迎“敵”造橋

黃　祺

超長跨徑和長江口復(fù)雜的氣候地形條件，讓貫通蘇州和南通的蘇通長江公路橋，成為世界上最難建造的斜拉橋，這個(gè)龐然大物必須抵御各種風(fēng)險(xiǎn)。"風(fēng)"，是大橋的頭號(hào)敵人。

最難造的橋

美國探索發(fā)現(xiàn)頻道，派出兩名記者到長江入?？诘奶K通大橋工地拍攝。對(duì)于這個(gè)以紀(jì)錄世界重大事件和自然人文奇觀聞名的頻道來說，蘇通大橋絕對(duì)是不可錯(cuò)過的拍攝對(duì)象，因?yàn)槭澜缟线€沒有一座斜拉橋像蘇通大橋這樣挑戰(zhàn)如此多的世界紀(jì)錄和難度。

剛剛接到現(xiàn)場總指揮的任務(wù)時(shí)，游慶仲就意識(shí)到，他將要面臨的是一個(gè)世界難題---蘇通大橋建成后將是世界上主跨最長的斜拉橋，中國人要完成如此高難度的橋梁工程，每一個(gè)環(huán)節(jié)都是挑戰(zhàn)。

長江以北的南通市和江南一側(cè)的蘇州市，是江蘇省的兩個(gè)重鎮(zhèn)，長江阻隔了兩岸交通。如果沒有大橋，所有車輛和行人靠輪渡過江，需要大約40分鐘，遇到大霧或者大風(fēng)，輪渡必須停航。蘇通大橋建成以后，一輛時(shí)速60公里行駛的汽車，只需要8分鐘就可以跨越長江。

建成后的蘇通大橋?qū)?chuàng)造四個(gè)世界之最:最大跨徑?最深基礎(chǔ)?最高橋塔?最長拉索。對(duì)于具有支座的橋梁，跨徑是指橋跨結(jié)構(gòu)相鄰兩個(gè)支座中心之間的距離，在斜拉橋上，兩座固定斜拉鋼索的橋塔之間的距離，就是主跨。上海南浦大橋主跨是423米，蘇通大橋的主跨是南浦大橋主跨的兩倍還要多。目前世界上已建斜拉橋中，日本多多羅大橋穩(wěn)坐跨徑"頭把交椅"，它的主跨是890米，這個(gè)紀(jì)錄有望在2007年被刷新，蘇通大橋跨徑為1088米，建成后將成為世界最大跨徑斜拉橋。

超長的跨徑造就了蘇通大橋巨大的身軀，為了支撐如此龐大的"體形"，蘇通大橋必須具備強(qiáng)健的"雙腿"?"脊柱"和"臂膀"，于是，其他三項(xiàng)世界紀(jì)錄應(yīng)運(yùn)而生。蘇通大橋主墩基礎(chǔ)是世界規(guī)模最大?入土最深的橋梁樁基礎(chǔ);蘇通大橋橋塔為高300.4米的混凝土塔，相當(dāng)于100層樓房的高度，也是世界最高橋塔;蘇通大橋最長索為577米，最大重量為59噸，比多多羅大橋斜拉索長100多米，為世界最長斜拉索。

四項(xiàng)世界紀(jì)錄，已經(jīng)給工程設(shè)計(jì)和施工帶來巨大的挑戰(zhàn)，但蘇通大橋所處的氣候和地形條件，又給大橋的建設(shè)增加了難度。蘇通大橋所在的位置，是長江河口河段，距離長江入?？?08公里。記者站在橋面上，寒冷的江風(fēng)打在臉上，睜眼也困難，一些工人戴著口罩，用來防寒和防風(fēng)。在蘇通大橋范圍內(nèi)，每年6級(jí)以上大風(fēng)天氣有179天左右;每年濃霧天氣有31天;平均每年遭遇臺(tái)風(fēng)?寒潮襲擊超過10次。

抵抗不測風(fēng)

"我早晨趴在臺(tái)風(fēng)網(wǎng)站上了解信息，寬闊的長江口，就像一個(gè)漏斗，風(fēng)在這樣的環(huán)境里可以吸收能量，變得更

強(qiáng)。"3月6日，游慶仲召集蘇通大橋設(shè)計(jì)和施工單位的負(fù)責(zé)人舉行會(huì)議，主題是"施工期間抗風(fēng)安全對(duì)策研究"，會(huì)上，游慶仲說他現(xiàn)在最擔(dān)心的就是風(fēng)，大橋合龍以前，橋面單臂懸在空中，是大橋最不穩(wěn)定的時(shí)候，如果有臺(tái)風(fēng)突然光臨，大橋就要面臨危險(xiǎn)。

在最后一塊主梁吊裝完成之前，蘇通大橋懸在空中的橋面將達(dá)到540.8米，橋面主梁懸在空中的狀態(tài)，專業(yè)名稱是"懸臂"，就像懸在空中的手臂，只有當(dāng)兩只懸空的手臂緊緊相扣，才是最穩(wěn)定的。懸空的橋面主梁只靠斜拉的鋼索固定，如果強(qiáng)風(fēng)來襲，將考驗(yàn)大橋的穩(wěn)固程度。

"歷史記錄上看，很少有臺(tái)風(fēng)直接登陸江蘇。"氣象專家張忠義研究員說。按照計(jì)劃，蘇通大橋?qū)②s在6月合龍貫通，通常在7月以后，臺(tái)風(fēng)就會(huì)在我國東南沿海頻繁出現(xiàn)。但是，沒有人敢因?yàn)榕_(tái)風(fēng)出現(xiàn)的規(guī)律而對(duì)它掉以輕心，隨著全球氣候變化的加劇，極端天氣出現(xiàn)得越來越頻繁，如果臺(tái)風(fēng)在7月之前到來，大橋必須有所防范。

在蘇通大橋建設(shè)指揮部召開的這次會(huì)議，就是要求相關(guān)單位評(píng)估風(fēng)對(duì)"懸臂"的影響，并要求各個(gè)部門拿出預(yù)案，用以應(yīng)對(duì)風(fēng)可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)。"對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)來說，設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)充分估算了風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響，所以，現(xiàn)在需要考慮的是施工安全。如果臺(tái)風(fēng)來臨，橋面上的施工人員和器械，應(yīng)該馬上固定或者撤離大橋。"蘇通大橋設(shè)計(jì)副總負(fù)責(zé)人陳艾榮教授，是上海同濟(jì)大學(xué)橋梁橋梁抗風(fēng)領(lǐng)域?qū)＜遥彩翘K通大橋抗風(fēng)研究負(fù)責(zé)人。

蘇通大橋的"懸臂"長度，又是一個(gè)世界紀(jì)錄，在中國，"南京長江三橋"曾經(jīng)創(chuàng)造了"懸臂"最長的紀(jì)錄，最長"懸臂"達(dá)到321米。如今蘇通大橋"懸臂"將超出上一個(gè)紀(jì)錄200多米，對(duì)于設(shè)計(jì)和施工來說，都是沒有經(jīng)驗(yàn)可尋的挑戰(zhàn)。"橋梁工程需要經(jīng)驗(yàn)的積累，如果技術(shù)跨越步子大，帶來的風(fēng)險(xiǎn)也可能非常高，而風(fēng)險(xiǎn)是未知的，要提高抗風(fēng)險(xiǎn)能力，還有經(jīng)濟(jì)上的考慮"，游慶仲說，"拿抗風(fēng)來說，規(guī)范要求抵抗30年一遇的風(fēng)力，如果要提高到50年一遇，不僅技術(shù)難度大，也有經(jīng)濟(jì)合理性問題。"

3月4日，蘇通大橋剛剛經(jīng)受了一次考驗(yàn)，橋面風(fēng)達(dá)到9級(jí)。按照100年一遇的標(biāo)準(zhǔn)，蘇通大橋區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)顯示，大橋可能遇到的風(fēng)速將達(dá)每秒45.4米。施工階段按照30年一遇的標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)速可達(dá)到每秒35.4米，這樣強(qiáng)度的臺(tái)風(fēng)究竟會(huì)對(duì)蘇通大橋懸空的主梁帶來怎樣的后果，對(duì)于每個(gè)人都是一個(gè)未知數(shù)，唯一能做的是，做好一切防范。

游慶仲向記者介紹了按照風(fēng)力大小采取的防御原則:一類風(fēng)險(xiǎn)，是指風(fēng)速達(dá)到每秒100米的極端天氣，這種風(fēng)出現(xiàn)的概率極其小，而且結(jié)構(gòu)上無法抵御這種超級(jí)強(qiáng)風(fēng)的損害，所以沒有必要從結(jié)構(gòu)上防范。二類風(fēng)險(xiǎn)一般是指臺(tái)風(fēng)，這樣的風(fēng)需要花較大的代價(jià)防范。三類風(fēng)險(xiǎn)不需要采取投資上的行動(dòng)，只需要工作上的行動(dòng)化解。比如強(qiáng)風(fēng)到來時(shí)，將設(shè)備和人員后移，或者撤下大橋，減輕大橋的重量。四類風(fēng)險(xiǎn)非常小，一般不必采取特殊措施。

"研討會(huì)"要解決的，就是在發(fā)生二類風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，預(yù)測可能發(fā)生的狀況和準(zhǔn)備應(yīng)急預(yù)案，大家都希望避開臺(tái)風(fēng)季，但工程實(shí)施過程難免可能撞上。此外，像大橋這樣的復(fù)雜工程，包含跨越領(lǐng)域的技術(shù)，對(duì)技術(shù)集成能力的要求非常高，需要跨領(lǐng)域多學(xué)科合作，每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須精確和完善。"工程與研究不同，研究允許失敗，可以重來，工程只有一次機(jī)會(huì)，不允許任何錯(cuò)誤。"游慶仲坦言自己的壓力。

"小聰明"解決大問題

保證"懸臂"的安危，只是蘇通大橋在整個(gè)設(shè)計(jì)和建造過程中，需要攻克的難關(guān)之一，事實(shí)上，從設(shè)計(jì)到施工，抗風(fēng)措施的研究，始終是最重要的任務(wù)。

橋梁發(fā)展的歷史，始終與抗風(fēng)糾纏在一起，歷史上每一次橋梁因風(fēng)坍塌的災(zāi)難性事故，都推動(dòng)著橋梁抗風(fēng)研究的進(jìn)步。在1879年英國泰伊鐵路橋倒塌之前，人們對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載基本上沒有認(rèn)識(shí)，風(fēng)荷載就是風(fēng)在橋梁上的作用力。在一個(gè)暴風(fēng)雨的夜晚，泰伊鐵路橋突然倒塌，一列正在通過大橋的火車上，有75人因坍塌死亡。事后人們知道，出事當(dāng)晚，當(dāng)列車正處于橋梁跨中位置時(shí)，狂風(fēng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)以及列車的風(fēng)荷載，使得橋梁向一個(gè)方向傾斜，導(dǎo)致橋墩的一個(gè)腹桿突然折斷，致使整個(gè)橋梁坍塌。泰伊鐵路橋事故，被認(rèn)為是橋梁風(fēng)荷載沒有引起人們足夠重視而導(dǎo)致的。

風(fēng)荷載的研究在泰伊鐵路橋事故后有了長足的進(jìn)步，但新的問題又出現(xiàn)了。美國西部海濱的塔科馬海峽懸索橋，在1940年11月7日被風(fēng)吹垮?？逅鷷r(shí)風(fēng)速并不是特別大，但因?yàn)闃蛟陲L(fēng)的作用下產(chǎn)生了共振，振幅不斷增大，最終導(dǎo)致橋面扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，一些橋面被拋到水里。幸好橋梁在受到破壞之前，大橋交通已經(jīng)被封閉，才沒有造成人員的傷亡。塔科馬懸索橋事故引發(fā)了科學(xué)家們對(duì)橋梁風(fēng)致振動(dòng)問題的研究，人們開始注意到風(fēng)引起的橋梁振動(dòng)，也是對(duì)橋梁的巨大威脅。

隨著橋梁越來越大，跨徑越來越長，抗風(fēng)的各種措施在橋梁上的應(yīng)用也越來越成熟，在蘇通大橋的設(shè)計(jì)中，工程設(shè)計(jì)師就應(yīng)用了很多看似"小聰明"的抗風(fēng)措施，用來抵御長江口常年大風(fēng)對(duì)蘇通大橋的影響。

一種叫做"風(fēng)嘴"的橋梁主梁設(shè)計(jì)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代橋梁中，蘇通大橋使用的主梁也是風(fēng)嘴設(shè)計(jì)。就像汽車在設(shè)計(jì)中越來越講究流線型一樣，把橋梁主梁的兩個(gè)側(cè)面，變成尖嘴形狀的流線型，風(fēng)在橋梁上受到的阻力就會(huì)大大降低。反之，如果用一個(gè)個(gè)長方體的鋼制主梁拼裝成橋面，主梁兩側(cè)的平面，將帶來很大的風(fēng)阻力。

相對(duì)龐大的大橋"軀體"來說，斜拉的鋼索就像豎琴上細(xì)細(xì)的琴弦，但就是這些"細(xì)線"，也可能引發(fā)災(zāi)難，引起災(zāi)難的現(xiàn)象叫做"風(fēng)雨激振"。風(fēng)雨擊打在大橋拉索上，拉索產(chǎn)生振蕩，振幅越來越大后會(huì)造成整座大橋橋面的晃動(dòng)，影響橋面行車安全，甚至大橋本身的安全。為了減小"風(fēng)雨激振"的影響，設(shè)計(jì)師們?cè)谔K通大橋的鋼索上"做手腳"，傳統(tǒng)光滑表面的鋼索變成了布滿圓形凹孔的表面，就是這些小孔，有效地阻止風(fēng)雨帶來的鋼索激振。

在文學(xué)作品里，橋，總是被賦予溝通與交流的詩意象征。但在工程師眼里，橋，首先是一個(gè)穩(wěn)固第一的建筑物。蘇通大橋即將以世界第一主跨長度，開啟中國橋梁史新的篇章。