出品 | 網(wǎng)易新聞
作者 | 須臾千秋，清華大學(xué)土木工程博士
從1957年10月，武漢的第一座長(zhǎng)江大橋建成通車開始，武漢長(zhǎng)江大橋的建設(shè)就從來沒有停止過，到楊泗港長(zhǎng)江大橋，已經(jīng)是武漢市的第十座長(zhǎng)江大橋了。
六十年來，中國的橋梁科技水平突飛猛進(jìn)，大橋的規(guī)模也從當(dāng)年的雙向四車道變成了如今的雙向十二車道（楊泗港長(zhǎng)江大橋?yàn)樯舷码p層橋梁，每層均設(shè)雙向六車道），真可稱得上是“一座頂過去三座”。
?。ㄗ罾虾妥钚碌拈L(zhǎng)江大橋?qū)Ρ龋?/p>
最早的武漢長(zhǎng)江大橋位于武昌蛇山和漢陽龜山之間，全長(zhǎng)約1670米，由蘇聯(lián)援助修建。當(dāng)時(shí)的技術(shù)尚不足以一跨飛越長(zhǎng)江，因此橋身共設(shè)置有八個(gè)橋墩作為中間支撐，橋墩之間每孔跨度為128米，上層走汽車，下層走火車。這在當(dāng)時(shí)也是一項(xiàng)了不起的成就，將長(zhǎng)江天塹變成了通途。
時(shí)至今日，即將于今年建成的楊泗港長(zhǎng)江大橋總長(zhǎng)達(dá)4320米，連接漢陽國博和八坦立交，上下兩層通行汽車，中間通過加勁鋼桁梁連接，為世界上工程規(guī)模最大的雙層懸索橋。
它采用單跨跨越長(zhǎng)江的方案，跨度長(zhǎng)達(dá)1700米，在國內(nèi)排名第一、世界排名第二。自2014年12月正式開工，到2019年9月建成通車，大橋的總投資達(dá)80.34億元。
今天我們就來聊聊這座武漢最新的長(zhǎng)江大橋。
（一）車道雙層折疊，這是一座被“逼”出來的大橋
楊泗港長(zhǎng)江大橋，可以說完完全全是一個(gè)被“逼”的產(chǎn)物，而它背后的“罪魁禍?zhǔn)住?，就是武漢市瘋漲的交通流量。
在楊泗港大橋的上下游各三公里處，分別是白沙洲大橋和鸚鵡洲大橋，是雙向六車道、八車道的大流量公路橋，然而即便如此，還是無法應(yīng)對(duì)武漢極其巨大的跨江交通需求，交通擁堵時(shí)有發(fā)生，因此，必須在兩橋中間再修建一座橋。
?。ㄎ錆h的十條長(zhǎng)江通道示意圖）
考慮到橋梁太密集會(huì)影響到長(zhǎng)江中船舶的通航，剛開始時(shí)的方案曾考慮過隧道方案。然而，由于長(zhǎng)江兩岸的車流量實(shí)在太大，隧道的容量根本不足以通行如此之大的車流，只得選擇橋梁方案。
而且，這大橋還不能是普通的大橋，必須要能夠滿足極高的車流通行密度，算下來需要12車道。
在單一的一層大橋中修建如此之寬的路面會(huì)使得大橋的受力不在同一平面內(nèi)，進(jìn)而造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。經(jīng)過多方設(shè)計(jì)和比選，最終決定采用雙層方案：將車道折疊起來，布置在大橋的上下兩層，中間通過鋼桁架連接形成整體。
（雙層的楊泗港過江大橋）
楊泗港大橋的設(shè)計(jì)巧妙之處在于，它并非將雙向車道一上一下簡(jiǎn)單地折疊到上下兩層橋面上，而是上下兩層分別可供雙向通行。
上層橋面直接與漢陽國際博覽中心立交和武昌八坦立交的兩段快速路直接聯(lián)系，僅承擔(dān)快速通過功能，設(shè)計(jì)車速80km/h。下層橋面則與漢陽鸚鵡大道、濱江大道和武昌八坦路相接，主要解決區(qū)域內(nèi)的慢速交通功能，設(shè)計(jì)車速60km/h。通過這種方式，可以將快慢交通流分開，極大地提升通行效率。
在橋兩端的濱江大道與武金堤路處，還設(shè)置有上下層橋面轉(zhuǎn)換匝道，方便車輛上下轉(zhuǎn)換，讓上下層車道可以均勻分擔(dān)交通壓力。考慮到市民的實(shí)際通行需求，大橋的下層除慢速車道外，還設(shè)置有兩條非機(jī)動(dòng)車道，讓電動(dòng)車、摩托車、自行車分區(qū)通行。上下兩層均還設(shè)置有人行道，供市民觀光、游覽、慢跑。
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（二）超長(zhǎng)的雙層懸索橋，如何一跨過江？
除了巨大的交通流外，楊泗港大橋的設(shè)計(jì)還有一個(gè)十分重要的限制因素：中間不能設(shè)置橋墩。
楊泗港大橋距離上下游橋址都很近，這對(duì)長(zhǎng)江中通航的船只是一個(gè)不小的考驗(yàn)。
楊泗港長(zhǎng)江大橋與鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋之間的江面下，有一處長(zhǎng)逾3公里的潛壩，與白沙洲處于同一條線上，這條潛壩其實(shí)是治水工程，只在枯水期才會(huì)露出水面。楊泗港長(zhǎng)江大橋橋位緊鄰潛壩一端，如在江中設(shè)橋墩，就會(huì)改變水流方向和水沙比，影響治水工程，而且必定會(huì)干擾船只的通航。
因此，大橋必須一跨過江。作為一座懸索橋，楊泗港大橋單跨長(zhǎng)達(dá)1700米，位居世界第二，僅次于1991米的日本明石海峽大橋。
?。ㄖ骼|架設(shè)中的大橋）
跨度如此之長(zhǎng)的大橋，中間沒有橋墩，這意味著整個(gè)橋面結(jié)構(gòu)以及上面的車輛荷載都要由橋上的兩條鋼索承擔(dān)，再由它們傳遞給兩岸的橋塔。
雙層橋面的重量本來就要高于傳統(tǒng)的單層橋面，連接在二者之間、維持橋梁整體剛度的鋼桁架則進(jìn)一步增加了大橋重量。除了這些容易計(jì)算的豎向荷載外，鋼索還要承擔(dān)起大風(fēng)、地震這些橫向荷載，這對(duì)它的強(qiáng)度提出了很高的要求。
大橋的兩根主纜長(zhǎng)達(dá)2850米，由271根索股組成，單根索股又由91根直徑6.2毫米的平行鍍鋅鋁合金超高強(qiáng)度鋼絲組成，設(shè)計(jì)張力6.5萬噸，可以吊起一艘滿載的航空母艦。
在過去，這種超強(qiáng)鋼索遭受國外技術(shù)壟斷，不僅價(jià)格高昂，而且供貨無法保障。而楊泗港長(zhǎng)江大橋則依靠國內(nèi)制造廠家進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了完全國產(chǎn)。
針對(duì)主纜直徑大、索股根數(shù)多的特點(diǎn)，施工中首次采用了雙線往復(fù)對(duì)拉牽引系統(tǒng)，提高了主纜的牽引效率。工程人員還通過嚴(yán)格控制貓道門架線型、索股編索質(zhì)量，加強(qiáng)夜間調(diào)索力量，提高索股精調(diào)效率，大大加快了主纜索股架設(shè)進(jìn)度，創(chuàng)造了每天6根的索股架設(shè)新紀(jì)錄。
?。ㄊ┕ぶ械拇髽蛑骼|，清晰可見其中的平行鋼索）
盡管從遠(yuǎn)處看起來大橋的主纜十分纖細(xì)，但實(shí)則它才是大橋的受力主體，下方體積更大的橋面鋼梁則是依托于它，分段吊升并進(jìn)行組裝的。
出于主纜受力平衡考慮，這些鋼梁由跨中向兩側(cè)對(duì)稱架設(shè)，最后在兩側(cè)進(jìn)行合龍。這些節(jié)段鋼梁在工廠通過焊接拼裝成一個(gè)整體節(jié)段后，由船舶運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，再使用依附于鋼纜上行進(jìn)的纜載吊機(jī)進(jìn)行提升安裝。
利用纜載吊機(jī)單次吊裝的鋼梁節(jié)段重達(dá)1000噸，這在國內(nèi)尚屬首次。
為了保證鋼梁的順利架設(shè)，工程師們專門研制了國內(nèi)起重能力最大的LZD900型纜載吊機(jī)，每臺(tái)起重能力900噸，自重300噸。纜載吊機(jī)需要在鋼梁施工前預(yù)先吊上主纜，在240米的高空分3段進(jìn)行拼裝。吊機(jī)拼裝完成后，才能以之為基礎(chǔ)施工鋼梁節(jié)段。
整座大橋共采用4臺(tái)吊機(jī)同時(shí)工作，在橋兩側(cè)的兩條主纜上各有一臺(tái)。四臺(tái)吊機(jī)兩兩一組協(xié)同工作，同時(shí)吊裝兩個(gè)橋段。
在鋼梁的提升過程中，還要對(duì)鋼梁的位移和提升拉力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以保證鋼梁的提升過程平穩(wěn)安全。將鋼梁提升至指定位置后，再通過焊接將鋼梁相互連接形成整體，進(jìn)行協(xié)同受力。
大橋共有1700米鋼梁，按照傳統(tǒng)方式焊接需要半年的工期，而楊泗港大橋通過采取新技術(shù)，讓空中接頭盡量少，保障強(qiáng)度的同時(shí)大幅減少了焊接量，只需一個(gè)半月就將全部鋼梁節(jié)段架設(shè)完成。
（三）穩(wěn)住大橋的基石——錨碇
承擔(dān)著巨大拉力的懸索需要有一個(gè)足夠強(qiáng)大的力將其拉住，承擔(dān)這一功能的就是兩邊岸上的錨碇。
它本質(zhì)上是一個(gè)重達(dá)70萬噸的巨大的混凝土塊，直徑98米，壁厚1.5米，土體開挖體積27萬立方米。
（中間圓形區(qū)域就是埋于地下的錨碇）
錨碇工程的規(guī)模十分龐大，需要開挖地下土體27萬立方米，內(nèi)部異形構(gòu)件多。
若是用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)理念來統(tǒng)計(jì)錨碇鋼筋工程量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力不說，還極其繁瑣。在工期緊、工程量大的情況下，如何能快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行工程量的統(tǒng)計(jì)是一難點(diǎn)。
此外，楊泗港長(zhǎng)江大橋漢陽側(cè)錨碇附近地質(zhì)環(huán)境和受力形式復(fù)雜，大橋漢陽岸距橋僅50米就有50層高樓，附近還有地鐵6號(hào)線，這都對(duì)錨碇的埋置穩(wěn)定性十分不利。
為此，工程師們采用Catia軟件對(duì)錨碇進(jìn)行了BIM設(shè)計(jì)。它可以將錨碇復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和配筋分開建模，將所有的細(xì)部結(jié)構(gòu)，包括外殼、內(nèi)襯、底板、填芯混凝土清晰明確地展現(xiàn)在技術(shù)人員面前。最后還可以將所有細(xì)部的文件模型整合成整體，用于指導(dǎo)施工。
?。ㄥ^碇中的局部配筋）
采用這種方式，極大地提高了錨碇的施工效率，保障了工程質(zhì)量和安全性。
結(jié)語
楊泗港大橋即將于2019年9月建成通車。這將極大完善武漢城市快速路骨架系統(tǒng)，極大地緩解過江交通壓力，帶動(dòng)新區(qū)發(fā)展，進(jìn)一步優(yōu)化城市空間布局。
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