安家莊大橋永定河上的“解題高手”

馬永紅

每一座橋梁都連接著此岸和彼岸，它們是解決“跨越”這道難題的答案。每一座橋梁又各不相同，它們面臨的建造難題各種各樣。

在北京市，有一座正在建設(shè)的橋梁，一下子解決了好幾道難題，成為新晉的“解題高手”！它就是一舉跨越了河流、鐵路、國(guó)道的安家莊大橋。

難題之一：跨過有“個(gè)性”的永定河

作為海河水系的最大支流，永定河是條很有“個(gè)性”的河流。它發(fā)源于黃土高原，河水含沙量大，有“小黃河”“渾河”之稱；到下游平緩區(qū)后，河中泥沙淤積，河床抬升，以至河道遷徙不定，又有“無(wú)定河”之稱。歷史上，永定河是海河水系里洪災(zāi)最厲害、最多發(fā)的一條河?，F(xiàn)在，雖然上游有水庫(kù)調(diào)洪，下游有高堤攔防，永定河難以隨意變道，但冬夏水量落差仍然相當(dāng)可觀。尤其是每年七八月，門頭溝地區(qū)多大雨、暴雨，那時(shí)，平日清水潺潺的永定河就變成濁流奔騰的景觀了。

因此，在這里建橋，首先要考慮的是盡可能減小橋梁在河道里形成的阻水面。對(duì)此，河道管理部門給出的數(shù)據(jù)是：新建橋墩阻水比（反映橋梁占用河道的情況和阻水程度的比例）不得超過5%。這是一個(gè)嚴(yán)苛的數(shù)值，它意味著常規(guī)的橋墩結(jié)構(gòu)形式基本都不符合要求。安家莊大橋的橋墩必須少而又少、細(xì)而又細(xì)，梁體必須薄而又薄，或者鏤空。

重重困難

安家莊大橋，工程全稱為國(guó)道109新線高速公路安家莊特大橋。安家莊位于峰高谷窄的門頭溝山區(qū)，風(fēng)景優(yōu)美，但交通不便。永定河自西北向東南從這里穿過，左岸有妙峰山，右岸有清水尖山。建設(shè)中的國(guó)道109新線高速公路（北京市段）是京西地區(qū)的首條高速公路，這條惠民之路將在安家莊上空斜交跨越永定河谷，作為高速公路工程的一部分，安家莊大橋便擔(dān)起了這一重任。然而，想要跨越這道河谷，絕非容易之事。

難題之二：彎曲的橋

按照道路的設(shè)計(jì)方案，國(guó)道109新線高速公路在安家莊路段并非筆直，而是有弧度的。這就意味著，從高空俯瞰，安家莊大橋是彎曲的，其內(nèi)側(cè)（北側(cè)）位于半徑1500米的圓曲線上，外側(cè)（南側(cè)）則位于半徑1600米的圓曲線上。根據(jù)曲度和河谷寬度計(jì)算，大橋的外側(cè)長(zhǎng)度至少需要496米、內(nèi)側(cè)長(zhǎng)度至少需要350米，方可同時(shí)跨越鐵路、河道和公路。我們不妨在此猜想一下：什么樣的橋可以一側(cè)長(zhǎng)、一側(cè)短？

難題之三：新路之前的舊路

相對(duì)于新建的道路來說，舊有的道路被稱為既有路。安家莊的永定河兩岸就有2條既有路——左岸是豐沙鐵路，右岸是109國(guó)道（區(qū)別于建設(shè)中的國(guó)道109新線高速公路）。

豐沙鐵路建成于1955年，是山西煤礦外運(yùn)的重要通道，建成之后因?yàn)檫\(yùn)量越來越大，進(jìn)行了擴(kuò)能改造，運(yùn)營(yíng)列車車次密集；109國(guó)道則建成于2009年，是北京至西藏拉薩的公路（簡(jiǎn)稱京拉線），也是一條國(guó)家公路網(wǎng)的重要干線。

想跨越永定河谷，安家莊大橋必須同時(shí)跨越豐沙鐵路和109國(guó)道，而這兩條既有路都很繁忙，顯然是不能一直封路停運(yùn)、等待安家莊大橋施工建成的。

安家莊大橋的“解題思路”

面對(duì)這些難題，安家莊大橋這一“解題高手”是如何逐一破解的呢？

思路一：1個(gè)橋墩，足矣

從上文可以知道，面對(duì)極具“個(gè)性”的永定河，安家莊大橋的橋墩數(shù)量必須少而又少。那就在河道中僅設(shè)1個(gè)橋墩吧，墩位同時(shí)在曲線內(nèi)側(cè)和外側(cè)的正中間處。如此，安家莊大橋便是一座雙主跨橋，曲線內(nèi)側(cè)主跨2×175米、外側(cè)主跨2×248米。

同時(shí)，橋墩形狀還要細(xì)而又細(xì)，但不可能細(xì)到無(wú)底限，如電線桿那樣，細(xì)是細(xì)了，卻無(wú)法支承梁體。讓阻水面最小化的橋墩形狀是圓柱形，而圓柱形的橋墩可以細(xì)到什么程度，則由其自身的材質(zhì)和需要支承的梁體決定。相同體積的鋼比混凝土承載力要大，因此，圓柱形的鋼橋墩是安家莊大橋的最佳選擇。

思路二：把橋面一分為二

由于安家莊大橋是一座彎曲的橋，且外曲和內(nèi)曲的長(zhǎng)度相差較大，兩段曲線很難在一整幅橋面上實(shí)現(xiàn)。于是，工程師想到了一個(gè)絕妙的解決方法：把整座大橋分成左右2幅橋面，即將橋面沿縱向中線一分為二，彼此分離、互不相連，建成后雙向車道各自獨(dú)立。

大多數(shù)雙幅橋是并列的兩座橋，不僅各有各的橋面，還各有各的基礎(chǔ)、橋墩。但因?yàn)橛蓝ê庸鹊奶厥馇闆r，其上的安家莊大橋不能有更多的橋墩，所以它的兩幅橋面必須共用橋墩和基礎(chǔ)。共用的橋墩被設(shè)計(jì)成“門”式，兩根“門柱”是兩根圓柱形鋼墩柱，“門楣”則是粗壯結(jié)實(shí)的鋼蓋梁，2幅橋面的梁體可以穩(wěn)穩(wěn)地落在蓋梁之上。

安家莊大橋（曲線外側(cè)）側(cè)視示意圖（繪圖/飛飛）

思路三：讓大橋轉(zhuǎn)個(gè)身

如此一來，安家莊大橋便是一座擁有1個(gè)橋墩、2幅橋面的大橋。而要將它從圖紙“變”到永定河谷上空的同時(shí)，還必須保障既有路（豐沙鐵路和109國(guó)道）的正常運(yùn)行，也就是說，拼裝架設(shè)梁體的作業(yè)無(wú)法在既有路的上空進(jìn)行。安家莊大橋提出的解題辦法是——轉(zhuǎn)體。

安家莊大橋的橋墩（攝影/陳宏毅）

轉(zhuǎn)體，就是要利用永定河的枯水季，在河道內(nèi)搭設(shè)臨時(shí)支墩，順著河道將兩幅鋼桁（héng）架梁拼裝完成，再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)約25度，將懸臂的頂端落至已建成的永久性橋墩（安家莊大橋兩端的橋墩，區(qū)別于河道中的大橋橋墩）上。

完成轉(zhuǎn)體的安家莊大橋。紅框內(nèi)為建成的永久性橋墩，黃框內(nèi)為在河道內(nèi)搭設(shè)的臨時(shí)支墩（攝影/刁遠(yuǎn)）

轉(zhuǎn)體過程中的安家莊大橋

2023年11月28日，安家莊大橋成功完成轉(zhuǎn)體。它破解了一道道難題，宛如一彎微笑，鑲嵌在山谷間，顯得那么輕松。在這“微笑”的下方，列車、河水、汽車在豐沙鐵路、永定河、109國(guó)道上各自奔流。門頭溝的山山水水知道，這彎看似輕松的微笑里，橋梁人付出了無(wú)數(shù)努力，完成了一個(gè)又一個(gè)先進(jìn)技術(shù)的研究和實(shí)踐。

知識(shí)鏈接

安家莊大橋的轉(zhuǎn)體技術(shù)

近些年，轉(zhuǎn)體技術(shù)經(jīng)常在環(huán)境受限的橋梁建設(shè)中被采用，并非新穎獨(dú)特的施工工法。但是，安家莊大橋的轉(zhuǎn)體里卻包含著一個(gè)“硬核”的難題。一般來說，轉(zhuǎn)體橋的梁體往往是與橋墩固結(jié)為一體的，轉(zhuǎn)體裝置安裝在橋墩底部；但根據(jù)永定河的嚴(yán)苛阻水比，龐大的轉(zhuǎn)體裝置安放在臨近河床的橋墩底部是不被允許的。所以，安家莊大橋的轉(zhuǎn)體只能在墩頂進(jìn)行，整座大橋的轉(zhuǎn)體系統(tǒng)位于30多米的高空，其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，受力和變形牽一發(fā)而動(dòng)全身。

如果把橋墩比作一個(gè)人的身體，懸伸的梁體比作其伸展的胳膊，那么普通橋梁轉(zhuǎn)體是通過腳步移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)整個(gè)身體來完成，而安家莊大橋卻是身體不能動(dòng)、通過轉(zhuǎn)動(dòng)肩膀把胳膊伸到預(yù)設(shè)的位置完成的，且身體還比別人的更加纖細(xì)！

為了順利完成轉(zhuǎn)體，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用了智能化同步控制牽引系統(tǒng)、智能化實(shí)時(shí)可視監(jiān)控系統(tǒng)以及北斗定位智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)體的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)，掌握轉(zhuǎn)體橋的狀態(tài)。最終，安家莊大橋的轉(zhuǎn)體圓滿完成。

（責(zé)任編輯 / 代竹蕊? ? 美術(shù)編輯 / 韋英章）