高溫高濕日照長，熱帶雨林氣候區建橋是怎樣的體驗？

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出品| 網易新聞

作者| 須臾千秋，清華大學土木工程博士

　　你知道東南亞的第一大跨海橋樑叫什麼名字嗎？巧得很，它名字里不帶第一，而是叫「檳城第二跨海大橋」。

　　過去，檳城與大陸之間根本沒有橋樑，交通全靠駁船。直到1985年，一座由韓國建造的檳威大橋將檳城與大陸聯結了起來，這才結束了檳城不通陸路的歷史。

　　可是，隨著檳城經濟的發展和汽車的普及，這座大橋很快就不堪重負了。到2010年代，要通過13公里的檳威大橋，經常得堵上2、3個小時的車。再不想些別的辦法，檳城就沒法發展了。

　　2000年，中國企業以設計建造總承包模式，承建了檳城二橋項目，項目自2009年開工建設，到2014年3月1日正式通車，這是馬來西亞第九個五年發展計劃最大的項目，總投資14.5億美元。

　　它全長24公里，其中海上橋長16.9公里，陸上引橋6公里，主橋為長475米的三跨雙塔H形斜拉橋。橋樑設計時速80公里/小時，分為雙向4車道和雙向摩托車道。平麵線形採用「S」形曲線和兩次起伏的立麵線形，使大橋在景觀效果和行車舒適性上均達到良好的效果。

　　遠處望去，大橋如同一條巨龍，蜿蜒橫卧於蔚藍大海之上。

（一）環境頻繁變化施工標準不一，在馬來西亞建橋挑戰真不小

　　對建築的耐久性而言，最可怕的不是單一的高腐蝕性環境，而是環境的頻繁變化。

　　而檳城二橋正處於這樣一個頻繁變化的環境中：晝夜溫差帶來的溫度變化、潮汐帶來的腐蝕性海水變化、強烈的太陽輻射和降雨交替帶來的乾濕變化、降水形成的淡水和海洋中的高鹽海水帶來的鹽分變化……這種不停變化的環境給大橋的混凝土材料帶來了沉重的負擔。

　　除此之外，海水運動的物理沖刷和海洋生物的腐蝕問題也十分嚴峻。這些熱帶地區施工的惡劣自然環境都是中國建築企業在國內很少經歷到的。

　　除了自然環境的惡劣外，規範標準的不統一也增大了設計和施工的難度：不僅馬來西亞採用的當地標準與中國標準不同，而且馬來西亞內部的標準也多有差異，而且，與最新的英國標準BS和歐洲標準EN對混凝土的控制指標也存在差異。許多耐久性指標在國內較少採用。

　　因此，中國的施工企業必須因地制宜地採取設計方案，對當地的標準和通行的英國標準都要有深入的理解，並符合當地的工程慣例才行。

　　為了增強大橋結構的耐久性，檳城二橋採用了較大礦物摻合料含量的高性能混凝土。

　　由於馬來西亞當地粉煤灰的產量很低，性能亦不穩定，其它礦物摻合料的產量也很低，因此這種混凝土在馬來西亞的應用很少。為此，工程特意從中國、日本和新加坡等地進口了粉煤灰、礦渣和硅灰，成功配製了力學強度極高，而且流動性好、水化放熱量低、抗滲性能優良的高性能混凝土。這種混凝土不僅本身緻密度高，而且不易在施工時產生裂縫，給外部環境中的有害物質以可乘之機。

　　而且，混凝土管樁和鋼管樁需要時常浸泡在水下，光靠自身的防腐能力是不夠的，因此，施工方還採取了外設的防腐保護。

　　其中，混凝土管樁的表面噴塗硅烷塗層以與水隔絕，鋼管樁噴塗環氧樹脂並輔以犧牲陽極保護。這樣，海水會優先腐蝕與鋼結構相連的活潑的鋅合金塊，同時保護較為穩定的鋼結構。

　　對位於浪濺區和水位變動區等處的海上承台、墩柱、塔柱下部等所處環境條件惡劣的部位，施工方均採用了噴塗硅烷塗層附加措施，使得鋼材和混凝土不與腐蝕性海水直接接觸。硅烷塗料具有很低的表面能，這使得其具有良好的疏水防水性能，加之良好的耐熱性能和耐腐蝕性能，硅烷作為耐腐蝕塗料的性能十分優異。

　　在施工過程中，施工方還採用了骨料遮陽、加冰水等措施來降低混凝土的溫度，使之不高於36℃。通過在結構內埋設冷卻水管，通冷卻循環水的方式來控制混凝土的最高溫度和溫度梯度。這可以大大降低混凝土內部的溫升變形，控制混凝土開裂，從根本上提高混凝土耐久性。

（二）要把5100多根預製樁準確無誤敲進海底，這絕對是一項技術活兒

　　檳城二橋總長達24公里，主要採用密布的預應力高強度混凝土管樁（PHC樁）基礎進行大橋的承重。

　　這種樁與一般的現場灌注樁不同，是預先在工廠中生產的，採用先張預應力離心成型工藝，並經過10個大氣壓（1.0Mpa左右）、180 ℃ 左右的蒸汽養護，製成一種空心圓筒型混疑土預製構件。

　　大橋的樁基礎採用錘擊法施工，共計打入了5100多根直徑1米的PHC樁。這種施工方式雖然預製化程度高，簡便快捷，但也有很高的技術含量，施工中很容易出現樁偏位、樁身裂縫、樁頂碎裂等質量問題。

　　在水上進行沉樁作業，沉樁過程受潮汐、風浪、錨纜鬆弛以及施工區域複雜的地質情況等制約，很容易發生沉樁的移位。

　　要應對這種沉樁移位，必須對沉樁作業實施精確的控制。在打樁船工作時，沉樁施工員必須實時觀察打樁船的錨位變化情況，不斷重新調整錨位。不過，這種調整和糾偏本身也有學問，如果在錘擊入土較深後發現樁身偏位過大，不僅不能強行糾偏，而且不能貿然拔樁，而是應該繼續沉樁並採取其它補救措施。

　　PHC樁在打樁過程中很容易出現樁身裂縫。由於樁本身的質量存在一定差異，加之不同位置的樁需要穿透的地質環境也很不同，因此很難保證錘擊的力度恰好合適。

　　為了減少這種將樁打裂的情況，儘可能地提高安全性，工程採用了重鎚輕打的原則進行施工。此外，工程還選用鋼絲繩作為錘墊，以起到對錘擊能量有效的削峰作用，並根據力學監測結果及時調整錘擊受力。

　　即使樁身產生裂縫也不要緊，工程採用了先進的修復手段對PHC樁進行修補。

　　這是一種以碳素纖維布作為基礎，浸漬環氧樹脂的修補材料，它具有高強度、重量輕、高彈性以及耐腐蝕性能，抗拉強度可達鋼筋的十倍。將這種材料垂直於裂縫粘貼在樁身上，可以將樁基形成受力整體，不僅修補了裂縫，而且提高了樁基整體的剛度、強度、抗裂性以及防腐能力。

　　除了預製樁外，在特殊的地質條件下，檳城二橋也不得不採取其它樁基。在大橋經過的海底最深處，為了將大橋牢固地固定在海床上，人們修建了全球最深的螺旋鑽孔樁，深達127米。這即使對經驗豐富的中國承包商來說也是全新的挑戰。

（三）不同國家的不同企業合建一座橋，管理難技術突破更難

　　大橋的主體施工由兩家公司分別負責不同的階段：中國公司負責主通航孔橋、底層結構和地基，馬來西亞公司負責引橋上部施工。這兩家公司來自不同的國家，工作方式完全不同，管理難度也很高。

　　儘管如此，在兩家公司通力合作下，檳城二橋還是取得了許多突破性的技術。除了127米的世界最深螺旋鑽孔樁外，高阻尼橡膠支座（HDRB）也是一項重大技術突破。

　　它是一種抗震裝置，可以取代傳統的機械軸承，承受雙向及旋轉方向的大幅位移，分散地震能量，最高可抵抗里氏7.5級以上地震，檳城二橋是這種支座首次應用在大型橋樑上，並且取得了很好的效果。

　　尤為可貴的是，這種HDRB正是用原產於馬來西亞的天然橡膠製成的，有了檳城二橋的成功經驗，高阻尼橡膠支座的應用未來還可以得到進一步推廣。

結語

　　2015年10月9日，由於大橋難度突出、規模巨大，以及工程團隊的卓越和通力合作，檳城二橋獲得了英國土木工程學院頒發的布魯內爾大獎。該獎自1995年以來僅頒發過3次，檳城第二大橋是東南亞首個獲得此殊榮的建築。

　　現如今，每天都有約1.2萬輛車次高效地通過檳城第二大橋，大橋正在默默地為檳城的發展和區域經濟交融做著自己的貢獻。

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編輯| 史文慧