6月18日,一座世界上“跨径最大、基础最深、索塔最高、拉索最长”的斜拉索桥———苏通大桥,历经4年风雨兼程,将实现历史性一跃,在滚滚长江72米上空顺利完成中跨合龙。
此刻,若登临大桥高达300.4米的索塔塔顶,放眼俯瞰,会收获奇景:一道美妙天弧飞架大江南北。
而在摊开的中国地图上,有更为惊心动魄的事情发生———从沈阳到南通的高速公路线原本与从苏州到海口的高速公路线隔江相望,但就在这一瞬间,二者张臂相连,一条纵贯我国东部沿海经济最发达地区的主动脉由此打通。
世界桥梁史似乎早就注定在这一天改写,斜拉索桥曾被认为1000米跨径已是极限,然而在中国建设者的手中,这一极限被断然击穿,苏通大桥主跨长度达1088米,举世称雄,高出原本第一的日本多多罗大桥近200米。
“这么宽,哪里还能建桥?”
在宽达6公里的长江江面上建桥绝非易事。
苏通大桥建设项目部总经理、中交第二航务工程局有限公司副总经理刘先鹏清楚地记得,2003年5月他率领一帮重庆汉子,从上游尚未最后完工的润扬长江大桥(扬州至镇江)赶至苏通大桥所在江段时的情形。临江而立,江面茫茫一片,对岸依稀可辨。旁边有人咕嘟一句:“啷个宽,哪里还能建桥噻!”
而当刘先鹏进一步拿到测量部门给出的数据之后,他明白,自己遇到了有史以来最难啃的一块骨头。这里不仅江宽,而且浪急;由于距入海口仅百余公里,江水一日有两潮,潮差2到4米;江面一年中有近一半时间刮着6级以上大风,偶尔还有台风入境;降雨超过120天,大雾31天;主航线上日通过船只3000艘左右,高峰期超过6000艘;主塔区水深35米,基岩则埋深在270米厚的沙土覆盖层之下,桩基根本打不到岩石上……
“里面的任何一项我都不敢说是最难的,但当它们全都集中在一起出现,我敢肯定前所未有。”技术出身的项目部党委书记万骏义这样说。
但就是在这么一个地方,现在不仅要建桥,而且还要建世界第一的斜拉索桥。“现有技术根本无法覆盖这座桥的建设,目前世界上仅有两座跨度超过800米的斜拉桥,而我国斜拉桥之前的最大跨度为628米,苏通大桥面临很多全新的课题。”苏通大桥建设指挥部现场总工程师吴寿昌如是说。
正因如此,大桥建设指挥部、施工项目部会同有关专家学者在建设前期进行了大量的试验。在苏通大桥的一侧,记者亲眼见到曾进行各种试验的设施,上面略显斑驳的痕迹仿佛凝结着当日大桥建设者们孜孜以求的眼神。如今,吴寿昌正筹划着把这里建成一个大桥建设的博物馆,让后来者从中得知那些开创性工作的由来。
“我们没有失败的机会”
尽管做过充分准备,但意想不到的情况依然发生了。
2003年7月19日,苏通大桥开始架设桩基础施工平台。到31日,12根长60米、直径为1.4米的平台钢管桩被打入江中并连为一体。然而,就在这一天,恰逢天文大潮,江面狂风大作,江中潮涌浪动,12根钢管桩在水流撞击下剧烈摇摆,最后竟生生从中段焊接处拦腰折断,向下游漂去……更危险的是此时两台没有动力的打桩船仍分别连接在桩上,正在船上的刘先鹏大吃一惊,赶紧调集动力驳船拉住打桩船,“要是两船相撞,后果不堪设想。”船是拉住了,但苏通大桥第一次平台搭设宣告失败。
“万丈高楼平地起”,施工平台搭不起来,桩基础施工就无法进行,更别提桥墩和索塔。
回去的路上,刘先鹏不禁懊恼。就在此时,他接到了江苏省交通厅副厅长、苏通大桥建设指挥部现场总指挥游庆仲打来的电话:“这是老天爷在帮我们,不是坏事。”
一场关于桩基础平台搭建的“攻坚研讨会”在项目部小小的会议室里紧急召开。虽然平日里此类技术讨论会也经常举行,但这次气氛明显凝重。
首先是分析事故原因,工程师们“会诊”后判定:在30多米的深水中,钢管桩自由长度大,很容易在强水流的冲击下产生震荡,发生倒塌。想要建桩,必须使用更粗大的钢管。然而,1.4米钢管桩已经接近现有工程使用的极限,再大怎么起吊,怎么打入?国内外的桥梁建筑都没有相关记载。
这无疑是一个挑战,“正是因为没有人做过,所以我们做出来才更有意义。”项目部总工程师张鸿这样说。
短短数日之内,这群建设者们夜以继日寻找解决问题的办法,他们最终把目光聚焦在了直径2.8米的钻孔桩钢护筒上。“护筒本来就是要打入大桥底基,作为永久支撑结构存在的,”张鸿说,“为什么不直接把它也作为桩基础的一部分?”
事后证明,这的确是一种一举多得的好思路。接下来要解决的是如何把这些每根长60米、重60多吨的大家伙打下去。
有人印象中,国外有能够产生600吨震动力的震动锤,可以解决打桩的问题。但如何保证每根桩的工程精度?
按照新的计算,苏通大桥基础需要在一块足球场大小的面积上打下131根钢护筒,每根护筒之间的距离也就二三米,如果垂直精度不够,两个护筒在土层里发生碰撞,或者引起之后120米深的灌注桩基础相互碰撞,“那整个桥的基础就毁了,”刘先鹏感叹,“这是大桥的关键节点,没有失败的机会。”
但苏通大桥的建设者毕竟是在各种大工程中磨练出来的,桥上工作的外国专家后来也非常佩服他们解决问题的智慧和能力。刘先鹏从桥面液压吊机上获得灵感,将它稍作设计修改,就产生出一个桩基础引导装置。简单说,它就相当于一个可以张开嘴的环形限制圈,护筒进去之后,嘴再一收,基本上就把护筒控制在一个很小的范围之内,打桩精度自然得到保证。
工长李洪军是引导装置主要的制作者和使用者,他的体会最深。“那次江上下着雨,风大浪也大,一个起吊的钢护筒在空中来回摇晃,幅度超过两米,吊绳似乎不堪重负,发出嘎嘎的声响。”李洪军回忆说,当时情形非常恐怖,身边的工友有些已经说不出话来。他当机立断,指挥吊机把护筒平吊到引导装置中,然后迅速合拢,护筒一下就稳定住了。
就是这次打桩,护筒精度仍然达到了1/800(800米垂直距离才产生1米的左右偏差),远高于项目1/200和国家1/100的标准。
“要建一个百年工程”
2005年5月,苏通大桥南北两座主塔的承台完成施工,第一个世界之最———超大群桩基础建设提前完成。
刘先鹏不禁喜上心头,大吼一声:“兄弟们,踢球去!”
但踢完球之后,一个新的世界级难题再次摆在人们面前,这就是300米的“通天塔”塔身建设。
南北两塔可以说是苏通大桥的精髓所在,因为这座桥上产生的所有的力最后都要传递到塔身,然后它再传给基础。因此塔身建设对精度要求非常之高,否则就难以构成一个近乎完美的受力结构。
但这里的风成了第一大威胁。按照气象学原理,地面高度每增加100米,风力就增加一级,主塔高300米,江平面如果是6级风,那么顶上就是9级风。而如前所述,在苏通大桥所在江面,一年有半年时间风力超过6级。
风首先威胁的是人身安全,项目部在高达310米的塔吊内安装了风速测量仪,时刻监测风速变化,一旦超过警戒,所有人员立即撤离。
其次威胁的是工程质量。塔身建设几乎完全依靠液压爬模,但国产爬模最多只能抵抗每秒30多米的风速,一旦爬模在某次大风中受损,那将对塔身带来不可弥补的伤害。
为确保万无一失,指挥部和项目部引进国外的液压爬模。在消化吸收之后,创造出具有自身特点的能够抵抗每秒70米风速的液压爬模,并对其使用方法爬架高空体系频繁转换进行创新。在施工过程中,不仅风雨无阻,而且还创出日均塔柱爬升1.5米的极限建设速度,引得国外厂商飞到工地现场取经。
阳光照射对于塔身浇筑也是一个不容忽视的因素。塔身受照射的一面与背光的一面存在很大温差,温差会使主塔产生4到5厘米的摆动,人们称这种变化为“背日葵”现象。日照摆动加上高塔在风中产生的风振,让塔身上端一直处于一种晃动状态。
如果是其他工程,这种晃动可能在人们能够容忍的范围之内,但如游庆仲所言,“要将苏通大桥建成一个百年工程、精品工程。”苏通大桥的建设者不允许晃动影响塔身精度和建设质量。他们想到一个办法,在大桥上安装上200多块光学棱镜,利用棱镜的观测数据随时计算出塔体的铅锤状态,保证主塔的垂直度时刻控制在自己手中。
而在项目部副总工程师罗承斌的眼中,上塔结构中钢锚箱的安放也尤其值得一提。钢锚箱是用来直接铆接斜拉索的,它们一个个垂直叠加在“人”字索塔之上。如果上下钢锚箱之间垂直度出现偏差,那么力的传递也会偏差,从而影响整个塔体结构和稳定性。
但一个钢锚箱的重量就达70吨,还要通过塔吊安放到200多米高的塔体上,谁也无法保证在此过程中不出现小的偏差,而一个钢锚箱偏了,后装的钢锚箱都会延续这一偏差。
能否控制这种偏差的出现?解决的办法肯定有,只是一开始谁也没想到竟如此简单———加垫片,让每一个钢铆箱在上塔之后还可以调控。“在实际安装当中,还真出现了细小的偏差,但通过垫片调整,问题迎刃而解。”罗承斌告诉记者。
正是建设者们这种精益求精的态度,让苏通大桥的“通天塔”稳稳地屹立长江之上,宛如天神的肩膀。难怪国际桥梁协会的前任主席伊藤学教授在参观大桥之后,频频回望,口中盛赞:“太漂亮了!”
2005年11月,以求实态度和探索精神著称的美国国家地理频道到苏通大桥采访,拍摄了反映大桥建设的专题片,片名即为《无与伦比的工程》。
2006年8月31日,原科技部部长徐冠华视察苏通大桥时表示:“以苏通大桥为代表的中国桥梁建设是我国自主创新的一面旗帜。”
4年来,苏通大桥的建设者们为保障工程进度和质量,殚精竭虑,创造出一项又一项前所未用的技术与方法。除上述所提及的,还有诸如为了防范桥墩被船撞击,他们对施工临时钢吊箱进行了改造,作为永久防撞结构,大大提高了桥基群桩抗撞能力;又如,为了加强桥面钢箱梁的抗风性能,他们组织了大比尺风洞试验,开发了成套抗风减振措施,成功地解决了特大跨径斜拉桥抗风安全问题……
据统计,截至目前,苏通大桥共形成世界级集成技术创新五大项12分项,国内领先技术3项,完成重大新型材料开发两项,新型设备研发两项,重大工程理念创新3项,27项科研列入江苏省交通科研计划,10多项专利获得批准,21项新型工法完成编制。
今年,苏通大桥“千米跨径斜拉桥建设关键技术研究”被列为交通部“十一五”科技重大专项中的第一项;“苏通大桥建设关键技术研究”被科技部列入“十一五”国家科技支撑计划,“这在我国桥梁建设历史上是第一个。”游庆仲说。