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项海帆院士关于中国桥梁建设思考连载四:中国内河桥梁建设与通航标准之问

发布者: AdminQTB | 发布时间: 2013-11-22 12:03| 查看数: 11201| 评论数: 53|帖子模式

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功能属性: 其它
结构体系: 悬索桥
桥梁部位: 不限
材料类型:

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随着近些年对内河通航等因素的重视,在中国内河如长江、黄河、珠江等流域,一些超大跨径的桥梁层出不穷,以下是项海帆院士发表的一篇署名文章,作为桥梁行业内的技术人员,我们也感同身受,也有些困惑,希望大家能就此发表看法。

    是业主好大喜功还是设计院的设计理念走入了误区?什么原因导致中国不经济和不合理的千米级大跨度桥梁建造趋势愈演愈烈?
      去年底,媒体报道了很多千米级大桥通车的消息,其中不乏宣传“第一”“之最”等词,笔者不由得又想起国际同行对中国内河桥梁超千米级跨度和通航标准的质疑。为此笔者曾撰文在《桥梁》杂志发表,也曾向一些设计院的总工程师询问,对方均表示出了无奈,说这是水运和航道部门的要求,但主管此事的上级机关领导却表示:他们是根据下面报上来的通航专题论证和跨度而批示的。那么,究竟是业主好大喜功还是设计院的设计理念走入了误区?或者是水运部门的要求不合常理而导致了中国许多不经济和不合理的千米级大跨度桥梁纷纷被批准建造,而且还有愈演愈烈之势?
      《桥梁》杂志2013年第一期发表了“长江与密西西比河桥梁之比较”一文,文中提到“两条河的中下游规模相当,通航净高相近,但两者桥梁最大跨径的选择悬殊较大”。密西西比河上的桥梁跨度都在500米以内,而中国长江上的桥在90年代前也相仿。然而,最近十多年来所建新桥的跨度却不断增加,其中悬索桥就有10余座之多,值得反思。
       由于不经济的超大跨度桥梁大多是以不合理的通航标准为主要依据。我想提出来和业内同行一起解读和探讨一下这种怪现象产生的原因。

国外内河通航标准

       五大洲通海的主要河流,如美国密西西比河、南美洲亚马孙河、非洲尼罗河以及欧洲的莱茵河、易北河和多瑙河等,大都在河口附近建港,停靠海轮,然后将货物用内河船只转驳到上游沿河各地城市。国外内河的通航标准除少数几条大河外,一般都在5000吨级以下。见下表
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    从上表中可以看出:除了法国塞纳河口的诺曼底桥和韩国汉江口的仁川桥的跨度较大外,其余各国的内河桥梁跨度一般均在500m以内,而且全部都采用斜拉桥方案。其通航净高在24~56m之间,净宽则在150~400米之间,而通航净宽和净高之比则在5.9(约束航行,航速16节)~10.5(自由航行,航速30节)之间,跨度和净高之比则在15之内,这是十分合理的。
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中国内河通航标准的现状

        中国内河是以长江和珠江为代表的通航河流。长江在解放前为天堑,没有一座桥。1957年在苏联专家帮助下建造了长江第一桥——武汉长江大桥,跨度为128m,满足分孔通航2000t的标准(净宽120m,净高18m),即武汉以上至宜昌的航道为内河III级。1971年又建成跨度160m的多孔连续桁架桥南京长江大桥,通航净空为150m×24m,满足南京以上至九江5000t的内河I级航道标准。九江以上至武汉的中游航道因水深不足,降低为3000吨的内河II级。南京港以下至长江口的下游航道因水深增大,可行驶5万吨的海轮,通航净空为600m×50m。江阴以下的航道水深更深,通过疏浚长江口的航道,远期可允许20万吨级的海轮和邮轮进入,通航净空增至900m×62m。可见,长江中下游航道因水深条件下同,适航的船舶吨位也不同,相应的通航净空也不同。
     改革开放初期(1980年——2000年)在长江中下游(武汉长江大桥以下)建造了九江长江大桥(216m中承式钢拱桥,1992)、黄石长江大桥(多孔245m连续梁,1995)、铜陵长江大桥(432mPC斜拉桥,1995)、武汉长江二桥(白沙洲长江大桥,400mPC斜拉桥,1995)、芜湖长江大桥(312m钢斜拉桥,2000)等,其通航净高均为24m,选用跨度在245~432之间,都是在合理的范围内。
      然而,自进入新世纪以来,湖北宜昌以下至南京段的新桥跨度猛增。如宜昌至武汉段(通航净空18×120m)的宜昌长江大桥(960m悬索桥,2001)、夷陵长江大桥(345mPC斜拉桥,2001)、荆州长江大桥(500m,PC斜拉桥,2002);武汉长江大桥以下至南京段(通航净高24m)的武汉阳逻长江大桥(1280m悬索桥,2007)、鄂东长江大桥(926m钢斜拉桥,2010)、荆岳长江大桥(816m钢斜拉桥,2010)、武汉二七长江大桥(2-616m钢斜拉桥,2011)和马鞍山长江大桥(图1,2-1080m三塔悬索桥,2013)等,其跨度和通航净高之比在19~53之间,都远远超出了正常的比例范围。从图1中可看出马鞍山长江大桥左边一孔的水深很浅,只能通行小船并没有必要做大跨。
    更令人费解的是武汉长江大桥(一桥)上游和白沙洲大桥之间正在建造的两座新桥:鹦鹉洲大桥(2-850m三塔悬索桥)和杨泗港大桥(图2,1700m悬索桥),它们和相邻武汉一桥的跨度极不协调。从图2中可以看出,河槽中间突起呈W形,完全可以设墩,如选择2-600m的三塔斜拉桥让上下行船只分孔通航,就会更经济合理,也更美观。此外,同在武汉的天兴洲长江大桥,因是公铁两用桥,航道部门就同意504m的斜拉桥,而且还是在武汉一桥的下游。为什么在航道等级降低后的武汉一桥上游反而要做1700m的悬索桥呢?     
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       再说南方的珠江,在黄埔港以上分南北两汊进入广州市,其中南汊为主航道,通航标准为137m×34m,相当于1万吨级航道(北汊通过市中心区,航道等级较低)。所建桥梁中跨度较大的为鹤洞大桥(360m结合梁桥面斜拉桥,1998)、番禺大桥(380mPC斜拉桥,1999)和丫髻沙大桥(360m钢管混凝土系杆桁架拱桥,2000),三座桥跨度都很接近,是合理的。2008年建成的广州珠江黄埔大桥位于黄埔港上游的珠江河汊处,南汊主航道的通航要求为494m×60m,不知何故却采用了主跨1108m的悬索桥(图3)。从图中可以看出,通航孔在左侧,并没有必要做悬索桥,700m左右的斜拉桥已能满足要求。
       黄埔港以下至虎门的航道为5万吨级,90年代设计虎门大桥时,要求通航净空为600m×50m,为考虑锚碇的合适位置,选用了888m的悬索桥是合理的。然而,在规划建造虎门二桥时选择了虎门一桥上游的河汊区过江。交通运输部《关于虎门二桥通航净空尺度和技术要求的批复》(交水发[2010]288号)称,坭洲水道通航净高不小于60m,选用10万吨级散货船作为代表船型,通航净宽按照满足10万吨级散货船和5000t级杂货船同时双向通航计算,通航净宽应不小于1154m。工可报告中建议采用1688m的超大跨度悬索桥,比下游虎门大桥增加了一倍。为什么在虎门大桥上游的珠江航道上要选用超千米的悬索桥?又为什么不能分孔通航而一定要合孔?为什么水深还不足15m就不许建桥墩,而非要一跨过江?不同吨位的船只为什么都要单独的通航净空,难道低吨位的小船就不能走大船的航道?而且,还要把各自要求的通航净宽叠加起来,并排合孔过桥。于是就出现了虎门二桥要求通航净宽1154m的“怪现象”。与此同时,铁道部在虎门一桥的下游附近也规划了一座铁路桥,航运部门就允许采用分孔通航的方式,使跨度减小,以满足铁路桥的刚度要求。据说,在苏通大桥附近将要造一座公铁两用的新桥——跨度为1092m的斜拉桥。为什么不能像南京长江三桥附近的大胜关铁路桥那样将跨度减半,采用2×600m的三塔斜拉桥,以增加刚度,节约造价。
    更为离奇的是湖南岳阳洞庭湖二桥的规划。附近已建的一桥是2-310m的三塔斜拉桥,能够满足2000T内河III级航道的要求。然而,新建的二桥却要求一跨过江,为争当世界第一,曾推荐采用2008m跨度的悬索桥,后虽改为1480m悬索桥,如果通航净高仍为18m,跨度和净高之比将超过80,这将是难以理解的“世界笑话”。
    在洞庭湖一桥的下游,铁道部也规划了一座铁路桥,仍采用300m左右跨度的三塔斜拉桥。为什么洞庭湖二桥不能公铁合建以节约投资呢?现在铁道部已撤销,交通运输部应当统筹规划公路和铁路的越江通道,采用更为经济合理的双层桁梁多跨斜拉桥,以避免公铁分建所带来的浪费和不合理的通航标准问题。
    上述这些反常的跨度和桥下净高比例必然会引起外国同行的质疑,也值得我们反思。希腊Rion-Antirion桥,水深达65m,又在强震区,要求18万吨的约束通航(16节),净高65m,净宽300m。经过方案比选,采用经济合理的三跨560m的四塔斜拉桥(图4)。如果让中国工程师来设计,很可能又会选用一跨1700m的悬索桥。  
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桥梁通航孔布置原则和存在问题

       桥梁设计要遵循“安全、适用、经济、美观、耐久、环保”等六项原则。概念设计的首要任务就是选择合理的桥位和经济、美观的桥型方案,其中最核心的问题是按航迹线和通航标准(船舶等级和通航净空)布置跨越主航道的主桥,并通过多方案的比较,选择最经济合理和美观的桥型方案和跨度。
        中国内河的水深一般都在40m以下,大部分只有20m左右,基础技术是十分成熟的。而且,万吨以下的通航河流,桥墩一般都具有足够的抗撞能力,防撞设计主要是为了保护船只的安全。因此,为了尽可能节约造价,内河桥梁应优先考虑分孔通航,即为上下行船只设 置两个通航孔,各行其道,减少在同一桥孔中交会时的风险,同时也可以减小跨度,节约造价。除非在地形特殊的河道颈口,如江阴大桥,水流较急,水较深,或地质条件不利,不宜建造桥墩时,则可考虑上下行船只合孔通航,采用较大跨度的桥梁跨越深水航道。合孔还是分孔通航,应由设计单位通过技术经济比较来确定。
       国内在初步设计阶段(概念设计)往往会遇到下列问题,致使通航孔的布置面临许多非技术性的干扰,简述如下:
1. 由于城市规划的滞后,城市规划和交通规划不协调,公路和铁路的各自为政,加上地形地质有利的桥位没有预先规划控制,已被工业区占用,失去了桥位选择的优先权。或者,交通规划工程师没有充分考虑越江桥位的优先要求,而根据其他因素划定了过江路线,从而给桥位设计带来许多不必要的制约因素。
2. 少数官员好大喜功,盲目争跨度“第一”“之最”,不顾经济性,甚至任意指定桥梁的跨度。他们可能认为,在整个工程投资中,越江部分仅占小部分,多花几个亿不是问题。然而,在很小的通航净高上建造超千米跨度大桥,将会带来比例失调和资源浪费的严重后果。
3.  由于中国内河航运设备和管理的落后,船只陈旧,有的船员也未经严格培训,造成撞墩事故时有发生。水运部门应当尽快使航运现代化,淘汰落后船只,培训合格船长,装备先进导航设备,而不应以安全为名不加限制要求加大通航净宽,从而增加桥梁跨度。3000吨级的航道(净高仅24m)却要求千米通航净宽,这是极不合理的。德国莱茵河为2500T级航道,通航净空150m×24m,专门设计了现代化的低高度快速集装箱内河船只和高效率的码头装卸设备,其运输量甚至超过长江,值得我们学习。
4. 一些设计院的领导也有悬索桥“心结”:误认为只有造千米级悬索桥才代表高水平,从而放弃了概念设计的基本原则。有时还在经济比较上弄虚作假,使不合理不经济的方案得以通过评审而实施。他们应当知道,在一座多孔梁式桥附近建造一座超千米悬索桥视觉上是多么不协调?!
    以上几种情况可能是造成中国内河通航标准出现净宽和净高之比严重超出正常范围,从而出现被迫建造千米级悬索桥的主要原因。这种怪现象已经受到外国同行的质疑,也给中国桥梁工程界的声誉带来了负面评价。
    从上述中外通航要求的对比中,我们应当认识到,中国内河通航标准确实存在不合理的问题,希望新组建的交通运输部能组织业主、规划、航运、水利和桥梁设计部门一起认真讨论,对中国内河制定一个合理的通航标准。由设计单位根据标准确定合理跨度和桥型方案,而不应由航道部门任意要求通航净宽,甚至对跨度和桥型进行批复。
    内河航道等级由水深决定,通航船只的最大吨位决定了船的高度和长度,由船高决定通航净高,由船长按“活动域理论”确定所需的安全净宽。因此,通航净宽和净高应当有一个合理的比例。考虑到船舶和桥墩之间的安全空间,跨度和桥下净高之比应当控制在20以内,即跨度不应超过净高之20倍,国外桥梁大都在15以内(苏通大桥为1088/62=17.5),跨度和桥下净高的比例过大,不但经济上不合理,也失去了比例美。在同一航道等级的河段上,通航净高相同,桥梁的跨度应当相近,根据河势和地形可以有适当的调整。如果比邻的桥梁跨度相差过于悬殊,就很不协调,也一定会引起质疑。
     最后,建议交通运输部重新审议一些尚未动工的超大跨度悬索桥,如能和邻近已规划中的铁路桥合建成跨度较小的公铁二用斜拉桥,可为国家节约大量投资。中国仍是一个发展中国家,经济性原则必须在方案比较中占据重要地位,不要为了争“第一”和“之最”或者为了迁就落后的航运技术而随意浪费资金,甚至闹“国际笑话”。我衷心希望业内各方面的有关部门认真思考,从创新、质量和美学上多下功夫,把中国桥梁建设好,为中国从桥梁大国走向桥梁强国多做贡献。

最新评论

beyondzxq 发表于 2013-12-4 17:23:45
体制。体制。体制。体制。体制。体制。体制。
wjk来了 发表于 2013-12-10 15:44:12
难道桥梁也是中国产能过剩的一部分?
such 发表于 2013-12-3 13:54:42
本帖最后由 such 于 2013-12-3 14:19 编辑

院士说的没错,肯定不合理,但是为什么这种现象会如此普遍呢,肯定也有道理。我觉得主要是  政府官员的考核升迁制度  与  技术人员的等级考核升迁制度  造成的, 二者互相需要, 就产生了动机; 另一方面, 地方行政和财政的监管制度缺位, 就任由二者狼狈为奸, 鱼肉百姓了。

改变现状有二法:一是改变促成这种现象的两个要因(制度),毕竟良心谁都有,没有这些逼良为娼的制度逼迫,问题自然而然就化解了,无为而治;二是增强监管。考虑到现实,第二个途径几乎是完全不可行,第一个途径工程浩大,非常非常困难。


因此,只能如此了,院士是好人呐,您老要想开点,保重身体,长命百岁。。。
toms 发表于 2013-11-27 17:07:35
说的很好,地方政府与设计院当慎之又慎
zh123168 发表于 2013-11-28 10:03:49
现在是外行领导内行,没办法啊
bridges 发表于 2013-11-28 10:56:26
这确实是一个值得深思的问题
独善其身 发表于 2013-11-30 23:31:09
院士就是院士!向此类文章多让国家领导人看看也许才有用!我认为大多数工程的可研或者选用什么方案,决定权都集中在手里有钱的一方(业主、地方政府等)!
黑话 发表于 2013-12-2 10:55:40
时至今日的社会条件下,如何问题的产生和解决都不能单纯的从本行业和相关人员来解决。我们需要思考的是如何从某一个行业出发在解决某一个问题的时候,深入根本,将产生改问题的基层根源进行挖掘。继而进行推广将改思源解决至社会各领域。最终能从思想和根源上让大家意识到条件的选择和决策。桥梁追求大跨、第一等问题现在不仅是业主、地方政府等的问题,现在好多设计院的老总们也对这种东西情有独钟!
taomin310 发表于 2013-12-2 15:59:28
值得深思的一个问题,同时又是目前比较无奈的一个问题。首先能引起大家开始思考就是一个很好的开始。
hdc301@163.com 发表于 2013-12-2 16:07:43
    这就是中国国情,领导都要做业绩。城市道路没几年就翻新,一个城市到处都是施工工地,导致扬尘。国外的一条市政道路使用上百年,中国市政道路基本每5-8年翻修,这也是导致现在很多城市pm2.5过高的原因吧!
    而大跨径桥梁,中国都喜欢什么世界排名第一,把桥梁跨径越做越大;城市里为了标志型建筑,房子越做越高,放眼欧洲发达国家,基本没有什么摩天高楼,一般都在8层左右。假如政府把摩天高楼的钱用在社会福利方面、假如把大跨桥梁的钱用在社会福利方面、假如把翻新城市道路的钱用在社会福利方面、假如。。。。,中国将会什么样子的?
such 发表于 2013-12-3 14:05:04
本帖最后由 such 于 2013-12-3 14:06 编辑

还有就是招投标市场混乱,这也是一个原因——设计院为什么要追求千米级悬索桥?因为曾经有业主招标时,要求投标人具有“千米级”悬索桥的设计业绩,而国内当时就只有中交一家有这个业绩(江阴)。

上面只是一则传言,权当一笑。众所周知,招标企业是市场的财主,设计院只是打工仔,得听财主吩咐,要想明天有工打,还得要要时时事事都听财主指挥,至于花谁的钱,经济不经济,设计院也不是心里没数,实在是人在江湖身不由己啊。

such 发表于 2013-12-3 14:15:43
回头再次拜读,发现院士的问题(是业主好大喜功还是设计院的设计理念走入了误区?什么原因导致中国不经济和不合理的千米级大跨度桥梁建造趋势愈演愈烈?)可能属于社会科学的范畴,算是给院士抬个杠,后边的分析离题万里啦!
zongxin 发表于 2013-12-3 17:18:09
说的好啊,但桥梁还是在不停的做大,只追求跨径,不追究技术,不排除也有人想以此为资本,作为业绩进入大师界、院士界,只为业绩,不论合理
cazap 发表于 2013-12-3 17:41:37
任何事物的发展,都是有其根本原因的!不是某人的一句话,就能改变的。人,只能适应社会的发展!
FFg 发表于 2013-12-3 22:20:36
院士看待问题果然透彻,深刻批评这些领导人,不过同时设计院也应该反思,而不能因为设计过特大桥梁就可以提升整个院的水平乃至自己的能力,毕竟结合国情才是最重要的。
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