奇跡如何發(fā)生致敬世界第一高橋——都格北盤江大橋
2017-12-07
網(wǎng)易汽車綜合12月7日報(bào)道
你知道世界的第一高橋在哪里嗎？在紐約？悉尼？還是中國的上海？廣州？都不是。世界第一高橋——杭瑞高速的都格北盤江大橋，位于貴州省六盤水市與云南省宣威市普立鄉(xiāng)交界處的峽谷之上。
僅花費(fèi)10.5億元，建設(shè)耗時(shí)3年，這座世界最高橋便屹立在黔西南的崇山峻嶺中。它全長1341.4米，橋面到谷底垂直高度565米，相當(dāng)于200層樓高。在它的幫助下，云南宣威到貴州六盤水的交通時(shí)間從原來的5個(gè)小時(shí)縮短到了1個(gè)小時(shí)，兩地的交流以及經(jīng)濟(jì)都產(chǎn)生了積極與正面的作用。
無論從建設(shè)意義還是橋梁所產(chǎn)生的附加值來看，這都是一座完全可以被稱得上奇跡的大橋，下面讓我們看看，奇跡是如何發(fā)生的。
對于當(dāng)今的中國人而言，刷新世界最高大橋的高度已經(jīng)算不得是什么新聞了。就在北盤江大橋的前方20公里處，就是第二高橋普立特大橋。這一方面是因?yàn)槲覈鴺蛄汗こ處煹募夹g(shù)先進(jìn)、基建能力強(qiáng)，另一方面也是無奈之舉。俗話說“金橋銀路草建筑”，大橋的造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出普通道路。但由于中國特有的三級階梯地勢，山脈和丘陵遍布全國，尤其是西南的貴州、云南等省份，可以說是“地?zé)o三尺平”。這些山峰還極其陡峭，根本沒有修建平直公路的條件，就連普通的盤山公路都很難修。
而都格北盤江大橋的兩端地勢也有其獨(dú)特的險(xiǎn)要之處，這里石灰?guī)r密布，山體硬度極差，在地上打鉆，稍不留神就打進(jìn)巨大的溶洞里，有的溶洞有將近100米深。
一個(gè)個(gè)溶洞就像一顆顆地雷，橋梁的選址困難重重。為躲避遍布山體的溶洞和裂隙，設(shè)計(jì)人員不斷將橋的位置往高處移，最終將橋面定在565米這個(gè)令人眼暈的高度。
可以說，相比起發(fā)達(dá)國家基建的“easy”模式，我們玩的是“hard”模式。于是，在復(fù)雜的地形、破碎的地質(zhì)條件的逼迫下，中國工程師們積累了大量的橋梁修建經(jīng)驗(yàn)。主觀人給力，客觀“試卷”難，這也難怪我們整天刷新記錄了。
“抗風(fēng)專家”斜拉橋
北盤江大橋是一座鋼桁架梁斜拉橋。這種橋型與懸索橋一起，并稱為兩種最優(yōu)秀的現(xiàn)代化橋梁。它們都顛覆了人們對于橋梁的傳統(tǒng)認(rèn)知，不再由橋梁下部笨重粗大的支撐結(jié)構(gòu)來維持穩(wěn)定，而是靠幾根看似柔弱的鋼索將大橋拉起來。
其中，懸索橋是將兩根粗達(dá)一米的鋼索懸掛在大橋兩端的橋塔上，再用較細(xì)的拉桿將橋面吊在懸索上組成的。它的施工相對簡便，精度要求也較校然而，懸索橋是一種“柔性橋”，在面對狂風(fēng)暴雨、極端環(huán)境時(shí)，它就明顯不夠穩(wěn)固。自1918年以來，已經(jīng)有11座懸索大橋遭受狂風(fēng)毀壞?？紤]到山頂?shù)沫h(huán)境惡劣，北盤江大橋選擇了鋼桁架斜拉橋的結(jié)構(gòu)形式。
斜拉橋是在主橋塔頂放出斜拉索，斜拉索的另一端懸掛在橋面上，將橋面梁直接拉起而成的一種現(xiàn)代橋梁。它的橋面梁需要承擔(dān)斜拉索對其的附加壓力，因此需要采用抗壓能力很強(qiáng)的鋼桁架橋面梁。它較之懸索橋而言更為粗壯，剛度也更大，是一種“剛性橋”。斜拉橋不需要懸索橋錨碇等大體積結(jié)構(gòu)的基坑開挖和棄土處理，對環(huán)境影響小，這在交通運(yùn)輸不便、地質(zhì)條件多變的山區(qū)中有很強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。
斜拉橋示意圖。斜拉橋靠斜拉索拉住橋面，同時(shí)橋面本身也受壓力。這對橋面的要求比懸索橋更高。
斜拉橋的斜拉索與橋面梁，都是需要直接受力的結(jié)構(gòu)，這就為施工提出了更高的工藝和精度要求。在施工中，剛性梁一些額外的受力與微小的變形都可能使大橋出現(xiàn)安全隱患，而斜拉索的松緊程度也會改變大橋的內(nèi)部應(yīng)力，從而造成不良影響。因此可以說，斜拉橋是很考驗(yàn)國家科技水平的一種橋梁。
斜拉橋穩(wěn)不穩(wěn)，首先看鋼索
斜拉橋的安全與穩(wěn)定高度依賴于斜拉索。北盤江大橋的斜拉索呈扇形雙排雙索面布置，斜拉索上端固定在塔柱上，下端錨固于鋼桁架梁上，全橋共有224根斜拉索。“嚇人”的是，斜拉索的直徑只有15.2毫米粗，和人的手指一般。這么細(xì)的鋼索，能拉得起這么重的大橋嗎？
事實(shí)上，斜拉橋的鋼索用的不是普通的鋼材。一般而言，普通的建筑用鋼強(qiáng)度在200-400兆帕之間，有些高規(guī)格的建筑物會用到460兆帕的高強(qiáng)鋼。而早在2006年，寶鋼就開始專門進(jìn)行斜拉索用鍍鋅鋼絲規(guī)?；a(chǎn)制造的技術(shù)攻關(guān)，并在2008年完成了攻關(guān)，將斜拉索的抗拉強(qiáng)度提升到了1770兆帕，一舉打破了國外對我們的高價(jià)壟斷。七年過去，北盤江大橋所使用的OVM平行鋼絞線拉索，其抗拉強(qiáng)度已經(jīng)輕松超過了1860兆帕，動載應(yīng)力幅達(dá)250兆帕，遠(yuǎn)超國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。普通鋼材與北盤江大橋斜拉索的差距，就像是木材與普通鋼材的差距。因此我們絲毫不用擔(dān)心，這些以一當(dāng)十的鋼絲雖然細(xì)，但是卻能有力地拉起整座大橋。
除了強(qiáng)度外，這些斜拉索還采用了最先進(jìn)的四層防腐體系，由外到內(nèi)分別有HDPE外護(hù)套，單根小HDPE護(hù)套、油脂涂層與鍍鋅涂層，共同保護(hù)著斜拉索，使北盤江大橋的斜拉索擁有遠(yuǎn)高于其它一般斜拉索的壽命和安全性。
從設(shè)計(jì)到施工，全部是“最新科技”
從紙面的設(shè)計(jì)階段開始，北盤江大橋的規(guī)格就非常高，使用了最新的科研成果，包括“中縱梁加大次橫梁”結(jié)構(gòu)體系，提高了結(jié)構(gòu)受力性能，并通過焊接變形模擬計(jì)算分析，確定了正交異性鋼橋面板與鋼桁梁合理的連接構(gòu)造和工藝。可以說，北盤江大橋從設(shè)計(jì)之初就承擔(dān)著最新科技的探索任務(wù)。
與“天頂星”的科技水平相對的，是非常惡劣的施工條件。北盤江大橋所處的峽谷處山勢陡峭、施工場地極為狹窄，并且常年刮著六級以上大風(fēng)。這里距離最近的小鎮(zhèn)還有二十公里遠(yuǎn)，就連施工用水都難以獲得。為此，工程師們特意為了施工修建了三級泵水系統(tǒng)，將江水從山谷的最深處泵到了565米高的施工平面上。為了給水泵供電，項(xiàng)目部特意在谷底修建了一個(gè)小型變電站，30多個(gè)人沿著40厘米的山路耗時(shí)一個(gè)月才將一噸重的設(shè)備搬到谷底。這樣一個(gè)工程套一個(gè)工程，為了這座大橋，工程師們可以說是建立了一整套包括后勤保障在內(nèi)的施工體系出來。
通常，斜拉橋的橋面梁是采用“頂推”的方法進(jìn)行施工的。也就是說，在橋塔架設(shè)好之后，將一節(jié)一節(jié)的橋面梁節(jié)段陸續(xù)拼接到橋體上，向斜拉索加力并固定。隨著施工的進(jìn)行，兩邊的橋面模塊和拉索向中間逐漸推進(jìn)并最終合攏。
但在施工過程中，由于主塔的兩側(cè)施工不會完全同時(shí)進(jìn)行，頂推方案會使得主塔兩側(cè)的重量不平衡，對主塔造成水平推力，進(jìn)而可能破壞樁基，影響索塔的穩(wěn)定性。因此，工程師們一直在探索比較新的施工工藝。
另外，雖然峽谷深達(dá)565米，但峽谷底部的尼珠河卻是條毫無通航能力的小河。橋梁的“積木”——節(jié)段梁通常重達(dá)幾百噸，需要一定噸位的船只才能將其運(yùn)送到現(xiàn)常工程部無法利用尼珠河將節(jié)段梁整體運(yùn)送到拼接位置附近，只能拆成更小的“積木”：幾噸至十幾噸的小型結(jié)構(gòu)構(gòu)件，再一片一片地運(yùn)送過來，而在橋上直接拼接結(jié)構(gòu)構(gòu)件是一件費(fèi)時(shí)費(fèi)力、誤差又大的方案。這又給工程帶來了更大的麻煩。
為了一攬子解決所有這些問題，工程師們嘗試著采用了新工藝——鋼桁梁整節(jié)段梁底軌道縱移懸拼工法。這是一種非常新的、同時(shí)也非常不成熟的工法，甚至被許多業(yè)內(nèi)的權(quán)威抨擊過。專家們大都擔(dān)心這種全新工法的精準(zhǔn)度，還有人擔(dān)心施工時(shí)新架結(jié)構(gòu)對舊有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。但研究團(tuán)隊(duì)頂住了來自各方的壓力，并通過足尺模型試驗(yàn)驗(yàn)證了工法的可行性，最終將這種方法推行了下去。
這種工藝是指在施工現(xiàn)場，以極強(qiáng)的精度控制水平，將“積木”迅速拼裝成160噸重的節(jié)段組梁，隨后進(jìn)行整體吊裝。這樣一來，安裝過程迅速，既縮短了工期，又減小了對橋墩的傷害。但這一工藝對施工隊(duì)伍的專業(yè)性要求非常高，在摸索中也獲得了許多難以言傳的技術(shù)細(xì)節(jié)。如今，這一套施工工藝已經(jīng)被寫成了規(guī)范流程，成為了企業(yè)的施工工法。未來其它斜拉橋的建造過程中再遇到這種問題，解決起來只會越來越簡單。
結(jié)語
沒有成就是唾手可得的，能被稱作奇跡的工程更是如此，每一座雄偉大橋建成的背后，都是一批批默默無聞的橋梁人在辛勤的耕耘，我們理應(yīng)對大橋以及這些橋梁人獻(xiàn)上最誠摯的敬意。
北盤江大橋只是中國大橋們的滄海一粟。在世界大橋的各類排行榜中，中國的大橋都可以毫無懸念地名列第一，只有一個(gè)名叫“外國”的國家可以與中國勉強(qiáng)一比。其實(shí)，許多先進(jìn)的工程技術(shù)更依賴反復(fù)的嘗試與大量的工程經(jīng)驗(yàn)積累，沒有紙上談兵的捷徑可走。中國這些令人頭疼的高山深谷就是最好的工程師培訓(xùn)基地，進(jìn)而造出了這些堪稱世界奇觀的“不可能”大橋。
