韩国近年来大型桥梁发展综述(一)
http://www.cnbridge.cn   2010-03-25   中国桥梁网
文本摘要:在较短时期中,韩国桥梁技术得到了显著的发展,由于政府的政策目标是地区平衡发展,半岛进行了史无前例的桥梁建设活动,特别在西南海岸,将3000个岛屿与本土连接。现在,韩国的桥梁工程师用国内技术来进行设计和施工,今天已达到很高的水平,能进行许多跨海大桥的安装。
关 键 词:韩国 桥梁 

  
 前言:

  在过去短短40年历史中,韩国桥梁技术得到了显著的发展。桥梁建设首先作为社会的基础设施,以支持从1962年开始的政府五年计划,以发展国家经济。结果是半岛的桥梁数量从1970年的9322座增至2007年的22937座,相应的桥梁长度从268km延伸到1987km〔2〕。

  值得注意的是,即使桥梁长度增加5倍,桥梁数仅增加一倍。这意味着韩国桥梁工程师在大跨径桥梁领域例如索支承桥梁中取得了惊人的进步。不久之后,韩国将建成仁川斜拉桥,其跨径为80+260+800+260+80m,居世界斜拉桥的第5位;2012年将建成的光阳悬索桥,主跨1545年,居世界第3位。
 
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图1 韩国几十年修建的桥梁数〔1〕
 
给索支承结构以优先,归功于朝鲜半岛的地形。国家的70%是山区;海岸地区由3174个岛屿围绕,岛屿有3.8%的领土和0.65%的人口。大多数岛屿是有人居住的,其与本土的连接,对于地区平衡发展是很重要的。确实给索支承结构以优化,以便安全地通航(图2)。

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图2  韩国各省岛屿总览
 
因此桥梁建设是必需的,它将来多方面的利益。从社会观点来看,韩国3174个岛屿的90% 是集中于半岛的南岸和两岸地区,其中大多数距离大陆在1km以内。然而,工作人员的老龄化和向大城市移民,以及进入条件的恶劣加速了一些岛屿的无人化。从经济观点来看,明显地需通过政府计划修建海岸带状道路,为将来的旅客流和偏远地区的经济再发展作准备。

  南岸和西岸提供的景色将是这些地区收入的非常有利的资源。桥梁的建设也将显著减少由于锯齿形岸线而导致的巨大偏差,并改善了于邻近工业区制造货物的进入性和运输能力〔2,3〕。

  通过在西南海岸,特别在全罗南道(Jeollanamdo)的不停顿的跨海桥梁建设活动,桥梁数量持续地增加。全罗南道位于韩国西南,西侧邻黄海,南侧为济州海峡。那里有2000个岛屿,其中75%是有人居住的,沿6100km海岸线散布。省政府计划修建总数103座桥梁连接较大岛屿,其中33座桥早已建成,21座正在施工中,48座在计划中(图3)。

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图3 全罗南道跨海桥梁施工活动

在这些桥梁都完成以后,韩国的西南岸将变成一个桥梁博物馆,含有从简支梁桥到排各世界前列的悬索桥的所有结构类型。以下简要回顾了韩国40年来的桥梁历史,重点在跨海桥梁,以强调在整个国家已修建和正在修建的近期大型桥梁。也介绍了为桥梁工程和设计做出贡献的土地运输和海运事务部(MLTM)近期的R&D国家计划和室内计划。

  1、韩国现代桥梁的发展

  
建设是韩国经济发展的支柱。运输网中的桥梁,在实现“汉江奇迹”中扮演了一个关键的角色。“汉江奇迹”是经济快速增长的惊人时期,于1961年至1997年,从首尔开始扩散至全国,使韩国能在朝鲜战争(1951~1953年)后,成为世界第12大的经济体。

  韩国在30年中实现了从农业经济到现代工业强国的转变,而其他工业国家几乎用了一个世纪才达到,这是由于自1962年起(1962~1996年)五年发展计划的成功。这些计划由政府识别特殊领域而制定,由下列假定认识所驱动,即不在科学和技术上有所突破,经济的增长和竞争不可能持续。因而,社会的基础设施,包括道路、铁路、机场、港口和桥梁不停顿地修建,以支持工业化进程以及地区经济平衡发展的稳定过程。除了独立和大韩民国建立以前所建的桥梁以外,韩国现代桥梁技术的发展,与政府的五年计划系统粗略地相应,可分为4个主要时期。

  1.1 韩国第一代跨海桥梁(1962~1990年)

  韩国第一代跨海桥梁相应于引进外国技术的时期,并随着国家工业化迅速发展而增长直到1990年。在这个时期,政府为社会间接资本倾注大量投资,建设主要通过公债来支出。这一时期建设了不同类型的桥梁,但快速建设的需要和缺乏技术,往往使施工质量较差,首尔圣水(Sungsu)桥在1979年开放交通后仅15年,于1994年坍塌,是这一时期缺乏技术组建桥梁的悲惨实例。此外,大多数第一代桥梁的设计依赖于外国技术。

  这一时期也相应于在韩国引进了索支承桥梁——韩国的第一座悬索桥南海(Namhae)大桥。南海大桥经过5年的施工,于1973年完成,是一座三跨悬索桥,长660m,跨径128+404+128m,具有焊接钢筋加劲梁。然后修建了几座斜拉桥,如1984年建成的第一珍岛(Jindo)大桥(70+344+70m)和突山(Dolsan)桥(85+280+85m)(图4)。
 
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图4 南海大桥,珍岛大桥(前:第一珍岛桥,后:第二珍岛桥)和突山大桥一览

  在桥梁数量增长的同时,韩国也经受了交通的巨大增长,今天韩国登记的车辆数早已超过1600万辆。从1970年到2000年早期,车辆总数增长120倍,货车数增长60倍,货车的尺寸和重量的剧增,更使情况恶化。然而,当时即使桥梁设计采用货车设计荷载DB-18(总重34t)并考虑了交通量和车辆荷载的将来增长,设计也不能预计到车辆这样的剧烈增长。举例来说,南海大桥的交通荷载在运营30年后,从2003年起控制和限制在32.4t,是由于重型货车的不断通过,梁上出现了疲劳裂缝〔4〕。第一珍岛大桥作为韩国第一座斜拉桥,也是1984年建成时欧洲以外的最长斜拉桥,也采用设计活载DB-18来设计。与南海大桥相同,桥梁承受超过设计的荷载,政府当局决定改善现有桥梁的承载能力,组建二桥(图4),用车辆荷载DB-24和DL-24进行设计。
 
1.2 韩国第二代跨海桥梁(1991~1999年)

  
第二代跨海桥梁为发展岛屿而修建。在这个时期中,国内桥梁工程师开始掌握自我更生的技术,如FCM(自由悬臂法)和钢箱梁桥。桥梁主要依据性能和经济进行设计,这可解释为什么上世纪90年代缺乏索支承桥梁的建设。另一个因素是1996年财政危机袭击国家,称之为1997年IMF(国际货币基金组织)委托改革的实现。图5示出第二代有代表性的跨海桥梁,这第二代可以看作技术模仿时期,特征是设计缺乏原则。
 
如上所述,圣水桥于1994年坍塌。这个事件强调了桥梁养护系统的重要性和必需性,以防止人员和经济的丧失。因而在1995年,政府当局颁布了对桥梁管理和操作计划更严密的要求,包括系统的视力检查、测量仪表、承载试验和现场测量。这在韩国开始了独立的现场体系的桥梁结构健康监测,包括传感器、现场硬件和在线的信号转换,这个独立使用的体系安装在如南海和珍岛大桥的现有桥梁上,以采集全比例荷载能力试验的数据,并评估其结构健康〔2,3,5,6〕。

  1.3 韩国第三代跨海桥梁(2000~2004年)
21世纪初的几年成为韩国跨海大桥发展的里程碑。与第二代控制桥梁设计的是经济和功能不同,第三代跨海桥梁着重在审美,并考虑桥梁结构提供的潜在旅游资源。通过沿岸地区修建值得注意的索支承结构而取得了显著的成效。这就允许国家的桥梁工程师为特殊桥梁建立自力更生的技术,例如斜拉桥和桁拱桥。表1给出了一系列第三代跨海桥梁,而叙述了这个时期修建的大型桥梁。
 
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  图5 西海大桥 永宗大桥和Gwangan桥一览
 
表1 韩国第三代跨海桥梁
桥名
特征值(单位:m)
桥型
长度
主跨
西海
2000
组合斜拉桥
7310
470
永宗
2000
自锚式悬索桥
4420
300
Banghwa
2000
平衡拱桁桥
2559
540
Youngheung
2001
钢斜拉桥
1250
240
Neukdo
2002
PSC箱梁
340
160
Gwangan
2002
悬索桥
7420
500
Danhyang
2003
玫瑰拱
340
180
Choyang
2003
钢拱
317
220
Samcheonpo
2003
组合斜拉桥
436
230
Gogeum
2003
钢拱
760
160
Wando-shinji
2004
钢板箱
840
160
Shinjeado
2004
尼尔森拱
182
182


  2000年建成的永宗大桥是连接首尔和仁川国际机场公路的一部分。这是外国参访者到韩国的第一座桥,对其独特和首创、特征的设计给以特别的注意,例如三维外形的悬索桥主缆和自锚式。双层桥面是华伦式桁架,上层桥面有6个车道,下层桥面有4个车道和2行火车道〔2,7,8,9〕。

  大多数第三代桥梁安装有从传感到处理的现代监测系统。一个特殊的特征是永宗大桥,西海大桥(韩国现最长的斜拉桥)和Banghwa桥(首尔跨越汉江的第27座桥)健康监测系统的集成,以减少费用和提高管理效率〔2,10〕。每桥采集的数据在每个现场站实时的监测和对异常的显示进行专门处理。但对桥梁状况长期评定有用的数据以及定期检查的数据,通过高速的因特线由工地遥控传递至专门的管理中心〔3,4〕。

  2、韩国当今的桥梁建设活动

  
通过跨海桥梁的三个时期,即技术引进、模仿和自力更生时期,可观察到韩国桥梁技术显著而快速的发展。从设计到施工的所有领域中实现了进步,逐渐从外国技术中独立出来。结果是,韩国现在能算得上处于桥梁工程领先集团中。特别在结构健康监测领域,第三代桥梁上安装系统已成为世界范围大多数修建的索支承桥梁的标志。

  韩国当今的桥梁建设活动,可作为桥梁的第四代。由于招标政策的改变,转变成总承包和建议,重点在多样化和审美。通过混合应用韩国和外国设计规范,趋势也更合理地应用当今设计规范。在应用国内技术成功地建成斜拉桥,韩国桥梁工程集团也建立了悬索桥的自力更生技术,表2给出了韩国一组近代桥梁建设,其中回顾的一些实例具有其特殊的特征。
表2 韩国近期桥梁建设
桥 名
特征值(单位:m)
桥型
长度
主跨
第二珍岛
2005
斜拉桥
484
344
Machang
2008
钢组合斜拉桥
1700
400
小鹿(Sorok)
2008
单主缆自锚式悬索桥
1160
250
居金(Keumbit)
2009
5跨管束型斜拉桥
2028
480
新莞岛(Shinwando)
2009
钢斜拉桥
430
200
Geumga
2009
7跨连续埃塔斜拉桥
1660
5×125
仁川
2009
钢箱梁斜拉桥
1480
800
高下(Goha)-Jookgyo
2009
钢斜拉桥
3060
500
突山-禾太(Hwatao)
2009
组合斜拉桥
1435
500
积金(Jeokgeum)
2009
悬索桥
1340
850
釜山-巨济(Pusan-Geoje)
2010
2塔斜拉桥
3塔斜拉桥
沉埋式隧道
8200
475
2×230
3240
云南(Woonnam)
2010
矮塔斜拉桥
925
155
Bukhang
2011
钢组合斜拉桥
1114
540
Muyoung
2011
5塔连续斜拉桥
860
4×160
木浦(Mokpo)
2011
悬索桥
3240
840
光阳
2012
3跨悬索桥
2260
1545
蔚山(Ulsan)
2014
悬索桥
2970
1150

  2.1 仁川大桥

  仁川大桥(图6)现正在最后施工阶段,是钢箱梁斜拉桥,将连接仁川国际机场及仁川市南部的Songdo新镇。桥梁总长约12.3km,包括斜拉桥、引桥和高架桥,有6车道,跨越永宗岛和本土间的海峡。斜拉桥长1480m,主跨800m,在完成时将是世界第5大斜拉桥。斜拉桥的反向索塔支承在灌注桩基础上,高238m。Y型塔是钢筋混凝土空心截面,钻石型,它对主跨提供了扭转稳定性,和最大限度地减小了基础的尺寸。两个PPWS的索面支承宽33.4m的流线型正交异性钢箱梁。塔的桩承台建在高潮位以上,用预制的混凝土永久模架壳修建,因此允许在海洋环境中易于和经济地施工〔11〕。
 
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图6 仁川大桥总貌
 
桥长的大部分修建成低标高的高架桥结构,用先张预制50m的混凝土箱梁跨。其线形升高来跨越通航航道,用跨径145m的预制节段平衡悬臂引桥将高架桥连接至斜拉桥。连接5跨的空气动力型钢箱梁,具有海平面以上74m净空,为船只通过到仁川港。提供了防止船只的防护,形式是环绕桥墩周围紧邻航道处布置牺牲的护墩桩结构。设计包括碰撞分析和塑性变形的估算。塑性变形承受100000DWT船只以高速迎头损坏一个板桩箱的碰撞能量〔12〕。

  桥梁建在潮水位以上和直至水深20m,海洋沉积物覆盖在岩层上。所有的基础为大直径现场浇筑土桩,设在风化或软岩层上。韩国位于中等地震地区,桥梁按1000年回归期设计,它控制下部结构的设计。此外,桥梁能承受台风荷载,它对于高结构是重要的。特别是风的抖振荷载和空气动力稳定性,已成为斜拉桥设计中的重要因素。

  项目由韩国高速公路以BOT方式(建设、经营转换)实现。作为一个快速实现的项目,将设计准备成适合施工方案要求的系列部分。

  2.2 釜山-巨济固定连接线

  
釜山-巨济固定连接线是釜山市和巨济岛的公路,2004年开工,预期2010年12月建成。该项目有8.2km长四车道固定连接线,其中3.7km海底隧道,2km斜拉桥,以代替现在需要轮渡的140km路线。位于强地震地区的沉埋隧道将是世界最长隧道之一,最大水深50m,是曾修建的最深道路隧道(图7)。海底隧道的选用为海军所要求,为最大限度地减少主要航道中的多数结构阻碍。
 
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图7  预制隧道单元的浇筑和沉埋隧道单元箱的排水
 
隧道由重50000t的18个预制隧道单元组成,浮运就位,沉入预先挖好的槽中。保证接缝的水密性、准备隧道支承和放置节段成为施工期间临时技术挑战〔13〕。

  桥位直接面向南海,斜拉桥的设计需适应严厉的环境条件,例如台风和大潮。第一座是三塔斜拉桥,两个230m的主跨;第二座是双塔斜拉桥,主跨475m,两座桥的总长分别为2363.5m和1856m(下期图8)。两座桥的基础是沉井,在工地以外预制,并运至工地。混凝土塔设计成具有稍向内弯曲的塔柱。塔柱的曲率由恒载不产生拉力的准则以及应用标准爬模设施所限制。桥面是经典的钢-混凝土组合梁。引桥是90m跨的组合梁。引桥的所有构件都在工地以外预制成三类:沉井、墩柱和桥面,用3000t浮吊运送到工地。AASHTO LRFD(美国,荷载和抗力系数设计)用作设计规范〔14〕。项目沿私人财政BOT模式的线路实现,并通过带有PMIS(项目管理信息系统)来快速实现。
 
(译自Hyun-Moo KOH,Jinkyo F.CHOO:“Recent Major Bridges in Korea”
刊于IABSE 2009年上海会议论文集“Recent Major Bridges”)

 
 


责任编辑:liujiali

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