黄茅海立起“小蛮腰”——世界最大跨径公路三塔斜拉桥承力塔设计建造纪实

科技日报记者 矫阳

近日，世界最大跨径公路三塔斜拉桥——黄茅海大桥拉开架梁序幕。

大桥是连接广东珠海和江门的超级工程——黄茅海跨海通道的重要组成部分。这一通道是2019年《粤港澳大湾区发展规划纲要》发布后，开工建设的首个规划项目，承载着把粤西拉进大湾区、实现跃升发展的希望。

海天之间，已封顶的5座跨海大桥承力塔巍然矗立。因造型酷似著名地标性建筑广州塔，它们被喻为海上“小蛮腰”。

“‘小蛮腰’是项目建设的关键重难点，它的创新设计和建造，让700米大跨径全漂浮桥的设想成为可能！”黄茅海跨海通道管理中心主任潘放告诉科技日报记者。

异形设计：兼顾抗风和通航

接到黄茅海跨海通道建设任务后，潘放率领团队到这里进行实地勘测。

作为历经深中通道等超级工程锤炼的精兵悍将，站在黄茅海岸边，潘放和同事们仍觉得困难重重。

台风强浪、高盐腐蚀、船舶撞击，多种风险因素叠加。

黄茅海地处珠江西部入海口，历史最大风力17级，同时也是繁忙的航运通道。要兼顾航道通行500米标准和抗风条件，建造跨径700米左右的全漂浮斜拉桥是唯一选择。

全漂浮斜拉桥，就是完全依靠塔柱与斜拉索的拉力，使桥处于全悬浮状态。“台风来了，大桥可随风‘荡秋千’，不被吹垮。”黄茅海跨海通道管理中心总工程师朱超说。

大桥的塔柱如何设计，至关重要。

既要少占航道，又能抗台风，同时还能表达桥梁个性、塑造地标景观——综合考虑多种需求，设计团队创新采用了圆截面渐变收腰的“小蛮腰”造型。

一般的悬索斜拉桥塔柱多选用“H”形或“A”形，稳固性强，但在海中“生根”时占用面积大，会挤占航道。“小蛮腰”的独柱设计，则能最大限度减少对巨轮通航的影响。

同时，相比上下一致的圆柱塔和四方塔，“小蛮腰”的异形结构更加抗风。变化的结构增加了对风力的扰动，可使台风袭击的影响减弱。

从极简美学角度，“小蛮腰”简洁明快，又极具岭南特色和东方美感。

有人担心，“小蛮腰”独柱塔造型太复杂，施工无先例。而潘放和朱超却认为，大桥建造技术就是要更进一步。“经广泛调研和探讨，‘小蛮腰’独柱塔建造虽难，但技术可行。”朱超说。

数控雕刻：保证异形截面拼接精度

面对“小蛮腰”独柱塔造型，中铁大桥局黄茅海跨海通道项目总工程师贾维君深感建造任务艰巨。

“圆截面直径从20米，渐变至收腰处9米，接近塔顶时又逐渐变大。”贾维君说，“这种异形渐变独柱塔，造型打破常规，远远超出施工单位的经验范畴。”

“‘小蛮腰’高约260米，上下没一个截面相同。按已有异形独柱塔施工方法，每个截面都需一个钢模板，260米就需要260个，成本太高。”中铁大桥局黄茅海跨海通道项目经理刘宏达说。

为建造“小蛮腰”塔身，黄茅海跨海通道项目组建了“曲面塔柱造型”技术突击队开展攻关。

本着经济实用的目的，技术突击队选择了传统的木模板。他们将整座主塔分为43节，分别制作外模。每节外模由24片弧形板片组成，弧形板片再由多块造型板拼接而成，以实现主塔截面空间曲面线形变化。

“不同规格的造型板，每个截面间的拼接精度，哪怕有1毫米超出范围，整座塔都将报废。”刘宏达介绍。

失之毫厘，谬以千里。为解决拼接精度，木家具制造用的数控雕刻机床进入技术人员的视野。

“我们将事先画好的图形转化成坐标数据，导入到数控机床中，保证大小不同、弧度各异的每一片造型板精度达标。”贾维君说。

经反复试验，机床自动制作出的数控造型板，将误差控制在设计范围之内。

智能建造：防止混凝土失温开裂

走进黄茅海项目施工现场，5座“小蛮腰”亭亭玉立，采用的清水混凝土，展现出精致的纹理和绵密的质感。

有施工经验的人知道，混凝土失温开裂，是一个很难解决的问题。刚浇筑的混凝土，为流动态；凝结过程中产生大量水化热，使体积自由膨胀；到最高温时基本固结，随后开始降温并收缩，就会导致裂缝产生。

“‘小蛮腰’在海洋高腐蚀环境下，需要加大混凝土用量，增厚保护层，这又大大增加了主塔开裂的风险。”贾维君告诉记者，为解决这一难题，建设者们利用智能技术，自主研发了智能化温度控制系统。

“简单来说，我们实时自动监测混凝土温度场，用数据分析自动控制温度，精准优化冷却水流量，有效减少混凝土裂缝产生。”贾维君说。

同时，黄茅海跨海通道项目还使用建筑信息模型，建立起智慧云平台施工监控系统。“基于实测数据进行展示、预警、施工控制，对包括‘小蛮腰’在内的大桥施工全过程，及施工装备进行监控。”朱超介绍。

黄茅海跨海通道计划于2024年底建成通车，设计时速100公里，双向六车道。建成后，它将是继港珠澳大桥、深中通道后，粤港澳大湾区第三条重要跨海通道。届时，大湾区主要城市间将实现1小时通达。

“党的二十大报告专门提出，推进粤港澳大湾区建设。”望着紧张施工的大桥现场，潘放信心满怀地说，“我们将继续以实干刷新‘黄茅海速度’，奋力书写大湾区建设新篇章！”