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在海中漫步 致敬杭州湾跨海大桥

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网易汽车综合1月15日报道


2008年5月1日,北京奥运会前夕,当时世界上最长的跨海大桥——杭州湾跨海大桥建成通车。大桥北起浙江嘉兴,南至宁波慈溪,全长36公里,它的建成让宁波到上海间的车程缩短了120余公里,也大大缓解了围绕杭州湾的杭甬高速公路的压力。

长桥卧波


今年,杭州湾大桥即将迎来自己的十岁生日。十年来,几经风雨洗礼,杭州湾大桥依然屹立在水中,庇护来往车辆。要做到这一点真的不容易。杭州湾大桥的先天条件非常差:在其立足的地下,杭州湾有深厚的淤泥层,南岸腐殖质滩涂地下甚至还有沼气;这片海域也不宁静,杭州湾与亚马逊河口、恒河河口并称为世界三大强潮湾,风高浪急,乱流沙涌,一年中,超过7级以上大风天有9个多月,台风的最大风速每秒50米,可瞬间掀翻千吨大船,真可谓“屋漏偏遭连夜雨”。

在如此复杂的环境中修建这么长的桥,如何确保桥的安全和行车安全?我们一起来看一看。

神针定海

工程中有一句话叫“基础不牢,地动山摇”,强调的是构筑物的地基和基础的重要性。大桥位于钱塘江出海口,数千年来钱塘江的淤积物覆盖在这片海域的底部,形成了豆腐脑一样松软、易滑、承载力低的厚软土层。能支撑起大桥的“持力层”则位于软土层的下方。


这种情况下,必须将大桥的基础——一根根桩插入下部持力层中,最长的一根桩竟然长达90m,有30层楼那么高,要知道,杭州湾的水深才只有10m左右。单根桩的直径为1.5~1.6m,在桩里面,这是很粗的了,但仍然只有长度的六十分之一,和筷子的比例基本相当!这些桩有一个响亮的名字:大直径超长钢管桩。


能否顺利、精准地把桩做出来,成为工程的控制因素。海上打桩的一个难点是定位难,速度慢,按原有的人工测量和人工定位技术,每天最多只能完成四五根桩,而且还要看天吃饭,天气不好时无法施工,2002年下半年只打了351根。后来大桥施工方下定决心,在国内率先使用GPS定位,一边进行施工操作,一遍根据实时位置调整施工过程,对桩进行纠偏,大大提高了效率,每天最多可完成五十多根。


除此之外,更具挑战性的是:大桥经过的部分地区,土层中存在囊状浅层天然气(沼气),局部含气量和压力较大。施工中如果扰动了这些气体,气体移动过程中将会让海底淤泥层产生不可预知的大变形,从而影响进一步施工(大桥建成后,气体的影响可以忽略)。如果气体从海底逸出,碰上海面上的作业船只,还有可能发生爆炸,引火烧身。天然气的问题,对于国内土木工程界而言,可谓是闻所未闻的。幸运的是,石油行业对此有较多经验,一次跨学科的思维碰撞让土木工程师们学到了石油专家的宝贵经验,经验总结成四个字:“主动方气”。在打桩前,先主动引导气体逸出,随后再施工,从而解决了这一难题。

飞龙镇海

地下的问题解决了,地上的问题紧随而至。

大桥通车之后,有一则非常有趣的新闻,“少数司机上杭州湾大桥心发慌”,担心“车会不会被大风掀起掉进海里?”新闻中说,这是由于司机们第一次长时间在海上开车,难免有心理恐慌。

其实啊,司机们的担心是客观存在的。在跨海大桥上,有两样东西怕“大风吹”,一是桥,二是车。风还能把桥吹倒?这事儿在美国就发生过,1940年11月7日塔科马海峡大桥因“风振”(风引起的共振)垮塌。为了保证行车安全,我国的专家们可废了一番脑筋。


统计数据显示,大桥年平均大风日数为11到17天,极大风速可达32米每秒,相当于十一级风,为保证设计有所富余,在设计时取基准风速49米每秒。专家们在同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行了风洞试验,试验表明,大桥所使用的结构形式(双塔斜索面钢箱梁斜拉桥体系)能够保证保证其抗风性能,在极端条件下也能安全耸立,而不会出现塔科马大桥涡激振动的悲剧。


桥上过大的横风,对汽车特别是高大车辆影响显著。有学者使用先进的数值方法,考虑风速、车流、桥梁共同作用,建立了复杂系统的模型,对有风时的事故率进行了分析。一个有趣的现象是,吹来的风可以分解成两个方向,一个垂直于行车方向,另一个偏向于行车方向。后者的大小既取决于风的大小,也取决于车速,逆风形式的车发生事故的概率更高。计算显示,大风时,以120公里时速形式的车的整体安全行车概率约为89%,这个概率是无法接受的。

那么,只能关闭大桥或者给汽车限速了吗?科学家们提供了第三种思路:给桥面“减风”。严密的科学计算显示,使用透风率70%的风障,即可在同样的情况下把安全概率提升至99.78%!十一级暴风对车的影响也只相当于八级大风。

虽然,现阶段仍然会在大风天气限速限流,但是科学家给的这个“定心丸”着实让我们放心了不少。

谒桥观海


李白《古风·秦皇按宝剑》中说,秦始皇为了向东看日出,劳民伤财建设跨海大桥,最终未能成功,“逐日巡海右,驱石驾沧津;征卒空九宇,作桥伤万人。”而今,我们的技术和实力已经可以让普通人享受到这样的便捷,轻易看到秦始皇都未能见到的场景,波涛碧浪,谒桥观海。怎么样,要不要来一场说走就走的旅行?



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