说起大湾区的“宝贝”,创下多项纪录的港珠澳大桥算一个。作为世界瞩目的“桥梁新星”,这座大桥是建造规模最大、综合施工难度最高的跨海大桥,也是中国继三峡大坝、青藏铁路等工程后的又一重大基建项目。

港珠澳大桥的寿命有多长(我国花费超1200亿元)(1)

港珠澳大桥全长55km,西连珠海、澳门,东连香港,工程包括28.8km的海上桥梁、两个海上人工岛以及6.7km的海中沉管隧道,总投资超过1200亿。2018年10月,港珠澳大桥全线运营,香港、澳门和中国内地紧密联系在一起,历史意义非同小可。

港珠澳大桥:使用年限为何能达120年?

根据国家标准《工程结构可靠性设计统一标准GB 50153-2008,不同规模、等级的公路桥涵结构,其设计使用年限也有不同的要求:小桥和涵洞的设计使用寿命为30年,中桥、重要小桥为50年,对于特大桥、大桥或者重要中桥,设计使用寿命则要达到100年

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港珠澳大桥属于特大桥,施工规模为国内跨海桥梁之最,工程定位高于国家标准。因此,其设计使用年限也并未满足于100年,而是将年限提高了20年,即:设计使用年限被定为120年,这对混凝土的耐久性提出了极高的要求。

考虑到港珠澳大桥的施工环境,确保大桥运行120年绝非易事!勘测数据显示,工程场址的平均湿度为77%~80%,海水中的氯离子含量高达10.7~17.02g/L,硫酸根离子的含量为1.14~2.26g/L,含盐度最高为32.9(香港海域)和25.4(珠澳海域),腐蚀作用更加剧烈。

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氯盐对建筑安全的危害不容小视,氯离子可向混凝土内部迁移并引发钢筋锈蚀反应,严重影响使用寿命。根据《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476-2019,氯盐的作用强度至少为III-C等级,港珠澳大桥的指标等级最高达到了III-F的等级,意味着极端严重。另外,工程还面临着硫酸盐的结晶腐蚀、混凝土的结构碳化、海水渗透威胁等不利因素,难度远超预期。

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为保障使用时间,工程人员采取了一系列保险措施,参考了湛江港长达20多年的暴露实验数据,对混凝土的质量进行了专项设计和优化。

比如:专门制定的耐久性设计和裂缝控制标准;采用优质水泥和粉煤灰,优化混凝土配合比,提高耐久性和水密性;加大钢筋的外层保护能力,墩台和隧道的保护层厚度超过60mm,最大厚度达120mm,大幅提高抗氯离子能力;浪溅区采用多种防腐措施组合,环氧涂层钢筋 2次硅烷浸渍,或透水模板 1次硅烷浸渍 电流阴极保护;大气区采用1次硅烷浸渍 1次混凝土表面涂装。

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通过以上措施,溅浪区的耐久性安全储备可达40年以上,大气区可达20年,完全可满足延长20年的设计使用要求。

港珠澳大桥海底隧道:世界最长的沉管隧道

前文提到,港珠澳大桥是集桥、岛、隧于一体的超大型跨海通道。其中,海底隧道的施工难度可谓空前。既然难度大,我国为何还要建造海底隧道呢?

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事实上,最初的设计方案并未计划建造人工岛和隧道,而是以全线大桥的方式跨越伶仃洋。但在工程可行性研究和勘测阶段,工程人员却发现:全线桥梁的方案必须舍弃,主要原因与三个方面有关。

首先,伶仃洋是重要的国际贸易航道,对珠三角的海上经贸发展至关重要。据估算,铜鼓航道和伶仃洋西航道如要满足30万吨级的通航规模,通航大桥的净空高度要达到62~75m,船舶宽度为41~141m,对应的通行孔径空宽度则要达到1000~1500m。如此一来,就必须对大桥进行桥洞加宽、桥身加高设计,这不仅会威胁行车安全,还会增加施工的难度和风险。

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其次,香港机场的航空限高也提出了硬性要求。伶仃洋的主航道距离香港大屿山国际机场只有5km左右,国内外航班密集,飞行航线上不允许超过88m的工程建筑物存在,这导致大桥“全程跨海”的方案成为不可能。因此,唯一的方式就是向下修建海底隧道,并且为兼顾30万吨油轮的通航(吃水深度达30m),隧道的最大埋深达到了45m,增加了施工成本。

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再者,伶仃洋的地质环境也颇为复杂,东部多湾,西部多滩,泥沙淤积严重。珠江每年将大量泥沙冲入河口,近海泥沙盖层厚度大,海底地质基础不稳。勘探结果显示,在场址东部,海底上层以淤泥为主,下层是粉质黏土,最下层是沙质,基岩埋深达50~110m。在此环境下修建桥梁,难以确保桩基的稳定性,同样不利于工程安全。

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综合种种考量,设计方案最终定为海上桥梁海底隧道结合的方式,主体工程定为29.6m(桥梁22.9m 隧道6.7m),施工选用沉管工法

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沉管工法首先利用疏浚船在海床上挖出深层安装槽,铺设地基,通过巨轮和水下作业安装预制沉管,最终在水下完成对接,其优点是风险可控性更强,不需要很长的引桥,可比盾构隧道方案缩短十个月工期。

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为达到统一的质量标准,施工队对沉管管节统一预制,单个管节长22.5m,宽37.95m,管壁最厚1.5m,最重9000吨,管内由两个三车通道和两个工程通道构成。

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为达到优良的抗渗性能,沉管隧道采用我国自主研制的半刚性结构,低水热化,抗裂性能强,完全能满足隧道内120年不漏水、不渗水的要求。

经过4年的严谨施工,港珠澳大桥沉管隧道成为了世界上最长的公路沉管隧道,以及世界唯一的深埋沉管隧道。正是优中取优的建造方案、国际顶尖的建造技术,才成就了珠港澳大桥的高质量、长寿命!

港珠澳大桥运行120年,对中国影响多大?

港珠澳大桥是名副其实的“千亿工程”,很多人表示担忧:1200多亿元的成本实在太高,跨海大桥在运行年限内恐怕难以收回成本,事实真的如此吗?

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跨海公路桥梁的直接收益来自于过路费。根据相关规定,港珠澳大桥的通车类型和收费标准为:穿梭巴士300元/车次、大型客车200元/车次、小型客车150元/车次、普通货车60元,货柜车115元。

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车流数据显示,在港珠澳大桥开通一周年时,收费站记录的总车流量为153.72万次,平均每天通车4212次。通车费用按照均价150元计算,一年的过路费约为2.3亿元,在120年的运行年限内,总收益估计值为276亿元。

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虽然直接收益相当可观,但是和1269亿的成本相比,占比仅为21.7%。从这一角度来看,港珠澳大桥的修建似乎并不划算。但换一种角度考虑,珠港澳大桥的综合效益可远不止于此。就像三峡工程一样,单一通过发电很难收回成本,但间接产生的防洪、供水、航运效益却不可估量。

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从间接影响看,港珠澳大桥打通了珠三角的海上运输通道,完善了大湾区的交通网络,珠港澳的经济联系更加密切。澳门、香港的富商通过大桥可直达内地,有助于推动人才、资金流动,也有利于加强物流、技术流的高效配置,还能加快港澳深度融进粤港澳大湾区,可谓一举多得。

港珠澳大桥的通车实现了港澳和珠三角的对接,也实现了港澳与京珠高速、西部沿海高速的对接,提高了珠三角的国际综合竞争力,这座桥的效益已经不再局限于经济层面。

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总之,港珠澳大桥是一座民心桥、复兴桥、圆梦桥,这样的一座桥不仅是中国工程界的骄傲,也是港澳和内地的关键纽带,亦是大湾区经济腾飞的可靠见证。

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