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四大险阻考验杭州湾大桥:风 潮 流 沼气[组图]
2003年12月3日 07:01
 

2003年11月15日,一根长73米、直径1.5米的的巨型钢管桩打入烟波浩淼的杭州湾。这是跨海大桥北岸工程打下的第一根钻孔桩,杭州湾历史上具有象征意义的巨变正式开始。

36公里的长度,118亿元人民币的投资,6年的工程时间,100年的使用期限。一连串的数字背后反映出一个事实:这座世界第一跨海大桥的建成,必然要经历一个艰苦卓绝的过程。

“我们是摸着石头过海

在孕育了钱塘潮奇观的杭州湾,建造一座长达36公里的世界第一跨海大桥,想法惊人,气势无可匹敌。从提出设想、规划、论证,到2002年4月30日国务院批准立项,十个年头,前后有数千名专家参与,进行过上千次论证。

真正到了施工阶段,人们开始关心:在大风大潮的杭州湾建造世界上第一座跨海大桥,建造者将遇到怎样的困难?他们将用什么方法来克服它?

杭州湾跨海大桥的一位副总工程师曾参与钱江二桥等众多国内桥梁的设计,他在提到建造这座跨海湾大桥所面临的难度时说:“国内积累的操作经验,都是关于靠岸工程的,对于远岸工程,我们没有经验,国外也没有现成的东西可学,建杭州湾跨海大桥,是摸着石头过海。”

据了解,在杭州湾大桥的方案论证中,曾经有40多位院士参与,进行了120多项科研专题研究。美国、日本、荷兰、德国、挪威等国的桥梁专家也献计献策,美国和日本的国际工程资讯公司为大桥提供了关键技术保障。

“因为,作为世界三大强潮海湾之一,杭州湾面临极其恶劣的自然条件。”这位副总工程师这样告诉记者。

海上作业,大风是最容易让人想到,也是最常碰到的困难因素。杭州湾这边是台风、强热带风暴和季节性龙卷风时常光顾的区域。

大桥工程总指挥部提供的历史记录显示,杭州湾历史上记载的平均风速是3米/秒,乍浦和慈溪,秒速在17.2米以上的8级大风平均每年有16.3天和16.1天;台风每年平均有2.6次;近50年来,这里共发生过39次龙卷风,同时伴有雷雹和冰雹。

台风、风暴都是季节性的,很难预测,近年来最厉害的一次飓风发生在2001年。那一回,杭州湾的龙卷风把慈溪海岸边的房子都卷走了。

“在这样的风里,施工船要在海上作业,竖起100多米高的架子,是非常危险的。”这位不愿意透露姓名的副总工程师说,“事实上6级以上的风速,吊车就不能在海上高空作业了,8级以上船只能靠岸避风。大风对施工的影响可想而知。”

“八月涛声吼地来,头高数丈触山回。须臾却入海门去,卷起沙堆似雪堆。”奔涌了千百年、“壮观天下无”的钱江潮平均落差9米,气势磅礴。

“早潮才落晚潮来,一月周流六十回。”每天的两次涨落潮使海流流向多变,使海上作业难度更大。有时候顺潮抛好了锚,但潮水一变,又要重新定方向抛锚,以固定施工船。

大桥工程指挥部办公室主任陆积岳说:“大桥的选址,离潮起处还有三十公里,但这里潮起潮落,落差有时达到6米以上,平均也要4米多。海上作业的人,还要时刻想着怎样应对这些潮。”

7000余根钻孔桩依靠泥浆的“扶持”而稳定,但由于涨落潮造成水压的大幅度变化,有可能会导致塌孔。“这种灾难有时候是颠覆性的,”大桥工程副总指挥金建明告诉记者,“波浪力是我们计算中最大的力,用排山倒海来形容绝对不为过。即使所有的保护措施都到位,有些不可预测的灾难还是有可能发生。”

东海波浪大,杭州湾则是流速大。这是杭州湾大桥施工的又一大障碍。据林国雄介绍,在开工前,工程指挥部进行了实测,局部地区流速超过5米/秒。

“虽然是局部,但是3米/秒的流速是每天都会出现的。这种情况下,水泥船马力不够,施工船根本推不进去。”这位副总工程师说。

金建明介绍说,目前国外最好的海上施工船,只能抵御每秒3米的水流速度。而在国内,经过改装的大型施工船,能够抵御3米/秒至6米/秒的海流速度。

即使是这样,施工到现在,在抛锚定位时还是有因水流过大施工船顶不进去的情况发生。据估计,一年有效施工时间大约只有120天至150天,最多不超过180天。

沼气

浅层海底沼气对施工的影响是致命的。

金建明说,沼气是杭州湾大桥施工的大敌之一。这些没有开发价值的浅层沼气,主要聚集在南岸约9公里的地方,往往挖50多米就能遇上,厉害时,能从海底冲出海面二三十米,把施工船冲翻。严重影响大桥施工。

“我们提出的方法是‘有控制的放气法’,放气一定要掌握好节奏,太急太快都会出问题。放得多了,还会造成地面下降,另外的方法,是增加泥浆的比重,这样,在灌桩时就可以平衡气压。还有一种办法,是在施工时搭高架子,避免引火上身。但架子越高,抗风的能力就相对减弱了许多。”金建明说。

应对之策

由于海上作业太多的不可预测性,很多作业采取预制化、工厂化、大型化、变海上施工为陆上施工。“这突破了长期以来设计决定施工的理念,一切围绕有利于施工来进行。”金建明说。为此,施工组在大桥建造之前需要先在其旁边建一座纯钢铁结构的“栈桥”,用于运输和施工操作。

据金建明副总指挥介绍,预制吊装的最大构件为长70米,宽16米,高4.0米,重2180吨的预应力混凝土箱梁,最长的构件为长度88米,直径1.6米的超长钢管桩。“这种构件可称得上是举世无双,如果在海上浇铸,根本无法想象。”金建明称,国内都没有能够吊得起这些构件的设备,为此特别引入了世界上最大的打桩船和吊装起重等设备。

使用100年,安全有保障?

有人担心,以我国现有的能力和技术水平,建造如此大规模的杭州湾跨海大桥,能否保障安全矗立,不出事故?

“指挥部事先做了129项科学技术研究。桩打多深,孔钻多大,要打钢筋混凝土桩,还是钢管桩等问题,都反复考虑到了。”金建明说。

在杭州湾打桩,平均要打到100多米,才能达到岩石层。而现在打下的这些桩,并没有打到岩石层,等于插在泥土里,这样的桩,能够抵抗浪潮的冲击吗?

金建明的解释是:“打的桩叫摩擦桩,依靠泥土的包围摩擦来固定,是有安全保障的。”金说,杭州湾软土层有三四十米厚,桩要打得很深才能稳固。目前最长的桩有88米,一般都在80米左右。

浙江大学建筑工程学院交通工程研究所所长项贻强在接受记者采访时表示,他对这座跨海大桥很有信心。

“我们的桥梁从理论研究到设计施工,都不亚于国外。只不过在杭州湾风、流、潮、气等诸多恶劣环境下施工,中国的实践还少,关键技术还须依赖国外专家。”项贻强说,“很多事故的发生,并不是因为设计不合理,多数是材料不过关和施工中的偷工减料造成的。”

对此,中铁四局工程师何光胜也表示认同。何说,国内在材料和工艺水平上都有欠缺,同时,施工中的机械设备也相对落后。吸取以往的教训,此次杭州湾大桥施工中,一些起吊设备则完全借鉴国外技术,进行了改装。

另外,针对大桥工程指挥部提出的“大桥设计使用寿命为100年”的概念,施工方对桥梁桩基、墩台、墩身等永久性构件,都采用了百年使用寿命标准制作。对于护栏等一般附属构件,采用的是30年寿命标准。同时,大桥在国内首次采用了“熔融结合环氧粉末涂层”的新技术材料、外挂锌铝合金块的“牺牲阳极”阴极保护。“这些措施主要是防腐。”何光胜说。

“杭州湾大桥将在我国桥梁史上,写下重要的一页。”项贻强教授最后这样告诉记者。

大桥主要技术指标

1、道路登记:平原微丘高速公路

2、计算行车速度:

大桥——100公里/小时

两岸引线——120公里/小时

3、行车道数:双向6车道

4、行车道宽度:2×3×3.75米

5、桥梁宽度:33米

路基宽度:35米

6、地震基本烈度为VI度,结构物按VII度设防

7、涉及基准期:100年

据初步核定,大桥共需要钢材76.9万吨,水泥129.1万吨,石油沥青1.16万吨,木材1.91万立方米,混凝土240万立方米,各类桩基7000余根,为国内特大型桥梁之最。

其水中引桥70米×16米箱梁采用整孔制、运、架一体化方案,单片梁重达2180吨,为国内第一。

水中区引桥打入钢管桩直径1.5—1.6米,桩长约80米,总数超过7000根,其钢管桩工程规模全国建桥史上第一。

南滩涂50米×16米箱梁采用整孔预制,大型平板车梁上运梁的工艺,开创了国内外重型梁运架的新纪录。

这是一座怎样的桥

宁波杭州湾跨海大桥为双向6车道,全长36公里,其中桥梁长35.673公里,引线长327米。整座大桥由通航孔、非通航孔及引线3部分组成。其中北通航孔靠乍浦港,设计单向通航能力为3.5万吨,桥型为双塔双索面钢箱梁斜拉桥,桥塔采用当前流行的钻石型塔。南通航孔位于大桥中间位置,设计通航能力为3000吨,桥型为主跨318米的钢箱梁主塔结构,那结构新颖的花瓶形索塔将在全桥起到画龙点睛作用。曲线美景观设计师们借助西湖苏堤“长桥卧波”的美学理念,兼顾杭州湾复杂的水文环境等特点,确定了大桥的总体布局方案。整座大桥的平面为S形曲线,线形优美、生动活泼。从侧面看,大桥也并不是一条水平线,而是在南北航道处各呈一拱形。据专家介绍,杭州湾大桥的S形桥型不仅仅是为了追求漂亮。建高速公路有科学的要求,直段不能太长,否则容易让司机产生视觉疲劳,很容易出事故;其次桥梁各段的桥轴线应尽量与涨潮和落潮的主流垂直,以减少建桥对水流的影响,同时也是为了保证船舶的安全通行。海上观光台“海中平台”更给大桥添上了精彩一笔。根据规划设计,在离南岸大约14公里的地方,有一个面积达1万平方米、有两个足球场那么大的“海中平台”。该平台暂时充当海中施工据点,待大桥建成后,不仅是海中交通服务的救援平台,而且将是一个饱览大海美景的旅游观光台。大桥中央,设计有一个面积达1.5万平方米的海中平台。该平台有多种用途,施工期间,它将作为施工平台,是海中施工的据点。大桥建成后,这一海中平台则是一个海中交通服务的救援平台,同时也是一个绝佳的旅游观光台。整个海中平台以匝道桥连通大桥,距离大桥约有150米左右。沪甬度假的通道因为杭州湾的天堑阻隔,直线距离不到200公里的上海和宁波两个城市,来往必须在陆上绕行约304公里,而大桥建成后,直线距离只有179公里左右。宁波有着得天独厚的天然深水良港,却一直处于交通末梢。一桥通沪,陆上对外连接交通“V”字形将变为“十”字形,也使宁波融入上海两小时交通圈,同时,大桥的建设,扩大了宁波港的腹地,使嘉兴、苏州、无锡、常州及苏北等地增加了一个走向世界深水港的机会。对于民众而言,到上海的车程缩短为两个小时,双休日上海购物,周末甬城度假的设想将成为现实。

浙江省社科院经济学专家葛立成说:“大桥对长三角经济一体化,影响深远。”

大桥工程主要构成

1、北引线:15.5米,道路工程

2、北岸陆地滩涂区引桥:2403.5米

3、北航道桥:928米,其中桥梁主跨448米,边跨150米,辅边跨90米。主跨通航净空325×47米,边跨通航净空110×28米,通航标准为35000吨。

4、北航道高墩区:1650米

5、中引桥:9300米

6、南航道桥:428米,其中主跨318米,主跨通航净空125×31米,边跨通航净空50×20米,通航标准3000吨。

7、南航道高墩区:1570米

8、南引桥水中低墩区:6990米

9、南岸滩涂区引桥:9150米

10、南岸陆地区引桥,3253.5米

11、南引线:311.5米,道路工程

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杭州湾跨海大桥效果示意图

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大桥中央将建有一个海中平台

 
 
编辑:张向林   来源:外滩画报  作者:王杰 茅文贤 
 
 
 
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