2024年伊始，東海之上，鉆機林立，機械轟鳴；綿延群島，車(chē)輛穿梭，人聲鼎沸；一簇簇彩旗飄揚中，西堠門(mén)公鐵兩用大橋正在飛速“生長(cháng)”。
1月7日，由中鐵大橋院勘察設計，中鐵大橋局等單位建設的甬舟鐵路全線(xiàn)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(mén)公鐵兩用大橋建設取得階段性進(jìn)展。隨著(zhù)最后一方混凝土順利灌入導管中，大橋5號主塔墩6.3m超大直徑鉆孔樁基礎施工圓滿(mǎn)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。支撐起跨海大橋的橋墩基礎，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(mén)公鐵兩用大橋主塔墩位處建設條件復雜。該處水深（最大水深超60m）、流急（最大流速3.47m/s）、風(fēng)大（6級以上超100天）、浪高（設計波高7.8m）、基巖裸露且海床面傾斜。
60m水深，相當于一座20層住宅大樓的高度，在這樣的地方建基礎，選擇“沉井”還是“鉆孔樁”？
中鐵大橋院總工程師、西堠門(mén)公鐵兩用大橋總設計師肖海珠和他的團隊曾一度“左右為難”。
如采用設置沉井基礎——結構剛度大、整體性好，抵抗水平荷載能力強。然而，基底需要爆破開(kāi)挖至70m水深，而那時(shí)，國內還沒(méi)有在該水深條件下的爆破和開(kāi)挖經(jīng)驗；如此水深，也導致施工人員無(wú)法下潛至基底檢查，難以保證基底的清基質(zhì)量；此外，設置沉井基礎也由于體積龐大、重心較高，其浮運、定位、著(zhù)床施工需選擇在一個(gè)連續多天海況良好的窗口期才能進(jìn)行，但面對臺風(fēng)多發(fā)，季風(fēng)頻起的橋區環(huán)境，其工期存在很大的不確定性。
如采用鉆孔樁基礎——盡管樁基礎剛度相對較小，需要通過(guò)增加樁數和樁徑來(lái)提高基礎剛度，但鉆孔樁基礎具有對地形、地質(zhì)條件適應性好的優(yōu)勢，且施工工藝成熟，同時(shí)鉆孔樁基礎受海況影響較大的鋼護筒吊裝和沉放工作，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。
然而，在此之前，國內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，該橋橋址所處的臺灣海峽是世界著(zhù)名的三大風(fēng)暴海域之一，海域環(huán)境復雜，墩位處最大水深為45m，是當時(shí)國內水深最大的橋梁基礎。如繼續采用直徑4.5m鉆孔樁，則需要更多樁基，也就意味著(zhù)要進(jìn)行更多次鋼護筒吊裝和沉放，工期難以有效保障。
“如果鉆孔樁的直徑再大一些呢？”
根據思考方向以及反復計算、推演，并結合當時(shí)最新裝備水平，團隊創(chuàng )新提出了6.3m超大直徑鉆孔樁基礎方案，一方面不僅可使大橋基礎能夠更好地適應惡劣環(huán)境，可承載起疾馳而過(guò)的高鐵。另一方面，相比常規直徑樁基礎，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所需樁基根數，減少樁基鋼護筒吊裝和沉放次數，進(jìn)一步降低基礎對橋區海況的要求，為縮短基礎施工工期提供保障。
6.3m超大直徑鉆孔樁基礎方案
“‘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(wú)論何種創(chuàng )新，其目的一定是要解決問(wèn)題、推動(dòng)發(fā)展?！眲?chuàng )新過(guò)程中，肖海珠對團隊再三強調。
把圖紙“畫(huà)”在現場(chǎng)——
擦亮復雜橋梁設計建造領(lǐng)域的引領(lǐng)品牌
2023年7月，中國中鐵總裁陳文健深入西堠門(mén)公鐵兩用大橋項目現場(chǎng)調研時(shí)，曾對大橋建設作出指示：“要充分認清西堠門(mén)公鐵兩用大橋的重大戰略意義，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)高效建好大橋對繼續提升和保持企業(yè)在復雜橋梁設計建造領(lǐng)域的引領(lǐng)作用意義重大?！?/p>
之后，中鐵大橋院西堠門(mén)公鐵兩用大橋項目基礎設計負責人邱遠喜把“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，也成為了邱遠喜在推動(dòng)每一項工作時(shí)，必須優(yōu)先考慮的三大準則。
對于60m水深的復雜海洋環(huán)境，超大直徑樁基固然優(yōu)勢巨大，但也難免會(huì )給設計和施工帶來(lái)不小挑戰。
“這里四面環(huán)海，風(fēng)高浪急，夏秋之際臺風(fēng)多發(fā)，寒冬之際季風(fēng)頻起；此外，大橋為主跨1488米的公鐵兩用大橋，主塔墩豎向承載力要求高，波流力對樁身沖擊力極大，這些都對樁基礎建設提出了極高要求?！鼻襁h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(mén)公鐵兩用大橋單個(gè)鉆孔樁混凝土澆灌體量即達到了3000方。
“都說(shuō)設計師是‘畫(huà)圖’的，但我們的‘圖紙’不能只表現于電腦里，更要體現在項目現場(chǎng)?！?/p>
只要在項目現場(chǎng)，邱遠喜一天的步數就不會(huì )低于2萬(wàn)。
向鉆機師傅了解鉆孔過(guò)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接時(shí)的主要難點(diǎn)、接頭對接率、設備及人員配置；
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。
…………
半年來(lái)，18根鉆孔樁，每一根鉆孔樁首封混凝土灌注，邱遠喜都會(huì )第一時(shí)間守在現場(chǎng)，反復優(yōu)化，確保圖紙上每一個(gè)細節都能和施工完美融合。
在中鐵大橋院西堠門(mén)公鐵兩用大橋項目負責人潘韜心里，“一名優(yōu)秀的橋梁設計師，除了設計本身，還要不斷增強自身工作領(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，注重堅持目標導向和問(wèn)題導向推動(dòng)工作攻堅突破?！?/p>
例如，在18根鉆孔樁混凝土澆筑過(guò)程中，面對因單樁面積較大，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明顯、成樁質(zhì)量檢測準確性難以保證、樁基-承臺鋼筋碰撞問(wèn)題突出等難題。在肖海珠的指導下，潘韜與設計團隊牽頭首次提出多導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)量檢測方法、樁基—承臺鋼筋防碰撞設計方法，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)“中國橋梁”現代化產(chǎn)業(yè)體系建設
2023年中央經(jīng)濟工作會(huì )議強調，以科技創(chuàng )新引領(lǐng)現代化產(chǎn)業(yè)體系建設。
“‘中國橋梁’行業(yè)，正是我國‘以科技創(chuàng )新引領(lǐng)現代化產(chǎn)業(yè)體系建設’里其中一個(gè)生動(dòng)縮影?！痹谛ずＶ榭磥?lái)，“中國橋梁”之所以能成為一張閃耀世界的“國家名片”，其背后凝結著(zhù)包括基礎研究、勘測設計、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“中國橋梁”行業(yè)的龍頭企業(yè)，自成立以來(lái)，一直致力于以“中國設計”帶動(dòng)“中國建造”“中國制造”，助推我國橋梁全產(chǎn)業(yè)鏈換擋、提速、升級。
——這一經(jīng)驗啟示，也充分體現在西堠門(mén)公鐵兩用大橋建造過(guò)程中。
新標準方面，面對大直徑鋼護筒插打、大直徑鉆孔樁成孔、深水基礎施工棧橋等新技術(shù)、新工藝，前期概預算編制需要有效匹配施工實(shí)際。中鐵大橋院工經(jīng)團隊以開(kāi)展好鐵路超大跨度斜拉-懸吊協(xié)作體系橋梁基礎工程定額測定分析與研究工作為目標，基于外部建設環(huán)境對人工、機械效率的影響，開(kāi)展了定額體系比較分析并組織了相關(guān)專(zhuān)題審查，為項目順利實(shí)施提供堅強保障。
新裝備方面，針對本次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)合國內廠(chǎng)家成功研制出了超級回旋鉆機等大國重器，不僅填補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)鉆機設備行業(yè)的發(fā)展，更推動(dòng)了我國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)橋梁建造數字化轉型，在設計前期，中鐵大橋院團隊采用了BIM正向設計，通過(guò)使用“參數驅動(dòng)模型，模型驅動(dòng)圖紙”的全參數化、全過(guò)程驅動(dòng)體系，不僅實(shí)現了BIM模型設計后期應用拓展空間，還成功將其運用在匯報展示、三維漫游、加工制造、現場(chǎng)施工等方面。
“近年來(lái)，我國海洋橋梁建造取得了舉世矚目的偉大成就，但在更加復雜惡劣的海洋環(huán)境下，我國海上橋梁的建造技術(shù)還將面臨更多新挑戰。接下來(lái)，我們將以西堠門(mén)公鐵兩用大橋建設為實(shí)踐，主要圍繞數字化、信息化、自動(dòng)化和智能化，邊探索、邊總結、邊完善、邊推廣，把方方面面的積極性和創(chuàng )造性充分調動(dòng)起來(lái)，形成關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)的強大合力，持續提升我國橋梁產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈韌性和安全水平?！闭雇磥?lái)，肖海珠表示。
