鋼索壽命超長待機50年，蘇通大橋還有哪些黑科技？

出品| 網易新聞學院

作者| 須臾千秋，清華大學土木系建築材料專業博士

　　在許多人看來，2008年建成通車的蘇通大橋只是一座連接蘇州與南通，縮短蘇南蘇北交通時間的大橋。然而大家可能不知道，這座主跨1088米的雙塔雙索麵鋼箱梁斜拉橋，是目前世界上跨徑最大的斜拉橋，它讓人類首次將斜拉橋的跨越能力突破了1000米大關。

　　（蘇通大橋）

　　蘇通大橋開創了多項新技術、新工法，還創造了四項世界紀錄：超大跨徑、超長拉索、超高索塔和超大規模深水基礎。在大橋的建設中，工程師們克服了氣象條件差、水文條件複雜、基岩埋藏深、通航標準高等多個困難，最終將天塹變為通途。這座大橋所積累起來的「黑科技」，也幫助中國邁出了從橋樑大國到橋樑強國的堅實一步。

用「蛛絲」讓斜拉橋「命懸一線」

　　懸索橋和斜拉橋是最重要的兩類現代橋樑，但它們二者的受力模式迥然不同。其中，懸索橋是靠一根「粗繩」承力，再將橋面通過細細的吊索吊在粗繩上。而斜拉橋則是在索塔頂撒出「蛛絲」，用這些「蛛絲」拉住整座大橋。承擔大橋和橋上車輛重量的核心，整座大橋的「命」都懸在這些線上。

　　懸索橋的懸索，即那根「粗繩」通常很粗，強度不成問題；同時吊索只需要承擔縱向的拉力，任務輕。而斜拉橋則不然。斜拉橋的拉索要直接承擔大橋重量，並且由於其「斜拉」的特點，斜拉索受到的力要比橋的荷載大得多。

　　（斜拉橋的斜拉索，細細的鋼索里承擔著萬鈞之力）

　　也正因為這些特點，懸索橋比斜拉橋更容易獲得長跨度。但同時，懸索橋的柔性更大，在面對狂風時，普遍不如斜拉橋穩固。兩種橋型各有優缺點，但在1000米以上的領域，由於鋼索強度的限制，在蘇通大橋之前，這裡始終是懸索橋的天下。可是，為了保證大橋在東南沿海惡劣天氣條件下、尤其是颱風條件下的安全，蘇通大橋最終選擇了斜拉橋方案。

和大橋的超強鋼相比，普通鋼就是木頭

　　斜拉橋對於鋼索的要求極高，而且跨度越大，斜拉索強度要求越高。這些鋼索絕不能是普普通通的建築用鋼，而是要使用特種鋼製成，這就要求工程師們必須攻克鋼索這一關。

　　為確保蘇通大橋斜拉索用的鍍鋅鋼絲質量和施工進度，寶鋼從2006年2月開始實施鍍鋅鋼絲規模化生產製造的技術攻關，歷時14個月終於研製出強度達1770兆帕的鋼索材料，配合「雙張緊+限徑模」工藝，將斜拉索的整體技術提升到了國際領先水平。

　　與之相對，普通的建築用鋼強度通常在200-400兆帕。普通鋼材與斜拉索的差距，就像是木材與普通鋼材的差距，這些以一當十的鋼絲雖然細，卻能有力地拉起整座大橋。

　　（蘇通大橋蛛絲般的鋼索）

　　事實上，斜拉橋的鋼索並不會伴隨大橋的一生。一座大橋的設計壽命通常為100年，而鋼索由於暴露在空氣中，風吹雨淋，壽命不可能太長。一般來說，只有25年左右。斜拉橋的一生中需要多次更換鋼索，而由於鋼索是主要承力構件，更換起來費時費力，成本極其驚人。通過技術攻關，蘇通大橋的斜拉索壽命達到了50年，這意味著蘇通大橋的全壽命只需要更換一次斜拉索。這極大地降低了成本，提高了安全性。

大橋如何阻止鋼索共振帶來的危害

　　蘇通大橋如此細長的鋼索，在大自然的眼中就是一根根瘦弱的琴弦。無論是風雨還是行車，都很容易使鋼索以特定的頻率發生振動。

　　一旦產生共振，很細小的作用也會產生很大的振動，即使再堅固的鋼索也會發生破壞，進而危害大橋安全。因此工程師們對拉索進行了一些精細的處理，以消除或減弱這些振動。例如，在拉索表面設置一些雙螺旋線，或進行表面壓花處理。

　　（蘇通大橋採用的新型抗風雨振壓花拉索）

　　蘇通大橋的工程師們結合以往經驗，揚長避短，開發了新型抗風振壓花拉索。這些細小的花紋既對雨水起了強制導向的作用，又提高了拉索表面的粗糙度，阻止了大的風漩渦形成。

　　除壓花外，大橋還採用了高阻尼橡膠減振器和外置的電磁阻尼器來增大振動的阻尼，增大對抗振動的阻力，從而減小振動，這些措施在實踐中起到了極好的效果。

索塔站得穩，大橋才安全

　　斜拉索將大橋的重量拉起來之後，最終還是要被索塔「扛」在肩上。因此，索塔必須要承擔整座大橋的重量，要穩重，但考慮到地震的作用，一味地追求穩重也不行，否則受到的地震力過大，自己先瓦解了，別說承擔大橋了。

　　工程人員最終從結構受力、安全、施工、造價以及景觀等多個角度選擇了倒Y形索塔。這座索塔高達300.4米，接近天津塔這種地標級摩天大樓的高度。這種形態的索塔不僅有穩固的三角形結構，而且可以承擔得住來自四面八方的力，防止橋面發生扭轉變形。

　　（蘇通大橋的倒Y形索塔）

　　輕盈的索塔具有較小的橫截面，既減弱了地震力，又確保了較小的風阻係數，防止了索塔大幅度振動的發生。可以說這座綜合各項優點，又巧妙地避開了各項缺點的索塔雖然高，安全卻是無憂的。

出淤泥而「不倒」——深埋地下的黑科技

　　通常來說，建築物的基礎應該坐在堅硬的岩石上才會穩固。對於比高樓大廈還上幾倍的大橋來說更是如此。但是蘇通大橋身處長江入海口，這裡已經被長江沖刷了幾百萬年，淤積了幾百米厚的泥沙，另外，由於江水常年的沖刷，河床的土質也變得十分軟弱而不均勻，危害了基礎的穩定性。

　　這麼深的基岩，想直接坐在上面是不可能了，只能向裡面打樁，然後讓橋墩坐在樁上。

　　蘇通大橋工程在國際上首創了大型深水群樁基礎施工控制技術，其索塔基礎由131根直徑2.8米、長120米的超大規模群樁組成，相當於將橋塔牢牢地釘在了地里，能夠有效地對抗長江中的深水、激流、大浪和強潮。蘇通大橋之後，這種先進技術已經在多座國際重大橋樑工程中得到了應用。

　　另外，在河流中，橋墩要經年累月地面對河水同一個方向的沖刷，這不僅嚴重影響施工進展，在長期中混凝土的內部結構也會遭受破壞。為減小水流對橋墩的沖刷破壞，施工方未雨綢繆，採用了主動超前的護底抗沖措施，也就是在樁基施工完成前依次拋填沙袋、級配石料和大石塊對橋墩基礎進行防護，從遠處開始就削弱水流，進而有效地減小沖刷的效果，保護橋墩。

597個感測器監測大橋「心跳」

　　蘇通大橋並非像我們看到的那樣，是一動不動地屹立在那裡。它的狀態，包括結構的位移和內部的應力，都是隨著時間和環境時刻發生變化的。

　　(蘇通大橋)

　　大橋不是普通的建築物，河流的水文變化、天氣的變化、汽車的超載……許多未知的因素都會影響大橋的正常服役。為了實時監測大橋的「健康狀態」，在大橋修成後，仍有597個感測器在大橋的全身各處持續工作，監測大橋的各項指標變化。一旦發生問題，可以第一時間進行處理，保障大橋的安全與正常使用。

　　由於設計的巧妙和施工質量的優良，檢測數據顯示，雖然環境變化很大，但大橋服役以來的各項性能狀態良好，完全符合要求。

結語

　　蘇通大橋的建成，意味著中國橋樑建設體系邁上了新的台階，讓中國坐穩了橋樑強國的寶座，也為未來中國乃至全世界的橋樑建設，尤其是斜拉橋建設積累了寶貴的經驗。蘇通大橋，無愧於斜拉橋「扛把子」的稱號！（ps：當你堵在蘇通大橋上的時候，不如來找找這些黑科技~）

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編輯| 李祖希