[摘要] 在11月3日落幕的广西科学技术奖励大会上，“500m级钢管混凝土拱桥建造核心技术”荣获了“广西科技进步一等奖”，这是土木建筑领域唯一获此殊荣的项目，其余三个获奖项目来自农业科技、医疗卫生领域。
在11月3日落幕的广西科学技术奖励大会上，“500m级钢管混凝土拱桥建造核心技术”荣获了“广西科技进步一等奖”，这是土木建筑领域获此殊荣的项目，其余三个获奖项目来自农业科技、医疗卫生领域。远在千里之外的巴蜀胜地，波司登大桥（合江长江一桥）如同长虹卧波般横跨长江，水中未见一墩一柱，桥上人行两岸，桥下舟楫通畅，长江珍稀鱼类在水中畅游正欢。这座桥长530米，是目前世界上大跨径的钢管混凝土拱桥，它依托于广西技术团队研发的“500m级钢管混凝土拱桥建造核心技术”，由广西的施工团队完成。
钢管混凝土拱桥是中国主流桥型之一，跨径的大小决定了施工的难易程度。在波司登大桥建成之前，中国已建的和在建的钢管混凝土拱桥共有426座，其中跨径超过200米的有54座，超过300米的13座。世界上跨径大的钢管混凝土拱桥是492米的重庆巫山长江大桥。500米跨径曾经一度是行业内的至高点坐标，攻克这个难关之后，可以说广西人掌握了目前世界上“牛”的钢管混凝土拱桥施工技术，甚至有能力实现700m级钢管混凝土拱桥的建造。“500m级钢管混凝土拱桥建造核心技术”还将冲击中国国家科技进步奖，并代表中国参评世界桥梁界高奖——国际桥协“杰出结构工程奖”。日前，广西新闻网记者采访了该项目的完成人——中国工程院院士、广西科协主席郑皆连。
力排众议合江古邑虹桥飞渡横跨长江
在波司登大桥建成之前，业内关于能不能建造跨径大于500米的钢管混凝土拱桥，存在较大的分歧。波司登大桥位于四川省泸州市合江县境内，是泸渝高速公路的重要控制性工程，因施工地形复杂，业主方曾经论证过斜拉桥、悬索桥、钢桁拱桥和钢管混凝土拱桥等方案。跟其他方案相比，钢管混凝土拱桥的设计方案成本低，在造价上优势明显，但是，由于建造500m级跨径的钢管混凝土拱桥风险太大，中交公路规划设计院对该施工方案的风险评级包括2个四级风险，而桥梁工程风险评估高是5级，风险到达5级禁止施工，这套方案险些“流产”。
“地球能提供免费的推力，为什么不造拱桥呢？”在经过现场勘查之后，郑皆连认为现场施工环境能与拱桥匹配，他用这样一句风趣的比喻说服了业主。虽然跨径600米的悬索桥施工技术已经很成熟，风险也比较小，但是郑皆连“力挺”钢管混凝土拱桥方案。“拱桥比悬索桥省力，跨径600米的左右拱桥可以实现1000米级悬索桥的跨越能力，能节省很多成本。”
可是在当时，究竟钢管混凝土拱桥能不能实现500m级的跨径，是个难解的未知数。世界上大的钢桁拱桥，是552米的重庆朝天门大桥。同样是500m级跨径，钢管混凝土拱桥要比钢桁拱桥难度大多了，自2005年巫山长江大桥建成之后， 似乎就止步于492米跨径的“难度系数”。
既然钢桁拱桥技术比较成熟,为什么要造钢管混凝土拱桥呢？虽然钢是土木建筑领域的主要材料，韧性较好，但质重比较轻，容易失稳变形。波司登大桥如果全部用纯钢，不但造价高，而且桥面耐久性差，抗压能力不强。郑皆连院士告诉记者，“钢管+混凝土”的组合，能够实现“1+1>２”的效果。“轻而韧”的外钢管因管内填充混凝土变得“结实”，不会局部失稳；混凝土是脆性材料，管内混凝土受钢管的套箍作用承载能力提升。“钢管＋混凝土”不仅可以节省钢材的用量，降低造价，而且减轻运输和安装重量方便施工。郑皆连认定，钢管混凝土是适合波司登大桥的材料。
波司登大桥2009年12月31日正式开工建设，2012年10月31日建成。因为选用钢管混凝土拱桥施工方案，波司登大桥在整个施工过程之中，减少了混凝土用量67500立方米，减少钢材用量约16350吨。该桥的竣工造价2.6亿元，与比选方案中的悬索桥相比，节约了0.6亿成本，比同期建成的420米跨径的合江长江二桥减少了1.1亿元。
攻克难关 真空灌注工艺实现500m级钢管混凝土拱桥跨径
如何突破500米钢管混凝土拱桥跨径这个难关？改进管内混凝土灌注工艺是关键的技术节点。传统的从拱脚两端向拱顶连续顶压混凝土的方法，容易混入空气影响混凝土的密实度，不能适应500米跨径的要求。郑皆连院士带领着广西路桥工程集团有限公司（以下简称广西路桥）的技术团队，研发了“大型钢管混凝土结构管内混凝土真空辅助灌注方法”和相应的“真空辅助灌注系统”。波司登大桥的主拱由8根钢管混凝土组成，在实际施工过程中，在郑皆连院士的指导之下，广西路桥的技术团队采用了真空辅助灌注工艺、三级连续泵送工艺和2组斜拉扣索调载工艺，完成一条弦杆管内近800m3混凝土的灌注平均只用12。完成全部8根弦杆管内混凝土灌注，只用了33天。管内混凝土的密实度合格率达100%，优良率达91%。这项技术也获得了国家发明专利，迅速在范围内推广，还被应用在高铁建设之中。
此外，波司登大桥在扣塔安装时，次将摇臂抱杆技术应用于桥梁施工中，提出了桥梁超高超宽扣塔的大节段安装摇臂抱杆技术，形成了“提升式摇臂抱杆安装塔架施工工法”，获得了国家发明专利，节约了大约500万的安装费用。
院士心声 老祖宗传下的桥型省力省钱应大力推广
郑皆连是我国桥梁工程领域权威专家，是中国工程院桥梁工程领域的院士，他从事桥梁工程领域的专业工作有50余年。在采访过程之中，他几度跟记者提起有1400多年历史、桥长37米的赵州桥，它是世界早的敞肩石拱桥，曾经领先世界1200多年。在他心目之中，拱桥“跨越能力大、承载能力强、造价成本低”是一种极富美感和魅力的古老桥型，是老祖宗留下的财富。
纵观他50余年的从业生涯，都是在致力于将古老的拱桥与现代科技、现代工艺相结合，发扬光大。1968年，他研究首创我国双曲拱桥无支架施工新工艺，解决了不立拱架修建拱桥的难题。1972年，他主持设计了广西座无支架施工钢筋砼箱拱桥，按该方法施工大桥达40多座2万多延米，占当时广西公路大桥总数70%。1992年，他曾任邕宁大桥专家组组长，建成了当时世界大跨径的钢筋砼肋拱桥，首次提出千斤顶斜拉扣挂悬拼架设拱骨架技术和连续浇注拱肋外包混凝土技术。成果获国家科技进步二等、三等奖各一项，获省级科技进步奖多项。
“500m级钢管混凝土拱桥建造核心技术”可谓是郑皆连院士近年来的“得意之作”，波司登大桥与2004年建成通车的钱江四桥一样，都是采用民族特色拱桥结构的成功范例，在我国钢管混凝土拱桥建造史上具有里程碑意义。如今，广西人成功造出530米跨径的钢管混凝土拱桥，这项技术不仅领先国内，同样独步世界。郑皆连院士身边的工作人员向记者透露这样一个细节，他从不轻易接受媒体的采访，也曾经有某座同样在他指导之下取得关键性突破的桥梁，建成之后媒体想采访他，他认为技术难度还“拿不出手”，没有答应。
为什郑皆连院士如此重视“500m级钢管混凝土拱桥建造核心技术”呢?因为钢管混凝土拱桥是一种省力又省钱的桥型，具有极高的推广价值。作为一名从设计施工一线成长起来的专家，他认为桥梁造价并非跟技术含量成正比，花钱多的桥梁不一定好的，因地制宜选择合适的桥型可以节省大量的建设成本。
“虽然拱桥是所有桥梁体系中受力合理的桥型之一，但并不能‘包打天下’，只能说适合我国多峡谷多山地的地貌。”在采访过程之中，记者不难感受到他虽然对拱桥“情有独钟”，但依然保持着科学审慎的态度。“我国高铁路线上原来很多钢桁拱桥，现在都设计成钢管混凝土拱桥。”郑皆连院士告诉记者，随着“500m级钢管混凝土拱桥建造核心技术”的成熟，建造700m级跨径不难实现，钢管混凝土拱桥在高速公路、高速铁路建设之中的应用将会越来越广泛。他分析现在国家的公路建设、铁路建设都在由平原向山区推进，跨越山区峡谷要修桥，这是钢管混凝土拱桥“大显身手”的时候。
同时，记者隐约感受到他对当今桥梁工程领域因为求新求大造成巨大工程浪费的隐忧，以及推广钢管混凝土拱桥的迫切心愿。他主张在地质条件允许的地方多修拱桥，少修悬索桥。拱桥是“省力”的桥型，而钢管混凝土是“实惠”的材料。钢管混凝土拱桥造价大体上是悬索桥的二分之一到三分之一，能够为国家节省很多基础设施建设经费。
钢管混凝土拱桥比悬索桥、钢筋混凝土拱桥都“省钱”，郑皆连院士举了两个例子：一个是国内的湖南矮寨大桥，它的主跨为1176米属于特大悬索桥，实际造价为13亿。郑院士认为当地的地质条件也适合修拱桥，如果当时选择建造钢管混凝土拱桥，跨径615米就够了，估算造价仅需6亿元。另外是美国胡佛水坝的胡佛大桥，2010年10月建成通车，桥长329米，是美国国内座钢筋混凝土拱桥，总投资16.7亿。如果修钢管混凝土拱桥，造价至少可以节省二分之一到三分之一。
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