作者:Johanna Knapschaefer
加拿大不列颠哥伦比亚省承包商StructureCraft公司总裁兼总工程师杰拉尔德·埃普表示,在加拿大班夫国家公园用天然材料建造一座坦拱、净跨的人行天桥,需要找到满足一系列技术要求的解决方案。
小镇上的工程总监阿德里安·菲尔德表示,南希波夫大桥横跨阿尔伯塔省班夫镇的弓河,现在将弓河以北的商业区与通往弓河以南的“洞穴与盆地国家历史古迹”和“班夫娱乐场”的通道连接起来。在夏天,每天大约有8000名游客过桥,每天可能会减少3000辆车横渡大桥。
菲尔德说:“可持续性是我们做事的核心,也是这个项目的出发点。”
菲尔德补充道:“设计一个不会对公园造成任何影响的结构,并且可以在水线处不受干扰的情况下建造,这是至关重要的,因此我们将其纳入需求建议书。”这有助于简化加拿大公园管理局和阿尔伯塔省渔业和海洋部的审批。
结构工程和木结构建筑公司StructureCraft从2021年8月开始为期八个月、价值370万美元的大桥设计工作。三个月后,2021年11月,前期土建工程和桩基工程开始施工;随后,2021年12月,桥梁基础开挖;2022年2月下旬,施工人员开始进行结构工程;2022年5月10日,这座桥吊装拼接,历时7小时。
承包商成功地在六个月内完成与桥面和轨道相关的施工,从而在2022年9月初让大桥对外开放,标志着所有结构工程和景观工程基本完成。由于供应链问题,照明设施安装于2022年12月完成,标志着项目最终竣工。
这个大桥工程得到许多资金支持,维姆和南希波夫基金会在2020年出资250万加元;2021年,加拿大投资公司出资220万加元,加上班夫镇出资80万加元。这座大桥也是StructureCraft公司为该镇建造的第三座人行天桥。
在这个项目中,木材和石头是唯一可见的材料。埃普问:“有什么比在石头上架木梁更简单?”然而,他说,该团队受到了一系列技术要求的“制约”,“使得这座大桥成为我40年职业生涯中最具技术挑战性的项目之一”。
这些技术挑战包括将桥梁的坡度保持在不超过5%,以方便残疾人进入桥梁和坡道,以及使用不会延伸到离河流太远的低矮式坡道。同时,承包商需要设计和建造桥梁,使其具有足够的净空,以便船只在下方通行,并可以应对百年一遇的洪水。
然而,首先,承包商必须弄清楚如何在粉土上建造坦拱跨度。StructureCraft项目工程师莱昂·特雷德表示,“我们要应对许多情况,包括知道在河床打桩时遇到大漂石该如何应对。”
特雷德说,为了了解桥梁和桥台的土壤与结构相互作用,该团队使用了Dlubal RFEM 3D结构分析软件,并与岩土工程顾问Thurber工程有限公司合作进行土壤分析,以了解项目整体计算模型中应包含哪些数据。他说:“要建造一个坦拱,你必须考虑如何在拱中产生推力。”埃普表示,坦拱的“巨大”水平推力的荷载由16英尺宽(约4.9米)×12英尺(约3.7米)厚的桥台支撑,每个桥台的设计可承受100万磅。“这是完成这项工作的关键。”为了增加刚度并保护木材不受河流影响,团队将锥形耐候钢拱腋锚固在桥台上。
埃普说,最大限度地减少振动,这是细长桥梁的关键问题,“当有人慢跑经过时,你不想在过桥时看着风景感到不舒服。”根据该公司的网站介绍,为了减少机械振动,承包商设计、制造并在桥下安装了一个由耐候钢制成的中央调谐质块阻尼器,该阻尼器的组成包括“在箱体上的一个简单的钢板块,箱体悬挂在延伸至主梁四个节点的缆绳上”。
经过两个月的计划,需要在一天内架设桥梁,承包商于2022年5月10日调来了起重机,从早上7∶30分开始工作。“没有太大的容错空间。”特雷德说。这需要仔细的事前计划,包括与重型起重机专家Mammoet公司一起运行一台起重机测试,以确保索具完全符合所需的长度。“所以我们知道,在架设的当天,这两个大部件都符合正确的坡度。”特雷德说。
由于设计了一个抗压拱和桥台来承受侧向压力,这座大桥用两个131英尺长(约40米)的预制道格拉斯冷杉木桥部件在中心会合,它与埃普和特雷德设计的“铰链”(公—母铰链)连接时,该桥就建成了。特雷德说,团队必须考虑“如何确保这些部件确实形成一个拱形,并且在它们会合时非常紧密。”每个部件的长度需要精确到0.25英寸(6毫米)的误差范围内。
菲尔德解释说,要成功完成这一复杂的操作,需要了解材料并注意细节,比如在架设过程中注意到梁的反应。他说,“当梁被吊装到位时,你可以听到和感觉到这些部件的应力。”埃普说,“梁的声音”表明当桥梁受压时,所有的松弛都被释放出来了。
特雷德回忆道:“当南侧开始架设第一个大部件时,我们确保在工人接近它之前,它已经固定好位置了。然后,第二个部件很快过来,没有任何问题,因为我们已经进行了测试,一切都准备就绪。”埃普说:“它的位置非常贴切,只需要调整3/8英寸(95毫米)。”到那天下午2点30分,也就是工作七小时后,大桥的架设完成了。
特雷德回忆起,当起重机松开横跨弓河的两个大部件时,“场面瞬间安静,这很神奇。”