
西堠门大桥全景。
“船老大好当,西堠门难过。”这是流传在舟山的一句歌谣。多变的气候、复杂的水流,就连有着多年海上运输经验的船老大都敬畏三分。尤其是到每年的台风季节,舟山海域巨浪滔天,十二三级的狂风能把一切撕碎。
西堠门大桥正是要跨越西堠门水道,主桥长1650米,该跨径在目前悬索桥中位居世界第二、国内第一,它的建设无疑是“风口浪尖”上的艺术。
据介绍,西堠门水道水深流急、海底地质情况复杂,很难在海中建造桥墩,主桥必须一跨过海。而一跨过海就意味着,西堠门大桥的跨径将达到2200米!这将超越日本明石海峡大桥的1991米跨径,投资成本、建设难度肯定会大幅提高。
就在此时,一个面积仅0.02平方公里的小岛引起了设计者的注意。最终,大桥的一个主塔建在了这个名为老虎山的小岛上,主跨长度一下缩减到1650米,建设资金节省巨大。但在一个弹丸小岛上要建造一座塔身高211米的索塔绝非易事。
由于老虎山浅展岩石裂隙发育,为确保西堠门大桥地基的稳定可靠,一个名为“西堠门大桥老虎山边坡稳定性研究”的课题被提上议事日程。通过分析,大桥的地基稳定性有了结论,并提出了相关的加固措施和监测方案。随后,又是一系列的科技攻关,大桥索塔、锚碇等建设难题一一被攻克。
2006年8月1日,西堠门大桥在我国桥梁建设史上一举又写下两项纪录:首次采用直升机牵引先导索过海;首次成功地在未封航条件下实施先导索过海。
据了解,鉴于西堠门水道因繁忙的航运和复杂的水文地质情况,经多方案比选后,指挥部果断确定采用直升机牵引先导索过海的方法,并研制出功能完善的放索系统,首创了放索系统与直升机分离模式。
先导索牵引完毕,西堠门大桥的主缆架设成为下一个目标。
主缆是悬索桥的“生命线”。目前,国内外大跨径悬索桥的主缆大多采用1670MPa平行钢丝,但设计者经过一番深思熟虑后提出:提高钢丝强度级别可以减轻主缆自重,从而相应地减少主缆索股数,减小塔、锚的规模,缩短施工周期,由此可降低工程造价,并且跨径越大,经济效益越明显。于是,设计者开始对1770MPa平行钢丝的适用性展开了研究。经综合考虑适用性、经济性、施工等因素,指挥部决定大桥主缆采用1770MPa平行钢丝。这是国内千米以上大跨径悬索桥中首次采用1770MPa高强镀锌平行钢丝,在世界造桥史上,是继日本明石海峡大桥之后采用1770MPa高强镀锌平行钢丝的又一座大跨径悬索桥。
紧接着,指挥部在请各方面专家进行了一系列论证后,又作出了一个大胆的决定:西堠门大桥一根主缆索股采用国产1770MPa平行钢丝。
大跨径悬索桥的主缆索股对质量要求极高,一直以来,国内建设悬索大桥,主缆材料均从国外进口。从工程的实际出发,西堠门大桥主缆采用1770MPa平行钢丝是最好的选择,但这种特殊的高强度钢丝能不能用国产材料?
“要推动国内桥梁建设自主创新,填补空白,只要国产材料的质量符合设计要求又能按时供货,我们就采用!”指挥部的态度非常坚决。就是这一决策,实现了特大型桥梁缆索用钢国产化“零的突破”,发展了具有自主知识产权的技术。此项技术社会效益和经济效益十分显著,今后可在国内同类型桥梁建设中广泛借鉴和推广。
自从舟山大陆连岛工程的建设者选择了“自主创新”的道路,伴随他们的难题和挑战就不曾间断过。由于设计理念的先进以至“超前”,西堠门大桥在设计、施工中遇到的很多难题是独一无二的,没有现成的参考答案,只有依靠自己的科技创新来解决。
西堠门大桥为主跨1650米两跨连续钢箱梁悬索桥,位于受台风影响频繁的海域,而风又会对悬索桥造成“致命伤”,如何保证大桥的抗风要求、保证大桥的安全呢?
在西堠门大桥之前,我国还尚无在台风区宽阔海面建造特大跨径钢箱梁悬索桥的实践先例。为此,建设单位委托气象部门对多年的风参数进行研究,在现场建造了70米高的风观测塔,并委托国内外多家权威机构进行严谨的风洞试验,进行平行比较分析。
西堠门大桥建设者几经论证,大桥加劲梁最终确定采用的双箱断面方案,是在世界悬索桥中首次实施的分体式双箱断面钢箱梁,钢箱梁全宽36米,梁高3.5米,两箱间通过箱型横梁和工字梁连接。
作为国内桥梁抗风与大跨度桥梁方向学科的带头人,项海帆院士在听取了西堠门大桥抗风性能研究的成果汇报后也认为,西堠门大桥尽管处于风况恶劣的环境,但从全桥风洞试验结果看,颤振临界风速远大于检验风速,表明成桥运营期的抗风性能是有保障的。
指挥部的决策和项海帆院士的判断很快就得到了印证。
2007年九、十月间,“韦帕”和“罗莎”两次超强台风侵袭舟山,西堠门大桥桥上实测最大风力达到13级,正处于架梁期的大桥成功地经受了考验。
指挥部聘请的常年技术专家、交通部原总工杨盛福曾表示:“西堠门大桥上部结构安装施工技术含量高、难题多、难度大,其中国内首次利用直升机架设先导索、台风期吊装钢箱梁、第一次对分体式钢箱梁的抗风稳定性研究等,都无疑是世界级的科研项目。”
“首次、第一”意味着没有经验可循,“世界级”意味着面对的巨大挑战。作为先行者,不仅要建起一座桥,更应为后来者留下些借鉴。
“西堠门大桥技术值得全国推广。”今年4月,一位参与“跨海特大跨径钢箱梁悬索桥关键技术研究及工程示范”项目的专家如是说。
在国家科技支撑计划重点项目——“跨海特大跨径钢箱梁悬索桥关键技术研究及工程示范”项目可行性研究报告的专家论证会上,包括由中国工程院院士在内的15名国内专家组成的专家组,对项目的5个课题报告进行了认真严格的评审,专家一致认为,该项目在同类型桥梁建设中极具推广应用和产业化前景。
作为该项目的依托工程,西堠门大桥的建设再次为今后我国的桥梁建设留下了丰富成果。