出品| 網(wǎng)易新聞學(xué)院
作者| 須臾千秋
在許多人看來(lái)，2008年建成通車(chē)的蘇通大橋只是一座連接蘇州與南通，縮短蘇南蘇北交通時(shí)間的大橋。然而大家可能不知道，這座主跨1088米的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，是目前世界上跨徑最大的斜拉橋，它讓人類(lèi)首次將斜拉橋的跨越能力突破了1000米大關(guān)。
（蘇通大橋）
蘇通大橋開(kāi)創(chuàng )了多項新技術(shù)、新工法，還創(chuàng )造了四項世界紀錄：超大跨徑、超長(cháng)拉索、超高索塔和超大規模深水基礎。在大橋的建設中，工程師們克服了氣象條件差、水文條件復雜、基巖埋藏深、通航標準高等多個(gè)困難，最終將天塹變?yōu)橥ㄍ?。這座大橋所積累起來(lái)的“黑科技”，也幫助中國邁出了從橋梁大國到橋梁強國的堅實(shí)一步。
用“蛛絲”讓斜拉橋“命懸一線(xiàn)”
懸索橋和斜拉橋是最重要的兩類(lèi)現代橋梁，但它們二者的受力模式迥然不同。其中，懸索橋是靠一根“粗繩”承力，再將橋面通過(guò)細細的吊索吊在粗繩上。而斜拉橋則是在索塔頂撒出“蛛絲”，用這些“蛛絲”拉住整座大橋。承擔大橋和橋上車(chē)輛重量的核心，整座大橋的“命”都懸在這些線(xiàn)上。
懸索橋的懸索，即那根“粗繩”通常很粗，強度不成問(wèn)題；同時(shí)吊索只需要承擔縱向的拉力，任務(wù)輕。而斜拉橋則不然。斜拉橋的拉索要直接承擔大橋重量，并且由于其“斜拉”的特點(diǎn)，斜拉索受到的力要比橋的荷載大得多。
（斜拉橋的斜拉索，細細的鋼索里承擔著(zhù)萬(wàn)鈞之力）
也正因為這些特點(diǎn)，懸索橋比斜拉橋更容易獲得長(cháng)跨度。但同時(shí)，懸索橋的柔性更大，在面對狂風(fēng)時(shí)，普遍不如斜拉橋穩固。兩種橋型各有優(yōu)缺點(diǎn)，但在1000米以上的領(lǐng)域，由于鋼索強度的限制，在蘇通大橋之前，這里始終是懸索橋的天下?？墒?，為了保證大橋在東南沿海惡劣天氣條件下、尤其是臺風(fēng)條件下的安全，蘇通大橋最終選擇了斜拉橋方案。
和大橋的超強鋼相比，普通鋼就是木頭
斜拉橋對于鋼索的要求極高，而且跨度越大，斜拉索強度要求越高。這些鋼索絕不能是普普通通的建筑用鋼，而是要使用特種鋼制成，這就要求工程師們必須攻克鋼索這一關(guān)。
為確保蘇通大橋斜拉索用的鍍鋅鋼絲質(zhì)量和施工進(jìn)度，寶鋼從2006年2月開(kāi)始實(shí)施鍍鋅鋼絲規?；a(chǎn)制造的技術(shù)攻關(guān)，歷時(shí)14個(gè)月終于研制出強度達1770兆帕的鋼索材料，配合“雙張緊+限徑?！惫に?，將斜拉索的整體技術(shù)提升到了國際領(lǐng)先水平。
與之相對，普通的建筑用鋼強度通常在200-400兆帕。普通鋼材與斜拉索的差距，就像是木材與普通鋼材的差距，這些以一當十的鋼絲雖然細，卻能有力地拉起整座大橋。
（蘇通大橋蛛絲般的鋼索）
事實(shí)上，斜拉橋的鋼索并不會(huì )伴隨大橋的一生。一座大橋的設計壽命通常為100年，而鋼索由于暴露在空氣中，風(fēng)吹雨淋，壽命不可能太長(cháng)。一般來(lái)說(shuō)，只有25年左右。斜拉橋的一生中需要多次更換鋼索，而由于鋼索是主要承力構件，更換起來(lái)費時(shí)費力，成本極其驚人。通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，蘇通大橋的斜拉索壽命達到了50年，這意味著(zhù)蘇通大橋的全壽命只需要更換一次斜拉索。這極大地降低了成本，提高了安全性。
大橋如何阻止鋼索共振帶來(lái)的危害
蘇通大橋如此細長(cháng)的鋼索，在大自然的眼中就是一根根瘦弱的琴弦。無(wú)論是風(fēng)雨還是行車(chē)，都很容易使鋼索以特定的頻率發(fā)生振動(dòng)。
一旦產(chǎn)生共振，很細小的作用也會(huì )產(chǎn)生很大的振動(dòng)，即使再堅固的鋼索也會(huì )發(fā)生破壞，進(jìn)而危害大橋安全。因此工程師們對拉索進(jìn)行了一些精細的處理，以消除或減弱這些振動(dòng)。例如，在拉索表面設置一些雙螺旋線(xiàn)，或進(jìn)行表面壓花處理。
（蘇通大橋采用的新型抗風(fēng)雨振壓花拉索）
蘇通大橋的工程師們結合以往經(jīng)驗，揚長(cháng)避短，開(kāi)發(fā)了新型抗風(fēng)振壓花拉索。這些細小的花紋既對雨水起了強制導向的作用，又提高了拉索表面的粗糙度，阻止了大的風(fēng)漩渦形成。
除壓花外，大橋還采用了高阻尼橡膠減振器和外置的電磁阻尼器來(lái)增大振動(dòng)的阻尼，增大對抗振動(dòng)的阻力，從而減小振動(dòng)，這些措施在實(shí)踐中起到了極好的效果。
索塔站得穩，大橋才安全
斜拉索將大橋的重量拉起來(lái)之后，最終還是要被索塔“扛”在肩上。因此，索塔必須要承擔整座大橋的重量，要穩重，但考慮到地震的作用，一味地追求穩重也不行，否則受到的地震力過(guò)大，自己先瓦解了，別說(shuō)承擔大橋了。
工程人員最終從結構受力、安全、施工、造價(jià)以及景觀(guān)等多個(gè)角度選擇了倒Y形索塔。這座索塔高達300.4米，接近天津塔這種地標級摩天大樓的高度。這種形態(tài)的索塔不僅有穩固的三角形結構，而且可以承擔得住來(lái)自四面八方的力，防止橋面發(fā)生扭轉變形。
（蘇通大橋的倒Y形索塔）
輕盈的索塔具有較小的橫截面，既減弱了地震力，又確保了較小的風(fēng)阻系數，防止了索塔大幅度振動(dòng)的發(fā)生?？梢哉f(shuō)這座綜合各項優(yōu)點(diǎn)，又巧妙地避開(kāi)了各項缺點(diǎn)的索塔雖然高，安全卻是無(wú)憂(yōu)的。
出淤泥而“不倒”——深埋地下的黑科技
通常來(lái)說(shuō)，建筑物的基礎應該坐在堅硬的巖石上才會(huì )穩固。對于比高樓大廈還上幾倍的大橋來(lái)說(shuō)更是如此。但是蘇通大橋身處長(cháng)江入?？?，這里已經(jīng)被長(cháng)江沖刷了幾百萬(wàn)年，淤積了幾百米厚的泥沙，另外，由于江水常年的沖刷，河床的土質(zhì)也變得十分軟弱而不均勻，危害了基礎的穩定性。
這么深的基巖，想直接坐在上面是不可能了，只能向里面打樁，然后讓橋墩坐在樁上。
蘇通大橋工程在國際上首創(chuàng )了大型深水群樁基礎施工控制技術(shù)，其索塔基礎由131根直徑2.8米、長(cháng)120米的超大規模群樁組成，相當于將橋塔牢牢地釘在了地里，能夠有效地對抗長(cháng)江中的深水、激流、大浪和強潮。蘇通大橋之后，這種先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)在多座國際重大橋梁工程中得到了應用。
另外，在河流中，橋墩要經(jīng)年累月地面對河水同一個(gè)方向的沖刷，這不僅嚴重影響施工進(jìn)展，在長(cháng)期中混凝土的內部結構也會(huì )遭受破壞。為減小水流對橋墩的沖刷破壞，施工方未雨綢繆，采用了主動(dòng)超前的護底抗沖措施，也就是在樁基施工完成前依次拋填沙袋、級配石料和大石塊對橋墩基礎進(jìn)行防護，從遠處開(kāi)始就削弱水流，進(jìn)而有效地減小沖刷的效果，保護橋墩。
597個(gè)傳感器監測大橋“心跳”
蘇通大橋并非像我們看到的那樣，是一動(dòng)不動(dòng)地屹立在那里。它的狀態(tài)，包括結構的位移和內部的應力，都是隨著(zhù)時(shí)間和環(huán)境時(shí)刻發(fā)生變化的。
(蘇通大橋)
大橋不是普通的建筑物，河流的水文變化、天氣的變化、汽車(chē)的超載……許多未知的因素都會(huì )影響大橋的正常服役。為了實(shí)時(shí)監測大橋的“健康狀態(tài)”，在大橋修成后，仍有597個(gè)傳感器在大橋的全身各處持續工作，監測大橋的各項指標變化。一旦發(fā)生問(wèn)題，可以第一時(shí)間進(jìn)行處理，保障大橋的安全與正常使用。
由于設計的巧妙和施工質(zhì)量的優(yōu)良，檢測數據顯示，雖然環(huán)境變化很大，但大橋服役以來(lái)的各項性能狀態(tài)良好，完全符合要求。
結語(yǔ)
蘇通大橋的建成，意味著(zhù)中國橋梁建設體系邁上了新的臺階，讓中國坐穩了橋梁強國的寶座，也為未來(lái)中國乃至全世界的橋梁建設，尤其是斜拉橋建設積累了寶貴的經(jīng)驗。蘇通大橋，無(wú)愧于斜拉橋“扛把子”的稱(chēng)號?。╬s：當你堵在蘇通大橋上的時(shí)候，不如來(lái)找找這些黑科技~）
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