“四化”与钢箱桥梁

伶仃洋是货运船的主要航道，每天有数千艘船舶在此穿梭航行，为了减小对海上航运的影响，港珠澳大桥的建设必须要在短时间内高效完成。为了应对这一挑战，港珠澳大桥项目设计总负责人孟凡超带领的设计团队提出了“四化”的解决办法。所谓“四化”，就是指大型化、工厂化、标准化以及装配化：大型化是把大桥的主体工程的部件化零为整，在实际装配的过程中使用大尺度的钢箱桥梁和沉管隧道构件；工厂化是指桥梁、隧道等预制构件的生产制造都在工厂里完成；标准化是指同一种构件都按照统一的工艺、统一的标准进行制造与管理；装配化是指在现场仅进行装配作业以及必要的小规模调整。“四化”的核心目标就是把传统的现场浇筑设计转化为陆上工业预控制，将生产制造以及主要的控制工作在陆上工厂预先完成，仅在海上以“搭积木”的方式完成作业，这样可以大幅减少海上作业时间与工作量，减小对船舶通行的影响，也有利于保护环境。

“四化”的提出也意味着港珠澳大桥的建造不再沿袭几十年来国内桥梁建造的传统，需要对设计、制造、装配等环节进行重新审视，下文就以钢箱桥梁为例，探讨“四化”对港珠澳大桥建设的影响。为了加快施工速度，港珠澳大桥采用了正交异性桥面板钢箱梁，这种结构的优势在于桥梁的上部结构所需的钢材较少，同时墩台等桥梁下部支撑结构的工程也相应减少，使桥梁的整体建造速度可以大幅加快，但其板件受力特性复杂，很容易出现疲劳导致的裂缝。西安交通大学的卜一之教授及其团队前后花费一年的时间，对最容易出现疲劳问题的横隔板U肋开槽部位、横隔板与U肋间焊缝部位、钢箱梁顶板与U肋焊缝部位、U肋纵向对接连接部位进行多次加速加载实验，最终优化设计出的模型符合120年使用寿命的要求，同时也使正交异性桥面板钢箱梁的抗疲劳技术取得了重大突破。(https://www.daowen.com)

港珠澳大桥有着全世界最长的钢箱梁造段，加上组合梁段共29.6公里，大桥主桥总用钢量相当于60座埃菲尔铁塔，但工期只有短短36个月，在这种工期短、工作量大、标准严的要求下，对生产制造的技术创新改革势在必行，这就催生了无马焊接技术的出现。传统的钢结构装配需要使用马板支撑底座，以保证焊缝平整，方便施工，但马板强度较低容易损毁，在对大型装置进行焊接安装时，无法提供稳定有力的支撑，对于港珠澳大桥大型化的构件来说是致命的缺陷。负责CB01标段钢箱梁拼装的中山马鞍岛基地的团队开发出了一种无马焊接的技术，通过焊接变形监测、翻面焊接、无损检测等措施有效地控制了150毫米厚板焊接变形，保证了焊缝质量，同时也为超厚板的焊接提供了借鉴和参考。

像正交异性桥面板钢箱梁的抗疲劳技术以及超厚板的无马焊接技术这样的例子在港珠澳大桥的建设过程中还有很多。港珠澳大桥的建造不仅连接了香港、珠海、澳门，推动了三地的经济发展，许多工程创新的出现也推动了国内相关学科领域的研究。