中國這座橋建在雲端，最高處比80層樓還高，在橋上駕車就像飛一樣

出品| 網易新聞

作者| 須臾千秋，清華大學土木工程博士

　　四川省西部位處橫斷山脈當中，是青藏高原與四川盆地的交匯處。這裡的地形變化劇烈，山高谷深，幾千年來交通極其不便。到了現代，在這裡修建的公路也仍然是世界級的高難度工程。

　　從四川雅安到西昌的高速公路就是這樣一項高難度工程，而公路中位於滎經縣境內的臘八斤特大橋則是整條高速公路的控制性工程。

　　下面我們就來講講這座「特大橋」。

（一）不是懸索橋不是斜拉橋，這是一座造型獨特的「特大橋」

　　對於一項工程來說，僅僅是「控制性工程」這五個字，就奠定了它至高無上的地位。

　　「控制性工程」指的是一項大工程里最難的那一個或幾個項目，它們要是建不好，整個工程都無法使用。因此，控制性工程決定了整個大工程的工期和質量，也需要投入最大量的人力和物力。

　　全長240公里的雅西高速公路被國內外專家學者公認為國內乃至全世界自然環境最惡劣、工程難度最大、科技含量最高的山區高速公路之一，因其地勢險峻被稱作天梯高速、雲端上的高速公路。而全長1140米，為橫跨200多米深的臘八斤溝而修建的臘八斤特大橋正是雅西高速中的控制性工程。

　　所謂特大橋，指的是多孔跨徑總長大於1000米或單孔跨徑大於150米的公路橋樑或橋長大於500米以上的鐵路橋樑。在現代，為跨越河流或深谷而修建的特大橋通常會採用懸索橋或斜拉橋的結構形式，這兩種現代橋型技術成熟，建設經驗豐富，而且無需修建大量橋墩。

　　然而，懸索橋或斜拉橋的全部荷載都要施加在兩座索塔上，索塔本身也高達數百米，重量巨大。而臘八斤溝的地質條件十分複雜，溝深坡陡，這裡的地質條件無法確保能安全地承擔起這兩座索塔。

　　此外，橫斷山脈地震高發，大風常年肆虐，這樣的環境不適宜建設柔性的懸索橋。斜拉橋的最佳跨度在1000米左右，臘八斤大橋的設計跨度卻達到了1140米，如此跨度如若設計成斜拉橋，不僅技術上過於繁瑣，在工程造價上也極不經濟。

　　因此，臘八斤大橋就設計成了如今這種乍看上去頗為古怪而笨拙的連續剛構橋。它的單墩跨度最大只有200米，橋墩的高度最大卻達到了182.5米。誇張的高寬比使得大橋看上去不像大橋，而是宛如一面空心的高牆。

　　然而，這種古怪的造型卻恰好可以適應臘八斤溝這種惡劣的地質條件，投資少，工期短，安全性高。

　　不過，連續剛構橋的設計卻不像懸索橋和斜拉橋那樣有模板可套，尤其是橋墩的設計。對於深谷之上的臘八斤大橋，由於要通過減少橋墩的順橋向抗推剛度來改善橋樑受力，這就必須使得橋樑的截面積較小，而橋墩的高度較大。

　　這種高橋墩與傳統的「矮胖型橋墩」在受力特點上有明顯的不同，如若使用傳統的力學計算方法必定會造成很大的誤差，並使結構偏於不安全。

　　在一般的連續剛構橋計算中，為方便起見，都把連續剛構橋當作平面結構加以計算。

　　但由於臘八斤大橋的橋墩高度與梁單元相當，結構整體的剛度較小，一旦受到地震、颶風或其它意外的橫向力作用時，又細又長的橋墩就會如同一支筷子，很容易失去穩定進而發生彎折。因此，為確保結構安全，就必須對橋樑結構的內力和變形作更為精確的分析計算，同時也對橋墩的施工質量提出更高的要求。

（二）鋼管混凝土組合式橋墩，國內橋樑設計的第一次

　　臘八斤大橋的超高橋墩，無論在受力特點還是施工工藝上都與普通的橋墩不甚相同。

　　超高橋墩必須具有極高的結構強度和穩定性才能保證大橋安全，為了達到這一目的，橋墩採用了「鋼管混凝土組合柱」結構，這在中國橋樑建設史上是第一次。

　　橋墩採用分幅式鋼管混凝土疊合柱，橫向寬7米，順橋向頂寬10米，底寬13米。柱子並非實心，它的結構十分複雜，每根格構柱的承重主體由4根直徑1320毫米的鋼管組成，管中灌注抗壓強度80兆帕的高強混凝土。

　　鋼管混凝土柱間用型鋼相互連接，沿墩高每隔12米設置一道100厘米厚的水平加勁預應力鋼筋混凝土隔板。在柱子的外側，還要外包30厘米厚的鋼筋混凝土外包層作為保護。在每根柱子底下，還有16根直徑2.5米的鑽孔灌注樁將橋墩緊緊地嵌在山體的基岩之中。

　　鋼管混凝土的神奇之處，就在於它將鋼材與混凝土的優勢有機地結合在了一起。

　　混凝土的抗壓強度很高，但在受到壓力作用時，垂直於壓力方向的混凝土會發生膨脹。而混凝土的抗拉能力又很差，這就使得混凝土容易發生橫向的受拉破壞。

　　但如果直接將混凝土澆入鋼管中，緊密結合的鋼管就會對受壓的混凝土產生側向約束，這可以成倍地增加鋼管內混凝土的抗壓能力。此外，在遭遇側向力時，抗拉強度很強的鋼管還可以抵抗結構的彎矩，防止混凝土發生破壞。鋼管還能保護內部的混凝土不受外界水分和有害離子的侵蝕。

　　因此，對於這種超高橋墩，鋼管混凝土確實是最適合的結構。

　　不過，鋼管混凝土的施工也並不容易，要求很高。

　　鋼管與混凝土之間必須緊密聯結才能起到協同受力的作用，因此，鋼管混凝土的灌注必須從底部開始，穩步升高，這樣才能保證鋼管內沒有氣孔和間斷。

　　另一方面，鋼管混凝土對混凝土的要求也極高。混凝土既要強度足夠高，達到承載力；又要有非常好的流動性和緩凝性，以使得灌注過程順利。同時，還不能泌水離析，不能產生太大的收縮，否則會使得鋼管與混凝土脫離，無法協同受力。

　　對於普通的混凝土而言，這幾條要求是相互矛盾的。如果既要強度高，又要流動性好，那就幾乎必然要產生很大的收縮。

　　工程師們經過大量的研究和反覆試配，通過調整骨料的級配和礦物外加劑的比例，在提高混凝土流動性的同時減小了混凝土的收縮，強度達到了普通混凝土的三倍。

　　這種高性能混凝土就連砂子的選取都很有講究，採用天然砂與機制砂以8：2的比例混合，可以使強度、流動性和收縮三者都達到最優。這樣生產的混凝土雖然價格比普通混凝土貴很多，但極大地減小了橋墩的總截面積和混凝土消耗量，降低了工程總造價和總碳排放量，可謂「磨刀不誤砍柴工」。

（三）厚度隨位置發生變化的梁體，施工過程十分講究

　　觀察臘八斤大橋的主梁可以發現，在兩側引橋段，梁的厚度是不變的；但到了跨度很大的主橋段，梁的厚度就隨位置發生了變化。越靠近橋墩的地方，梁越厚，跨中位置的梁則特別薄。

　　事實上，這一變截面是根據橋樑的實際受力來確定的。在靠近跨中的位置，橋樑受到的荷載產生的彎矩並不大，但這裡的梁體自重卻會給梁與橋墩連接處施加巨大的彎矩。因此，將這裡的截面進行削弱，對橋樑整體的承載力是有利的。

　　除了梁體的截面本身，在主梁的箱型截面內還暗藏著兩排預應力鋼束。它們提前給箱梁的受拉部位施加了預壓力，在大橋受到外部荷載的時候，可以顯著提高梁體的抗拉能力，提高橋樑的總體承載力。

　　現澆變截面梁的施工也很有講究。它從橋墩的頂端開始同時向兩側修建。兩側的工程進度必須保持一致，否則如果一端輕、一端重，梁連同下部的橋墩就會一同發生彎曲，使得梁端的接合處發生幾厘米的偏移，進而影響梁端之間的接合。

　　如果施工進度有差異，就必須在一側梁端施加相應的配重來進行調節。整個大橋的施工流程必須控制得十分精確，才能保證大橋最終的嚴絲合縫和使用階段的質量。

結語

　　臘八斤大橋已於2012年建成，它所附屬的雅西高速公路也於2012年4月全線通車。區區240公里的路段，跨過270座大橋，穿過25條隧道，是人類工程史上的一個壯舉。

　　這是一條非常值得駕駛的路段，尤其是在高達200多米的臘八斤大橋上，汽車如同在高空中飛馳，雲霧中大橋若隱若現，蔚為壯觀。

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編輯| 史文慧