大橋之大
2008年5月1日,目前世界上最長的跨海大橋——杭州灣跨海大橋正式通車。大橋北起浙江嘉興市海鹽鄭家埭,南到寧波市慈溪水路灣,全長36公里,長度相當于21座武漢長江大橋。大橋的南北航道橋索塔分別高達202米和187米,混凝土用量達到了245萬立方米,相當于8個國家大劇院;用鋼量達到82萬噸,相當于7個鳥巢。
杭州灣跨海大橋共有628個橋墩,是中國橋墩最多的橋梁。最大的大橋箱梁長70米,單個重量2200噸,相當于整整一列滿載的火車,如此巨大的箱梁共有540個;而重1430噸、長50米的預制混凝土箱梁有404個。為了運送這些箱梁,大橋建設者不僅搭建了一條740多米的縱移軌道,和一條170多米長的出海棧橋,而且還打造出了被譽為“千足蟲”的運梁機,及載重分別為2500噸和3000噸的吊船,順利完成了世界上罕見的高難度箱梁架設。
杭州灣跨海大橋共用了5164根鋼管樁,每根鋼管樁的長度從70米至89米不等;其中最長的豎起來有30層樓高,管內可以走人;還用了72米到125米不等的3400根鉆孔灌注。采用斜拉索橋設計的杭州灣跨海大橋,設計使用年限為100年。密集的鋼索使大橋完全可以抵擋12級以上的臺風。為了防止混凝土開裂和鋼筋生銹,大橋采用了國際上最新的防腐專利技術,打入海底的超長鋼管樁可確保100年不腐銹。至今,大橋已經受了19次臺風、天文大潮、淺層沼氣等惡劣條件的嚴峻考驗。
杭州灣跨海大橋按雙向六車道高速公路設計,設計時速為每小時100公里。大橋設南、北兩個航道,其中北航道橋為主跨448米的鉆石型雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋,通航標準為35000噸;南航道橋為主跨318米的A型單塔雙索面鋼箱梁斜拉橋,通航標準為3000噸。除南、北航道橋外,其余引橋采用30~80米不等的預應力混凝土連續(xù)箱梁結構,確保大橋的建造不影響海上運輸。
造橋之難
杭州灣與南美的亞馬孫河口、印度的恒河河口并稱世界三大強潮海灣。杭州灣大橋施工海域最大流速5.5米/秒,最大潮差達7.6米,比兩層樓還高;當?shù)孛裰V“早潮才落晚潮來,一月周流六十回”,說的就是這潮水。杭州灣的自然條件從天上到海底都很惡劣;喇叭口晚上有特定的小氣候,天氣預報根本測不出來,夏季臺風、冬季強冷空氣都是家常便飯。平時風大浪急,水流速度平均每秒5米,而目前世界上最好的海上施工船,只能抵御每秒3米的水流速度。
沼氣是杭州灣大橋的另一施工大敵。在離杭州灣大橋南岸約9公里的地方,海底有不規(guī)則的沼氣,往往向下挖50多米就遇上沼氣,有時沼氣從海底燃燒著沖出海面高達二三十米。這些沼氣沒有開發(fā)價值,卻嚴重影響大橋施工。此外,杭州灣風大霧大,一年有效施工時間大約只有120~150天,最多不超過180天。
住在大橋南岸的慈溪人一直擔心杭州灣南翼的怪潮怪風,每年春秋季節(jié),海面上的大浪和龍卷風常常讓當?shù)貪O民擔驚受怕。而專家們最擔心的也是龍卷風;前年,慈溪曾經發(fā)生過一次龍卷風,岸邊的房屋都被卷走。人類至今沒有摸到龍卷風發(fā)生的準確規(guī)律;專家說,龍卷風對大橋不會產生影響,但有可能成為今后過往大橋的司機們最擔心的自然災害。
就是在這樣艱難的條件下,整個大橋施工期間沒有發(fā)生一起質量等級事故,和重傷及重傷以上的安全事故。
長橋臥波
為什么杭州灣大橋不是筆直的,而是“S”形的?據專家介紹,杭州灣跨海大橋采用的是西湖蘇堤“長橋臥波”的設計理念;集交通、觀光于一體,并兼顧杭州灣水文環(huán)境特點。大橋平面中心線呈“S”形曲線,既保證大橋各段的橋軸線盡量與漲潮和落潮的主流垂直,減少建橋對水流的影響,又便于過往船舶安全、順利地通過。
專家指出,杭州灣大橋的“S”形橋型不僅是為了追求漂亮,而且是為了符合建造高速公路的基本要求——直段不能太長;否則,容易讓司機產生視覺疲勞,發(fā)生意外事故。而優(yōu)美、活潑的橋型能讓司機和乘客在行車和坐車時產生愉悅心理,有助于消除行車疲勞。
杭州灣大橋的建設者在離南岸14公里處的一個本來就有沉積的淤灘上,建造了一個像東海石油平臺一樣的海中平臺。施工期間,它作為海上作業(yè)人員生活基地,和海上救援、測量、通信、海事監(jiān)控平臺。大橋完全建成后,這個面積達1.2萬平方米,有2個足球場那么大的海中平臺將成為集救援、觀光、休閑于一體的大橋觀景點。
無礙錢江潮
杭州灣大橋全長36公里,其中正橋長32.7公里。如此長的大橋,會阻礙天下聞名的錢江潮嗎?為此,浙江省水利水電河口研究設計院,根據最新的水文資料和海底地形圖,完成了一個完全按照杭州灣海床實際而建造的巨大模型。模型的上邊界是上海市金山衛(wèi),下邊界是浙江省蕭山的老鹽倉。與普通模型不同的是,在這個大模型中實實在在地建起了長長的杭州灣公路大橋。
利用這個巨大的模型,科研人員可以直觀地看到大橋對潮水的影響,看到錢江潮的形成和發(fā)展。在這個大橋模型中,錢江潮還是在高陽山一帶起潮,在八堡、新倉一帶成為壯觀的“交叉潮”,在鹽官形成整齊的“一線潮”,在老鹽倉出現(xiàn)“回頭潮”……
經過9個多月的專題研究,在科學測量和仔細計算后,專家得出結論:錢江潮是在高陽山一帶起潮,離大橋上游尚有30多公里,根本不受大橋影響。具體地說,在建橋前,鹽官的潮頭高度在2米至2.5米之間;建橋后,鹽官的潮頭高度的降低不會超過2厘米,肉眼完全看不出來。因此,大橋的建造對錢江潮基本沒有影響。
出于大橋安全性的考慮,杭州灣大橋專門為錢江潮及過往海輪留下了南北兩個大通道。這兩個通道分別寬448米和318米,通道的橋下凈空很高,北通道可通過35000噸海輪,南通道可通過3000噸以下海輪;因此,讓錢塘潮順利通過自然就不在話下了。
科學決策
杭州灣并不是很寬,為什么不能建個海底隧道呢?據專家介紹,在決定建設杭州灣跨海大橋前,確實有過這樣的設想。因為海底隧道完全不受大風、暴雨、大雪、大霧和嚴重冰凍等惡劣氣候環(huán)境的影響,能全天候通車。不過最后因為建設資金和工期等問題,建海底隧道的方案被否決了。
建水下隧道有兩種方法:沉管法和盾構法。杭州灣涌潮強、風浪多、海水挾沙量大;如此惡劣的海床水文條件,使沉管法難以實施;而用盾構法建如此長的隧道,建設工期很長,資金需求量更大。
此外,專家們還考慮過“橋隧結合”的方案。但是,這需要在杭州灣海床中建造規(guī)模巨大的人工島,花費的資金將更加巨大,建設工期將更長。經過反復比較,權衡各種方案的利弊得失后,考慮到杭州灣海床遼闊,通航凈空要求不高,兩岸拆遷工程不多,經過橋面拉坡后,兩岸的引橋又不會很長等情況,無論是技術上還是造價比選上,建造橋梁的方案有著明顯的優(yōu)勢。
效益巨大
杭州灣跨海大橋的建成,使寧波至上海間的陸路距離縮短了120余公里。預計到2009年就可以因此節(jié)約8.3萬噸汽油,減排1.3萬噸廢氣;到2015年可節(jié)約25萬噸汽油,減排5萬噸廢氣。在通車后的十年內,浙南地區(qū)運輸成本將減少400億元到500億元,同時節(jié)省時間成本100億元;交通事故也將因此大為減少。
杭州灣跨海大橋工程總投資約為118億元,是國內投資額最大的橋梁。但是僅算節(jié)能減排的貢獻,大橋在十年內就可以產生三座大橋的投資效益,即可節(jié)省550億元到600億元人民幣。