李彤

超能力之海底“扎根”

人們常說(shuō)“地基不牢，地動(dòng)山搖”。要想保障橋上汽車和火車的平穩(wěn)通行，就要把大橋的“腳”穩(wěn)穩(wěn)地固定在海床上，也就是“打地基”?？绾４髽蛲ǔ２捎脴痘A(chǔ)，它們形似橋墩底部垂直向下延伸的許多細(xì)長(zhǎng)的鋼筋混凝土“根須”（直徑通常在0.8～3米）?！案殹痹诘鼗校媚┒说玫降闹С至退鼈兣c巖層之間的摩擦力來(lái)支撐上部的橋體。

那如何打樁呢？以泉州灣跨海大橋?yàn)槔こ處焸兪紫仍陬A(yù)定位置向土中打入一小節(jié)直徑與樁相當(dāng)?shù)匿撟o(hù)筒，來(lái)提供一個(gè)穩(wěn)定的工作環(huán)境。然后一邊沿著護(hù)筒向下鉆孔，一邊在筒中灌入預(yù)先配置的泥漿。泥漿的作用非常重要，它既可以利用自身的黏性和密度，抵抗可能要坍塌的土壤；又由于它液體的特性，方便工程師們把預(yù)先綁扎好的鋼筋籠放置到孔洞中。鋼筋就位后，再用海洋工程專用的混凝土（海工混凝土）置換掉泥漿。待混凝土固化，大橋就可以在海中扎根了。

超能力之圍堰施工

有了根，如何在水中繼續(xù)建造又成了一個(gè)難題。因?yàn)橛谐毕⑺饕约昂＠说挠绊?，使得尚未成型的混凝土無(wú)法維持固定的形狀。這就需要第二項(xiàng)超能力——圍堰施工，也就是依賴人類強(qiáng)大的工程能力，在海中打造一塊臨時(shí)空間，抽出海水，來(lái)進(jìn)行施工作業(yè)。

具體的圍堰方式有多種，比如用一根根緊密排列的大型混凝土管圍成封閉空間的，稱作沉管圍堰。而在泉州灣跨海大橋中，工程師們直接在海中安放了一個(gè)重490 噸，長(zhǎng)41 米、寬27 米、高10 米的巨大鋼盒子，這種方式也叫鋼吊箱圍堰。

超能力之智能合龍

與陸地建造不同，跨海大橋只能用以橋墩為出發(fā)點(diǎn)、懸空逐漸延長(zhǎng)的方式建造。目前世界上跨度最長(zhǎng)的跨海大橋是來(lái)自土耳其的1915 恰納卡萊大橋，其跨度達(dá)到2023 米。如此遠(yuǎn)的距離，想保證合龍時(shí)毫米級(jí)的精度，僅憑肉眼來(lái)瞄準(zhǔn)是不可能達(dá)到的。為此，聰明的工程師們準(zhǔn)備了一系列高科技武器。

超能力之挑戰(zhàn)惡劣天氣

臺(tái)風(fēng)是破壞力最強(qiáng)的自然現(xiàn)象之一，跨海大橋在它面前簡(jiǎn)直岌岌可危。首先，面對(duì)臺(tái)風(fēng)時(shí)，大橋這類“又細(xì)又長(zhǎng)”的結(jié)構(gòu)是屬于柔軟且輕的，這個(gè)特性使得它很容易隨風(fēng)搖擺。其次，除了正面抵抗風(fēng)力之外，橋面還要避免共振和震顫現(xiàn)象。也就是當(dāng)風(fēng)與大橋的固有頻率接近時(shí)，會(huì)極大地放大振動(dòng)的幅度，十分危險(xiǎn)。第三，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)還要模擬動(dòng)態(tài)的風(fēng)、橋、車三者的相互擾動(dòng)和互相影響，這又增加了計(jì)算的復(fù)雜度。

這些難題的解決之道就是找到一個(gè)近乎完美的形狀，就像賽車一樣，形狀的細(xì)小差別都會(huì)最終反應(yīng)在賽車的性能上。首先，為了減小風(fēng)的壓力，許多大橋的主梁會(huì)采用流線的外形，讓風(fēng)可以順暢通過(guò)。而在避免共振方面，需要做的就是改變大橋的頻率，這也與形狀有關(guān)。就像在吹口哨時(shí)，嘴巴只有努成特定的形狀，口腔和空氣才會(huì)共振，發(fā)出響亮的哨聲。此外，工程師們還在大橋的側(cè)面增設(shè)了一些特定形狀的氣動(dòng)構(gòu)件，比如導(dǎo)風(fēng)板、風(fēng)嘴等，作用類似于賽車尾部的擾流板。最后，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)成果，工程師們往往還要在現(xiàn)實(shí)世界中按照一定比例制作一個(gè)大橋模型，放在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室里去試煉一番，以獲得更準(zhǔn)確、可靠和全面的數(shù)據(jù)。

超能力之抗腐蝕

跨海大橋要想度過(guò)100 年的設(shè)計(jì)周期，還要提防另一個(gè)不可見的敵人——腐蝕作用。

要解決腐蝕問(wèn)題，首先要做的是阻隔鋼材與鹽或氧的接觸。例如泉州灣跨海大橋的主橋纜索就有著多重保護(hù)：外皮是雙層塑料護(hù)套，內(nèi)層覆蓋了一層鋅鍍薄膜。并且，工程師還會(huì)稍稍放大鋼材的用量，也就是允許一小部分鋼材被腐蝕后仍能保證大橋的安全。

另一種常見的處理方式是在鋼材表面刷油漆，例如美國(guó)著名的加州金門大橋，因?yàn)閲?yán)重腐蝕，當(dāng)?shù)卣坏貌还蛡蛴推峁こＤ隇樗a(bǔ)刷油漆。為避免這種浪費(fèi)，我國(guó)的科學(xué)家和工程師研制應(yīng)用了石墨烯制成的防腐涂料，不僅成本降低，還能為海洋腐蝕環(huán)境下的大橋提供長(zhǎng)達(dá)30 年的防護(hù)壽命。

而為了保護(hù)混凝土中的鋼筋，工程師會(huì)在混凝土中摻入粉煤灰等細(xì)小顆粒，來(lái)堵住混凝土表面的細(xì)小孔洞，從而增加混凝土的抗?jié)B透能力；或用更“聰明”的辦法——給鋼筋外加電流。原理是為失去電子的鐵原子補(bǔ)充電子，阻止鐵原子和氧原子的結(jié)合，從而避免腐蝕。