大桥之大
2008年5月1日,目前世界上最长的跨海大桥――杭州湾跨海大桥正式通车。大桥北起浙江嘉兴市海盐郑家埭,南到宁波市慈溪水路湾,全长36公里,长度相当于21座武汉长江大桥。大桥的南北航道桥索塔分别高达202米和187米,混凝土用量达到了245万立方米,相当于8个国家大剧院;用钢量达到82万吨,相当于7个鸟巢。
杭州湾跨海大桥共有628个桥墩,是中国桥墩最多的桥梁。最大的大桥箱梁长70米,单个重量2200吨,相当于整整一列满载的火车,如此巨大的箱梁共有540个;而重1430吨、长50米的预制混凝土箱梁有404个。为了运送这些箱梁,大桥建设者不仅搭建了一条740多米的纵移轨道,和一条170多米长的出海栈桥,而且还打造出了被誉为“千足虫”的运梁机,及载重分别为2500吨和3000吨的吊船,顺利完成了世界上罕见的高难度箱梁架设。
杭州湾跨海大桥共用了5164根钢管桩,每根钢管桩的长度从70米至89米不等;其中最长的竖起来有30层楼高,管内可以走人;还用了72米到125米不等的3400根钻孔灌注。采用斜拉索桥设计的杭州湾跨海大桥,设计使用年限为100年。密集的钢索使大桥完全可以抵挡12级以上的台风。为了防止混凝土开裂和钢筋生锈,大桥采用了国际上最新的防腐专利技术,打入海底的超长钢管桩可确保100年不腐锈。至今,大桥已经受了19次台风、天文大潮、浅层沼气等恶劣条件的严峻考验。
杭州湾跨海大桥按双向六车道高速公路设计,设计时速为每小时100公里。大桥设南、北两个航道,其中北航道桥为主跨448米的钻石型双塔双索面钢箱梁斜拉桥,通航标准为35000吨;南航道桥为主跨318米的A型单塔双索面钢箱梁斜拉桥,通航标准为3000吨。除南、北航道桥外,其余引桥采用30~80米不等的预应力混凝土连续箱梁结构,确保大桥的建造不影响海上运输。
造桥之难
杭州湾与南美的亚马孙河口、印度的恒河河口并称世界三大强潮海湾。杭州湾大桥施工海域最大流速5.5米/秒,最大潮差达7.6米,比两层楼还高;当地民谚“早潮才落晚潮来,一月周流六十回”,说的就是这潮水。杭州湾的自然条件从天上到海底都很恶劣;喇叭口晚上有特定的小气候,天气预报根本测不出来,夏季台风、冬季强冷空气都是家常便饭。平时风大浪急,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。
沼气是杭州湾大桥的另一施工大敌。在离杭州湾大桥南岸约9公里的地方,海底有不规则的沼气,往往向下挖50多米就遇上沼气,有时沼气从海底燃烧着冲出海面高达二三十米。这些沼气没有开发价值,却严重影响大桥施工。此外,杭州湾风大雾大,一年有效施工时间大约只有120~150天,最多不超过180天。
住在大桥南岸的慈溪人一直担心杭州湾南翼的怪潮怪风,每年春秋季节,海面上的大浪和龙卷风常常让当地渔民担惊受怕。而专家们最担心的也是龙卷风;前年,慈溪曾经发生过一次龙卷风,岸边的房屋都被卷走。人类至今没有摸到龙卷风发生的准确规律;专家说,龙卷风对大桥不会产生影响,但有可能成为今后过往大桥的司机们最担心的自然灾害。
就是在这样艰难的条件下,整个大桥施工期间没有发生一起质量等级事故,和重伤及重伤以上的安全事故。
长桥卧波
为什么杭州湾大桥不是笔直的,而是“S”形的?据专家介绍,杭州湾跨海大桥采用的是西湖苏堤“长桥卧波”的设计理念;集交通、观光于一体,并兼顾杭州湾水文环境特点。大桥平面中心线呈“S”形曲线,既保证大桥各段的桥轴线尽量与涨潮和落潮的主流垂直,减少建桥对水流的影响,又便于过往船舶安全、顺利地通过。
专家指出,杭州湾大桥的“S”形桥型不仅是为了追求漂亮,而且是为了符合建造高速公路的基本要求――直段不能太长;否则,容易让司机产生视觉疲劳,发生意外事故。而优美、活泼的桥型能让司机和乘客在行车和坐车时产生愉悦心理,有助于消除行车疲劳。
杭州湾大桥的建设者在离南岸14公里处的一个本来就有沉积的淤滩上,建造了一个像东海石油平台一样的海中平台。施工期间,它作为海上作业人员生活基地,和海上救援、测量、通信、海事监控平台。大桥完全建成后,这个面积达1.2万平方米,有2个足球场那么大的海中平台将成为集救援、观光、休闲于一体的大桥观景点。
无碍钱江潮
杭州湾大桥全长36公里,其中正桥长32.7公里。如此长的大桥,会阻碍天下闻名的钱江潮吗?为此,浙江省水利水电河口研究设计院,根据最新的水文资料和海底地形***,完成了一个完全按照杭州湾海床实际而建造的巨大模型。模型的上边界是上海市金山卫,下边界是浙江省萧山的老盐仓。与普通模型不同的是,在这个大模型中实实在在地建起了长长的杭州湾公路大桥。
利用这个巨大的模型,科研人员可以直观地看到大桥对潮水的影响,看到钱江潮的形成和发展。在这个大桥模型中,钱江潮还是在高阳山一带起潮,在八堡、新仓一带成为壮观的“交叉潮”,在盐官形成整齐的“一线潮”,在老盐仓出现“回头潮”……
经过9个多月的专题研究,在科学测量和仔细计算后,专家得出结论:钱江潮是在高阳山一带起潮,离大桥上游尚有30多公里,根本不受大桥影响。具体地说,在建桥前,盐官的潮头高度在2米至2.5米之间;建桥后,盐官的潮头高度的降低不会超过2厘米,肉眼完全看不出来。因此,大桥的建造对钱江潮基本没有影响。
出于大桥安全性的考虑,杭州湾大桥专门为钱江潮及过往海轮留下了南北两个大通道。这两个通道分别宽448米和318米,通道的桥下净空很高,北通道可通过35000吨海轮,南通道可通过3000吨以下海轮;因此,让钱塘潮顺利通过自然就不在话下了。
科学决策
杭州湾并不是很宽,为什么不能建个海底隧道呢?据专家介绍,在决定建设杭州湾跨海大桥前,确实有过这样的设想。因为海底隧道完全不受大风、暴雨、大雪、大雾和严重冰冻等恶劣气候环境的影响,能全天候通车。不过最后因为建设资金和工期等问题,建海底隧道的方案被否决了。
建水下隧道有两种方法:沉管法和盾构法。杭州湾涌潮强、风浪多、海水挟沙量大;如此恶劣的海床水文条件,使沉管法难以实施;而用盾构法建如此长的隧道,建设工期很长,资金需求量更大。
此外,专家们还考虑过“桥隧结合”的方案。但是,这需要在杭州湾海床中建造规模巨大的人工岛,花费的资金将更加巨大,建设工期将更长。经过反复比较,权衡各种方案的利弊得失后,考虑到杭州湾海床辽阔,通航净空要求不高,两岸拆迁工程不多,经过桥面拉坡后,两岸的引桥又不会很长等情况,无论是技术上还是造价比选上,建造桥梁的方案有着明显的优势。
效益巨大
杭州湾跨海大桥的建成,使宁波至上海间的陆路距离缩短了120余公里。预计到2009年就可以因此节约8.3万吨汽油,减排1.3万吨废气;到2015年可节约25万吨汽油,减排5万吨废气。在通车后的十年内,浙南地区运输成本将减少400亿元到500亿元,同时节省时间成本100亿元;交通事故也将因此大为减少。
杭州湾跨海大桥工程总投资约为118亿元,是国内投资额最大的桥梁。但是仅算节能减排的贡献,大桥在十年内就可以产生三座大桥的投资效益,即可节省550亿元到600亿元人民币。