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“烂泥坑”里能否造桥?对基建“狂魔”来说,NO PROBLEM

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龙行天下 发表于 2018-1-11 22:53:14 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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帕德玛大桥建在河流淤积极深的三角洲地带,常年受河水冲刷,这里很难修建起永久性的建筑。而且,孟加拉国全国无山,甚至连再平常不过的石子都很难获得,加之烈日和暴雨的双重考验,钢结构的防锈也是难题,在这里建桥简直就是噩梦。


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  帕德玛大桥效果图

中铁大桥局承建的帕德玛大桥位于孟加拉国首都达卡西南40公里处的帕德玛河上,连接孟加拉国南部21个区与首都达卡之间的交通,也使中国和印度泛亚铁路的南部相互对接。

大桥全长超过6公里,为公铁两用桥梁,是孟加拉国规模最大的造桥工程,也是中国企业承建的最大海外桥梁工程。不过,要想在孟加拉国挣得这份荣誉可谓艰辛异常,帕德玛大桥的修建难度绝不是一般桥梁能比的。



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  帕德玛大桥首片梁架设时的场景 张卫东 摄


(一)河流冲刷出的孟加拉国,简直是建筑行业的“地狱”


孟加拉国位于喜马拉雅山以南,全境几乎都是一系列河流冲刷出的三角洲。河流的冲刷使得这里土地肥沃,滋养了两亿多人口,但这里的河流几乎都没有什么固定的航道,每到雨季,洪水四处肆虐,孟加拉国的百姓生活艰苦异常。

由于经年累月的水患,孟加拉国百姓很难修建起永久性的建筑,只能用简易的木结构搭建窝棚,外面用铁皮包裹。



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  孟加拉国全境几乎都是河流冲刷淤积形成的平原  


  在孟加拉国修建大桥,在过去看来几乎是不可能完成的任务。
  这里遍地都是河流冲刷淤积下来的淤泥和粉砂,极其松软,而且每隔几年还要被洪水重新冲刷一次。可以说,在孟加拉国修大桥,就像是在烂泥坑里盖房子一样
  土质松软,基础必定不稳。洪水一来,大桥就会发生不均匀的沉降,势必会发生变形、断裂甚至垮塌。

事实上,许多地方(如中国上海的陆家嘴)的土质也很松软,为了保证建筑物的稳固,工程师们会将桩基础打得很深,让桩的底端接触到地下坚硬的基岩,利用基岩来承力,这叫做“端承桩”。

然而在孟加拉国,河流三角洲淤积极深,无论将桩基础打得多深,也根本够不到下面的基岩,因此只能设计靠摩擦来承力的摩擦桩。



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  靠基岩承力的端承桩与单纯靠软土层承力的摩擦桩

为了能在这样的“烂泥坑”里保障大桥的稳固,工程部门设计了特殊的“钢管桩桩端预压施工方法”

先打一根120多米长的钢管桩进入土体中,确保有足够的摩擦力来固定桩基,在桩的底部,还设置了一个土塞。再将水泥浆注入土塞内,使之与土塞混合渗透形成强度。

这样,土塞、混凝土与钢管桩之间可以形成封闭结构,相当于人为制造了一个可以承担一定桩端压力的微型承台,显著提高了桩的稳定性。


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  桩基的结构

这样的钢管桩每根重达550吨,由39节钢板卷筒焊接而成。整座大桥一共要打下240根这样的钢桩,并在上面建立40个桥墩。

工程部采用专业软件对打桩施工进行了模拟计算,并专门定制了世界上最大、造价接近1亿元的液压锤。在它们的加持下,钢管桩与土体的结合极为密实。

在雨季来临时,帕德玛河的水会弥漫上来冲刷大桥的基础,这些钢桩则像定海神针一般插在河道里挡住洪水。

由美国、荷兰、法国等多国专家组成的世界监理单位虽然要求苛刻,但亲眼见证了中国道桥建设的水准之后也予以肯定,并将中国标准采纳到新的基础设施建设国际标准中。


(二)生产水泥的材料啥啥都缺,如何保障材料质量?


在孟加拉国修建筑难,不仅难在建造,而且难在材料。

由于全国无山,遍地都是淤泥,孟加拉国甚至连对我们来说随处可见的石子骨料都很难获得,许多地方甚至要将黏土烧成碎砖来代替石子制成骨料。



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  孟加拉国常用的碎砖骨料


连普通石子都缺,更别提用于烧制水泥的石灰石了。

孟加拉国所有的水泥熟料都来源于进口,水泥在海上经受阳光、含盐空气和水分的破坏,质量大打折扣。

孟加拉国工业落后,缺少燃煤电厂与炼铁厂,因此在一般混凝土中常用的粉煤灰和矿渣也无从获得。混凝土的流动性、抗裂能力以及后期强度都会受到影响。

帕德玛大桥作为重点工程,虽然不至于像孟加拉国的普通建筑那样使用碎砖作为骨料,但由于石子的来源非常局限,也只能被迫选择对混凝土强度不利的多片状石子。



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  对强度不利的针片状骨料


为了弥补这些不利条件,就必须要降低混凝土的用水量,使用一种低收缩、高保坍的聚羧酸减水剂来生产高强度混凝土。

减水剂向来是混凝土生产的“核心科技”,为此中国公司特地供应了PCA-1型聚羧酸高性能减水剂,结合超大分子增稠剂共同使用,既提高了混凝土的工作性,又保证了其性能的稳定,还没有一般混凝土容易出现的泌水、离析等问题。

减水剂的用量只有混凝土全部重量的千分之一,在孟加拉国落后的交通条件下,运输成本可以忽略不计,但却一举解决了孟加拉国混凝土质量差的问题。


(三)全焊接钢梁精度要求高,要防止大桥变形,定位最重要


帕德玛大桥建设于松软的河床之中,加之孟加拉国频发洪水,因此桥梁的变形、移动在所难免,必须加以严格监控。

然而,由于大桥所在的位置偏出中央子午线较远,地球的圆形投影使得这里的地形数据变形程度很大。加之孟加拉国的经济和技术都很落后,尽管已经知道地形数据不可靠,却没有能力事先进行现场控制网的补测绘。

GPS的实测数据显示,既有坐标系的边长相对误差超过两千分之一。帕德玛大桥的主桥采用的是跨距150米的全焊接钢梁,对施工精度要求很高,仅允许桥墩跨距偏差10毫米。而如果采用既有坐标放样,钢梁的偏差会达到84毫米,远远大于允许的偏差。

因此,建设方必须建立起变形满足要求的桥梁施工独立坐标系来消除投影变形。

利用GPS的观测结果和点位高程计算控制点之间的平距,经过一系列的修正计算和标定测量,大桥的测量坐标系误差最终被缩减到了50万分之一以下,完全满足测量需求。



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  高斯投影

在严谨的定位网的控制下,大桥的施工精度得到了保障。极高的精度确保了大桥的平整度,这对于铁路桥梁而言可以保障列车的通过速度与安全性。


(四)烈日加暴雨,孟加拉国的大桥如何防锈?


孟加拉国属于亚热带季风性气候区,湿热多雨。在每年5~10月的雨季,还经常有大暴雨、飓风和雷暴极端气候袭击。

帕德玛大桥以钢结构为主体,孟加拉国恶劣的环境会给钢结构造成很严重的腐蚀,影响大桥质量,常规的防锈涂装很容易被恶劣的环境破坏,无法耐久。

在孟加拉国,雨季地面基本上一直处于湿润状态,这使得地表附近的空气中含有大量水蒸气。在油漆涂层固化的过程中,大量的水蒸气会对漆膜产生不良影响,令漆膜起皮、变色最后剥落。

孟加拉地面沙粒非常细小,在飓风到来时,大风会扬起大量沙尘落在漆膜表面,影响涂装质量。



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  孟加拉国的飓风灾害十分频繁


为了保障涂装质量,工程部专门在现场设置了特制的涂装车间,对室内及周边地表做好了硬化,有效隔绝水和沙尘。

此外,涂装施工的时间也很有讲究。

在正午的阳光直射下,钢板温度会达到50℃以上,在漆膜达到钢板表面之前油漆就会变干,形成干喷。油漆不成膜,起不到保护钢结构的作用。

而到了晚上,日间蒸发的水汽又会由于气温降低转化为冷凝水,钢板表面也会结露,破坏油漆与钢板的结合。

经过长期的经验积累,工程师们总结出了最适应孟加拉国实际环境的油漆配方与喷漆工艺,并将最适宜的喷漆时间选定为上午。这样既避开高温,又可以保证在晚间油漆基本表干,不会有露水侵入钢材表面造成腐蚀。

同时,大桥的涂装还要结合科学方法和当地的土经验,防范丛林昆虫对油漆的破坏。


帕德玛大桥预计将于2018年年底前建成。届时,孟加拉国首都南部近千万人靠摆渡往来首都的历史将会终结。

中国工程人员克服了淤积深、大桥无法稳固、易变形的建造难题,没有石子、粉煤灰和矿渣等混凝土原料的建造材料难题,以及热带季风下的大桥防锈等问题,把“基建狂魔”的脚步延伸向孟加拉国。

光是这一座大桥,每年就能为孟加拉国的经济增长率提升1.5%,中孟印经济走廊的建设也将获得实质性推进。

来源: 网易新闻

文字:须臾千秋,清华大学土木工程博士




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