构的预应力是法国人发明的,悬索桥是美国人发明的,另一种悬索桥由英国人发明。真正的创新,要从量变向质变发展,要有质的区别。国外专家到中国参观大桥后,只有一个感觉:‘我们以前运用的技术,现在你们也会了。只是在量上有变化,跨度比我们大、速度比我们快,仅此而已。’中国的桥造得非常多,确实有一些局部的创新,但大多数在结构、施工方法上雷同。我们并没有利用丰富的建桥机会,来实现真正的创新,每造一座桥都能够上一个台阶。”

    问及我们缺乏原创性的根源时,项院士认为:问题根源在于缺乏创新理念。中国长期恪守着因循守旧的教育模式,没有发挥孩子们的想象力、好奇心,没有培养他们提出问题的能力。实际上,提出问题的能力比解答问题更重要。而国外的教育强调的是标新立异,要勇于否定旧的。

    项院士尖锐地指出:现在社会将“创新”二字低俗化了。要实现质变并不是一件容易的事情。虽然国外已经有很多原创性的东西,但中国的创新还有很大发展空间,我们不应该追求几个“第一”、几个“之最”,一座桥如果能有一到两个新东西就已经非常了不起了。将70%的既有技术与30%的创新相结合,如果能解决现实难点,就是成功的,就能被国际上接受。但目前大家似乎都习惯于比较“第一”的数量。

    “我再次强调,年轻一代的工程师们千万不要满足于速度和规模,而要在创新、质量和美学上下工夫。不要盲目自满,不要走入误区,要利用国内一年造几十座大桥的大好机遇。试想:如果每一座桥都能有一个创新,那么一年就能有几十个创新。”

    “我国的科技竞争能力在国际上的排名仍然靠后,我们仍然是国外品牌的制造基地,消耗的是能源和劳动力,真正的核心技术仍然掌握在别人手中。中国的桥梁建设要实现超越,必须依靠创新。”

    中国桥梁界与国际水平的差距是客观的,我们也应该看到,目前我们桥梁建设市场的发展速度非常快。改革开放初期,我国的桥梁界可能比国外要落后30年。经过赶超和实践,如今的差距越来越小了。在今后的一段相当长的时期内,我国的桥梁界有着太多的实践机会,相信以我们现在的步伐很快会赶上世界水平。

 

文章四:中国内河桥梁建设与通航标准思索

 

    是业主好大喜功还是设计院的设计理念走入了误区?什么原因导致中国不经济和不合理的千米级大跨度桥梁建造趋势愈演愈烈?

    去年底,媒体报道了很多千米级大桥通车的消息,其中不乏宣传“第一”“之最”等词,笔者不由得又想起国际同行对中国内河桥梁超千米级跨度和通航标准的质疑。为此笔者曾撰文在《桥梁》杂志发表,也曾向一些设计院的总工程师询问,对方均表示出了无奈,说这是水运和航道部门的要求,但主管此事的上级机关领导却表示:他们是根据下面报上来的通航专题论证和跨度而批示的。那么,究竟是业主好大喜功还是设计院的设计理念走入了误区?或者是水运部门的要求不合常理而导致了中国许多不经济和不合理的千米级大跨度桥梁纷纷被批准建造,而且还有愈演愈烈之势?

    《桥梁》杂志2013年第一期发表了“长江与密西西比河桥梁之比较”一文,文中提到“两条河的中下游规模相当,通航净高相近,但两者桥梁最大跨径的选择悬殊较大”。密西西比河上的桥梁跨度都在500米以内,而中国长江上的桥在90年代前也相仿。然而,最近十多年来所建新桥的跨度却不断增加,其中悬索桥就有10余座之多,值得反思。

    由于不经济的超大跨度桥梁大多是以不合理的通航标准为主要依据。我想提出来和业内同行一起解读和探讨一下这种怪现象产生的原因。

 

国外内河通航标准

    五大洲通海的主要河流,如美国密西西比河、南美洲亚马孙河、非洲尼罗河以及欧洲的莱茵河、易北河和多瑙河等,大都在河口附近建港,停靠海轮,然后将货物用内河船只转驳到上游沿河各地城市。国外内河的通航标准除少数几条大河外,一般都在5000吨级以下。

    除了法国塞纳河口的诺曼底桥和韩国汉江口的仁川桥的跨度较大外,其余各国的内河桥梁跨度一般均在500m以内,而且全部都采用斜拉桥方案。其通航净高在24~56m之间,净宽则在150~400米之间,而通航净宽和净高之比则在5.9(约束航行,航速16节)~10.5(自由航行,航速30节)之间,跨度和净高之比则在15之内,这是十分合理的。

 

中国内河通航标准的现状

    中国内河是以长江和珠江为代表的通航河流。长江在解放前为天堑,没有一座桥。1957年在苏联专家帮助下建造了长江第一桥——武汉长江大桥,跨度为128m,满足分孔通航2000t的标准(净宽120m,净高18m),即武汉以上至宜昌的航道为内河III级。1971年又建成跨度160m的多孔连续桁架桥南京长江大桥,通航净空为150m×24m,满足南京以上至九江5000t的内河I级航道标准。九江以上至武汉的中游航道因水深不足,降低为3000吨的内河II级。南京港以下至长江口的下游航道因水深增大,可行驶5万吨的海轮,通航净空为600m×50m。江阴以下的航道水深更深,通过疏浚长江口的航道,远期可允许20万吨级的海轮和邮轮进入,通航净空增至900m×62m。可见,长江中下游航道因水深条件下同,适航的船舶吨位也不同,相应的通航净空也不同。

    改革开放初期(1980年——2000年)在长江中下游(武汉长江大桥以下)建造了九江长江大桥(216m中承式钢拱桥,1992)、黄石长江大桥(多孔245m连续梁,1995)、铜陵长江大桥(432mPC斜拉桥,1995)、武汉长江二桥(白沙洲长江大桥,400mPC斜拉桥,1995)、芜湖长江大桥(312m钢斜拉桥,2000)等,其通航净高均为24m,选用跨度在245~432之间,都是在合理的范围内。

    然而,自进入新世纪以来,湖北宜昌以下至南京段的新桥跨度猛增。如宜昌至武汉段(通航净空18×120m)的宜昌长江大桥(960m悬索桥,2001)、夷陵长江大桥(345mPC斜拉桥,2001)、荆州长江大桥(500m,PC斜拉桥,2002);武汉长江大桥以下至南京段(通航净高24m)的武汉阳逻长江大桥(1280m悬索桥,2007)、鄂东长江大桥(926m钢斜拉桥,2010)、荆岳长江大桥(816m钢斜拉桥,2010)、武汉二七长江大桥(2×616m钢斜拉桥,2011)和马鞍山长江大桥(图1,2×1080m三塔悬索桥,2013)等,其跨度和通航净高之比在19~53之间,都远远超出了正常的比例范围。从图1中可看出马鞍山长江大桥左边一孔的水深很浅,只能通行小船并没有必要做大跨。

 

图1 马鞍山长江大桥

 

    更令人费解的是武汉长江大桥(一桥)上游和白沙洲大桥之间正在建造的两座新桥:鹦鹉洲大桥(2×850m三塔悬索桥)和杨泗港大桥(图2,1700m悬索桥),它们和相邻武汉一桥的跨度极不协调。从图2中可以看出,河槽中间突起呈W形,完全可以设墩,如选择2×600m的三塔斜拉桥让上下行船只分孔通航,就会更经济合理,也更美观。此外,同在武汉的天兴洲长江大桥,因是公铁两用桥,航道部门就同意504m的斜拉桥,而且还是在武汉一桥的下游。为什么在航道等级降低后的武汉一桥上游反而要做1700m的悬索桥呢?

 

图2 杨泗港大桥效果图

   

    再说南方的珠江,在黄埔港以上分南北两汊进入广州市,其中南汊为主航道,通航标准为137m×34m,相当于1万吨级航道(北汊通过市中心区,航道等级较低)。所建桥梁中跨度较大的为鹤洞大桥(360m结合梁桥面斜拉桥,1998)、番禺大桥(380mPC斜拉桥,1999)和丫髻沙大桥(360m钢管混凝土系杆桁架拱桥,2000),三座桥跨度都很接近,是合理的。2008年建成的广州珠江黄埔大桥位于黄埔港上游的珠江河汊处,南汊主航道的通航要求为494m×60m,不知何故却采用了主跨1108m的悬索桥(图3)。从图中可以看出,通航孔在左侧,并没有必要做悬索桥,700m左右的斜拉桥已能满足要求。

图3 广州珠江黄埔大桥南汊主航道悬索桥

 

    黄埔港以下至虎门的航道为5万吨级,90年代设计虎门大桥时,要求通航净空为600m×50m,为考虑锚碇的合适位置,选用了888m的悬索桥是合理的。然而,在规划建造虎门二桥时选择了虎门一桥上游的河汊区过江。交通运输部《关于虎门二桥通航净空尺度和技术要求的批复》(交水发[2010]288号)称,坭洲水道通航净高不小于60m,选用10万吨级散货船作为代表船型,通航净宽按照满足10万吨级散货船和5000t级杂货船同时双向通航计算,通航净宽应不小于1154m。工可报告中建议采用1688m的超大跨度悬索桥,比下游虎门大桥增加了一倍。为什么在虎门大桥上游的珠江航道上要选用超千米的悬索桥?又为什么不能分孔通航而一定要合孔?为什么水深还不足15m就不许建桥墩,而非要一跨过江?不同吨位的船只为什么都要单独的通航净空,难道低吨位的小船就不能走大船的航道?而且,还要把各自要求的通航净宽叠加起来,并排合孔过桥。于是就出现了虎门二桥要求通航净宽1154m的“怪现象”。与此同时,铁道部在虎门一桥的下游附近也规划了一座铁路桥,航运部门就允许采用分孔通航的方式,使跨度减小,以满足铁路桥的刚度要求。据说,在苏通大桥附近将要造一座公铁两用的新桥——跨度为1092m的斜拉桥。为什么不能像南京长江三桥附近的大胜关铁路桥那样将跨度减半,采用2×600m的三塔斜拉桥,以增加刚度,节约造价?

    更为离奇的是湖南岳阳洞庭湖二桥的规划。附近已建的一桥是2×310m的三塔斜拉桥,能够满足2000T内河III级航道的要求。然而,新建的二桥却要求一跨过江,为争当世界第一,曾推荐采用2008m跨度的悬索桥,后虽改为1480m悬索桥,如果通航净高仍为18m,跨度和净高之比将超过80,这将是难以理解的“世界笑话”。

    在洞庭湖一桥的下游,铁道部也规划了一座铁路桥,仍采用300m左右跨度的三塔斜拉桥。为什么洞庭湖二桥不能公铁合建以节约投资呢?现在铁道部已撤销,交通运输部应当统筹规划公路和铁路的越江通道,采用更为经济合理的双层桁梁多跨斜拉桥,以避免公铁分建所带来的浪费和不合理的通航标准问题。

    上述这些反常的跨度和桥下净高比例必然会引起外国同行的质疑,也值得我们反思。希腊Rion-Antirion桥,水深达65m,又在强震区,要求18万吨的约束通航(16节),净高65m,净宽300m。经过方案比选,采用经济合理的三跨560m的四塔斜拉桥(图4)。如果让中国工程师来设计,很可能又会选用一跨1700m的悬索桥。

图4 希腊Rion-Antirion桥

 

桥梁通航孔布置原则和存在问题

    桥梁设计要遵循“安全、适用、经济、美观、耐久、环保”等六项原则。概念设计的首要任务就是选择合理的桥位和经济、美观的桥型方案,其中最核心的问题是按航迹线和通航标准(船舶等级和通航净空)布置跨越主航道的主桥,并通过多方案的比较,选择最经济合理和美观的桥型方案和跨度。

    中国内河的水深一般都在40m以下,大部分只有20m左右,基础技术是十分成熟的。而且,万吨以下的通航河流,桥墩一般都具有足够的抗撞能力,防撞设计主要是为了保护船只的安全。因此,为了尽可能节约造价,内河桥梁应优先考虑分孔通航,即为上下行船只设置两个通航孔,各行其道,减少在同一桥孔中交会时的风险,同时也可以减小跨度,节约造价。除非在地形特殊的河道颈口,如江阴大桥,水流较急,水较深,或地质条件不利,不宜建造桥墩时,则可考虑上下行船只合孔通航,采用较大跨度的桥梁跨越深水航道。合孔还是分孔通航,应由设计单位通过技术经济比较来确定。

    国内在初步设计阶段(概念设计)往往会遇到下列问题,致使通航孔的布置面临许多非技术性的干扰,简述如下:

    1.由于城市规划的滞后,城市规划和交通规划不协调,公路和铁路的各自为政,加上地形地质有利的桥位没有预先规划控制,已被工业区占用,失去了桥位选择的优先权。或者,交通规划工程师没有充分考虑越江桥位的优先要求,而根据其他因素划定了过江路线,从而给桥位设计带来许多不必要的制约因素。

    2.少数官员好大喜功,盲目争跨度“第一”“之最”,不顾经济性,甚至任意指定桥梁的跨度。他们可能认为,在整个工程投资中,越江部分仅占小部分,多花几个亿不是问题。然而,在很小的通航净高上建造超千米跨度大桥,将会带来比例失调和资源浪费的严重后果。

    3.由于中国内河航运设备和管理的落后,船只陈旧,有的船员也未经严格培训,造成撞墩事故时有发生。水运部门应当尽快使航运现代化,淘汰落后船只,培训合格船长,装备先进导航设备,而不应以安全为名不加限制要求加大通航净宽,从而增加桥梁跨度。3000吨级的航道(净高仅24m)却要求千米通航净宽,这是极不合理的。德国莱茵河为2500T级航道,通航净空150m×24m,专门设计了现代化的低高度快速集装箱内河船只和高效率的码头装卸设备,其运输量甚至超过长江,值得我们学习。

    4.一些设计院的领导也有悬索桥“心结”:误认为只有造千米级悬索桥才代表高水平,从而放弃了概念设计的基本原则。有时还在经济比较上弄虚作假,使不合理不经济的方案得以通过评审而实施。他们应当知道,在一座多孔梁式桥附近建造一座超千米悬索桥视觉上是多么不协调?!

    以上几种情况可能是造成中国内河通航标准出现净宽和净高之比严重超出正常范围,从而出现被迫建造千米级悬索桥的主要原因。这种怪现象已经受到外国同行的质疑,也给中国桥梁工程界的声誉带来了负面评价。

    从上述中外通航要求的对比中,我们应当认识到,中国内河通航标准确实存在不合理的问题,希望新组建的交通运输部能组织业主、规划、航运、水利和桥梁设计部门一起认真讨论,对中国内河制定一个合理的通航标准。由设计单位根据标准确定合理跨度和桥型方案,而不应由航道部门任意要求通航净宽,甚至对跨度和桥型进行批复。

    内河航道等级由水深决定,通航船只的最大吨位决定了船的高度和长度,由船高决定通航净高,由船长按“活动域理论”确定所需的安全净宽。因此,通航净宽和净高应当有一个合理的比例。考虑到船舶和桥墩之间的安全空间,跨度和桥下净高之比应当控制在20以内,即跨度不应超过净高之20倍,国外桥梁大都在15以内(苏通大桥为1088/62=17.5),跨度和桥下净高的比例过大,不但经济上不合理,也失去了比例美。在同一航道等级的河段上,通航净高相同,桥梁的跨度应当相近,根据河势和地形可以有适当的调整。如果比邻的桥梁跨度相差过于悬殊,就很不协调,也一定会引起质疑。

    最后,建议交通运输部重新审议一些尚未动工的超大跨度悬索桥,如能和邻近已规划中的铁路桥合建成跨度较小的公铁二用斜拉桥,可为国家节约大量投资。中国仍是一个发展中国家,经济性原则必须在方案比较中占据重要地位,不要为了争“第一”和“之最”或者为了迁就落后的航运技术而随意浪费资金,甚至闹“国际笑话”。我衷心希望业内各方面的有关部门认真思考,从创新、质量和美学上多下功夫,把中国桥梁建设好,为中国从桥梁大国走向桥梁强国多做贡献。

[ 关闭窗口 ]
   
版权所有 © 2013-2014 福建省泉州市城市规划设计研究院 Copyright © 2013-2014 All Rights Reserved