跨海大桥建造攻略

撰文/马晓惠

跨海大桥建造攻略

撰文/马晓惠

要在茫茫大海上建一座跨海大桥并不是一件容易的事儿，从最初的桥梁设计到现场的具体施工，无不凝聚着设计者和建造者的心血。由于跨海大桥的跨度一般都比较长，因此对技术的要求很高，在它们身上往往体现出当时最顶尖的桥梁技术。

斜拉桥和悬索桥是现代跨海大桥设计的不二选择

如果按照形式和构造来分的话，桥主要可分为梁式桥、拱式桥、桁架桥、斜拉桥和悬索桥。虽然跨海大桥中也曾出现过像悉尼港湾大桥这样的拱式桥，但是随着跨海大桥越来越深入海洋，跨度更大、更省料的斜拉桥和悬索桥逐渐取代其他桥型，成为现代跨海大桥的不二选择。

斜拉桥在古代就已经有了，但由于斜拉索的受力很难计算也很难控制，因此备受冷落。直到电子计算机的出现，它才一跃成为近5 0年来发展最快的一种桥型。与传统的多孔梁桥相比，斜拉桥的每一根斜拉索都代表着一个桥墩的（弹性）支点，从而增大了桥梁的跨度。也是因此，它更适合对桥梁跨度有更高要求的跨海大桥。

悬索桥的特点是能造得很高，大船能从桥洞中通过。这对于海上运输来说尤为重要。此外，在建造悬索桥时不需在桥中心建立临时性的桥墩，因此这种桥型更适合在水流湍急的深水区施工。由于它的塔架几乎不受侧向的力，能做得更为纤细，非常省料。

不过，纤细的塔架在让悬索桥的建设变得更为经济的同时，也降低了它对于大风的抵御能力。对于悬索桥来说，因为大风而临时中断交通并不是什么稀罕事儿。此外，悬索桥的塔架对地面施加的力非常大，要是地面本身不够坚硬的话，建造地基的成本会非常高，因此并不适于滩涂或软泥较多的海域。

斜拉挢，又称“斜张挢”，是由主梁、斜向拉紧主梁的钢缆索以及支承缆索的索塔等部分组成的桥梁。根据钢缆与主塔的连接不同，主要分为平行连接型和放射性连接型两类。香港汲水门大桥就曾经是全球最长的行车铁路两用斜拉桥。

悬索桥，又称“吊桥”，从外形看跟斜拉桥有点相似，不过它的主要承力部分是位于桥两端的2根塔架，借由这2根塔架间的悬索拉住桥面。为了保障塔架本身所受到的力是垂直向下的，塔架的另一面也会有悬索。这些悬索会连接到深埋在桥两端的锚锭上，以确保悬索桥的稳固。旧金山金门大桥就是典型的悬索桥。

如果只考虑桥梁跨度的话，悬索桥的跨度比斜拉桥更大，但它的坚固性不如斜拉桥，不适合作重型铁路桥梁。因此我们没法说这两者谁更优秀一些，只能说它们各有千秋，得根据具体的情况加以选择。日本明石海峡大桥选择悬索桥，杭州湾跨海大桥选择斜拉桥，都是因地制宜的结果。

随着造桥技术的进步，越造越长的跨海大桥也开始流行起混搭风了，鼎鼎大名的濑户大桥就是由2座斜拉桥、3座悬索桥和3座桁架桥组合而成的。

桩基工程是现代跨海大桥长命百岁的根基

所谓“万丈高楼平地起”，斜拉桥也罢，悬索桥也罢，想要长命百岁的关键在于桩基工程。而要做好桩基工程，除了整体设计必须合理之外，还在于桥梁的整体防腐技术。

跨海大桥建设中普遍采用混凝土预制桩，施工时则主要采用沉井法，即将预制好的沉井浮到桩位后，打通底板进水，等其沉到海底后再进行钻孔灌注砼成桩。但那些水流湍急、风浪很高的海域，不具备现场浇筑的条件，只能放弃混凝土预制桩改采用钢管桩。跨海大桥工程所使用的钢管桩，都是在工厂内整体加工一次成型的。在钢板被卷成钢管之后，每根管子还必须进行内外两次弧焊。焊完了还不算完，由于钢铁容易被腐蚀，这些钢管桩在出厂前还得解决腐蚀问题。

1909年建造中的曼哈顿大桥（悬索桥）

上图：引桥的建设

右图：索塔的建设

在现代跨海大桥中超过90%是钢结构或钢筋混凝土结构，海水对钢铁的腐蚀是一个不得不面对的难题。传统的做法是在钢管桩的结构厚度之外，再给钢管桩增加5~6厘米的富余厚度，以此来应对海水的腐蚀。这种做法虽然能保障大桥的使用期限，但也导致了建设成本的大幅度提高。随着现代科技的发展，给钢管桩穿“防护衣”的方式因其既经济又好用，逐渐成为跨海大桥建设中的主流。

在杭州湾跨海大桥工程中，设计者为钢管桩设计了高达3层的防护。第1层防护：在钢管桩1.9厘米的结构厚度基础上增加了3毫米的富余厚度。以海水每年腐蚀0.1毫米的速度估算，这额外增加的3毫米富余厚度可应付30年。第2层防护：在被海水浸没的钢管桩里面浇入钢筋混凝土，这样即便外面的钢管桩被腐蚀了，里面的钢筋混凝土仍可继续发挥桩的作用。第3层防护：在钢管桩的外面涂上了防腐蚀的涂料，同时对涂层进行阴极保护。有了这3层防护，钢管桩就像穿上了一套价廉物美的防护衣，不但能抵御海水的侵蚀，还直接节约了4.5亿元资金。

别以为只要做好钢管桩与外部钢结构的防腐工作就万事大吉了，包裹在混凝土中的钢筋也有防腐的问题。由于混凝土通常是多孔的，海水能从混凝土的孔隙中钻进去侵蚀钢筋。咸水使钢材生锈膨胀，从内部不断地挤压混凝土。就像种子发芽似的，当内部压力增加到一定程度时，混凝土就会出现碎裂。

看到这里，或许你会说“哎呦喂，赶紧给钢筋也涂上防腐蚀的涂层呀！”这不是说不可以，只是由于钢筋的数量太多，全部涂上防腐剂涂层的代价太昂贵，只能对腐蚀严重的部位和特殊构件采用这种防腐措施。因此最经济的做法还是从源头解决问题，即从一开始就确保钢筋不会与咸水接触。此外，跨海大桥建设中所使用的混凝土必须是经过改良的，具有比普通混凝土更坚固、气孔更少的特性，从而最大可能地杜绝海水与钢筋的直接接触，务求确保跨海大桥能达到设计的使用年限。

先进的建造工具是现代跨海大桥得以建成的保证

在建造悉尼海港大桥时，还没有什么高科技的技术，完全是工人拿着锤子一个钉子一个钉子敲出来的。不过到了现代，这种全靠人力的做法已经行不通了。现代的跨海大桥建设已成了技术的比拼，将古人所说的“工欲善其事，必先利其器”发挥得淋漓尽致。

由于跨海大桥延伸到海里，因此打桩时得用上专门的打桩船。具有世界先进水平的多功能全旋转打桩船，不仅能做到360度全角度打桩，还配装有GPS定位系统，能将误差控制到最小。在现代跨海大桥建设中箱梁基本是预制的。因此当箱梁造好后，须由专门的施工船完成运送和架设任务。这种架梁起重船不但起重能力强，还能抵抗波浪，特别适合在海中作业。在海中架梁不像陆地上那么简单，得充分发挥“守株待兔”的精神。当施工船载着箱梁抵达预定施工海域后，不能盲动，得等到架设的最佳潮位才能动手。要是海面情况不如预期，就有可能无功而返。

别以为海上架梁不容易，滩涂上架梁就容易了。由于滩涂不受力，在施工时得先搭施工栈桥。不过施工栈桥虽然让施工变得便捷了，却有一个致命的缺陷，即相对于巨型混凝土箱梁来说，施工栈桥的承重力不够大，没法承担将箱梁运进滩涂的任务。这时候就只能采用“梁上架梁”的施工办法，即利用已经架好的箱梁，用架梁机把新箱梁运送到前端，逐步推进架设。气势宏伟的跨海大桥，就是这么沿着滩涂一点点、一节节地向海里推进的。