科技：迎“敌”造桥

　　迎“敌”造桥

　　超长跨径和长江口复杂的气候地形条件，让贯通苏州和南通的苏通长江公路桥，成为世界上最难建造的斜拉桥，这个庞然大物必须抵御各种风险。“风”，是大桥的头号敌人。

　　撰稿／黄 祺（记者）

　　最难造的桥

　　美国探索发现频道，派出两名记者到长江入海口的苏通大桥工地拍摄。

对于这个以纪录世界重大事件和自然人文奇观闻名的频道来说，苏通大桥绝对是不可错过的拍摄对象，因为世界上还没有一座斜拉桥像苏通大桥这样挑战如此多的世界纪录和难度。

　　刚刚接到现场总指挥的任务时，游庆仲就意识到，他将要面临的是一个世界难题——苏通大桥建成后将是世界上主跨最长的斜拉桥，中国人要完成如此高难度的桥梁工程，每一个环节都是挑战。

　　长江以北的南通市和江南一侧的苏州市，是江苏省的两个重镇，长江阻隔了两岸交通。如果没有大桥，所有车辆和行人靠轮渡过江，需要大约40分钟，遇到大雾或者大风，轮渡必须停航。苏通大桥建成以后，一辆时速60公里行驶的汽车，只需要8分钟就可以跨越长江。

　　建成后的苏通大桥将创造四个世界之最：最大跨径、最深基础、最高桥塔、最长拉索。对于具有支座的桥梁，跨径是指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离，在斜拉桥上，两座固定斜拉钢索的桥塔之间的距离，就是主跨。上海南浦大桥主跨是423米，苏通大桥的主跨是南浦大桥主跨的两倍还要多。目前世界上已建斜拉桥中，日本多多罗大桥稳坐跨径“头把交椅”，它的主跨是890米，这个纪录有望在2007年被刷新，苏通大桥跨径为1088米，建成后将成为世界最大跨径斜拉桥。

　　超长的跨径造就了苏通大桥巨大的身躯，为了支撑如此庞大的“体形”，苏通大桥必须具备强健的“双腿”、“脊柱”和“臂膀”，于是，其他三项世界纪录应运而生。苏通大桥主墩基础是世界规模最大、入土最深的桥梁桩基础；苏通大桥桥塔为高300．4米的混凝土塔，相当于100层楼房的高度，也是世界最高桥塔；苏通大桥最长索为577米，最大重量为59吨，比多多罗大桥斜拉索长100多米，为世界最长斜拉索。

　　四项世界纪录，已经给工程设计和施工带来巨大的挑战，但苏通大桥所处的气候和地形条件，又给大桥的建设增加了难度。苏通大桥所在的位置，是长江河口河段，距离长江入海口108公里。记者站在桥面上，寒冷的江风打在脸上，睁眼也困难，一些工人戴着口罩，用来防寒和防风。在苏通大桥范围内，每年6级以上大风天气有179天左右；每年浓雾天气有31天；平均每年遭遇台风、寒潮袭击超过10次。

　　抵抗不测风

　　“我早晨趴在台风网站上了解信息，宽阔的长江口，就像一个漏斗，风在这样的环境里可以吸收能量，变得更强。”3月6日，游庆仲召集苏通大桥设计和施工单位的负责人举行会议，主题是“施工期间抗风安全对策研究”，会上，游庆仲说他现在最担心的就是风，大桥合龙以前，桥面单臂悬在空中，是大桥最不稳定的时候，如果有台风突然光临，大桥就要面临危险。

　　在最后一块主梁吊装完成之前，苏通大桥悬在空中的桥面将达到540．8米，桥面主梁悬在空中的状态，专业名称是“悬臂”，就像悬在空中的手臂，只有当两只悬空的手臂紧紧相扣，才是最稳定的。悬空的桥面主梁只靠斜拉的钢索固定，如果强风来袭，将考验大桥的稳固程度。

　　“历史记录上看，很少有台风直接登陆江苏。”气象专家张忠义研究员说。按照计划，苏通大桥将赶在6月合龙贯通，通常在7月以后，台风就会在我国东南沿海频繁出现。但是，没有人敢因为台风出现的规律而对它掉以轻心，随着全球气候变化的加剧，极端天气出现得越来越频繁，如果台风在7月之前到来，大桥必须有所防范。

　　在苏通大桥建设指挥部召开的这次会议，就是要求相关单位评估风对“悬臂”的影响，并要求各个部门拿出预案，用以应对风可能带来的风险。“对于桥梁结构来说，设计时已经充分估算了风对结构安全的影响，所以，现在需要考虑的是施工安全。如果台风来临，桥面上的施工人员和器械，应该马上固定或者撤离大桥。”苏通大桥设计副总负责人陈艾荣教授，是上海同济大学桥梁桥梁抗风领域专家，也是苏通大桥抗风研究负责人。

　　苏通大桥的“悬臂”长度，又是一个世界纪录，在中国，“南京长江三桥”曾经创造了“悬臂”最长的纪录，最长“悬臂”达到321米。如今苏通大桥“悬臂”将超出上一个纪录200多米，对于设计和施工来说，都是没有经验可寻的挑战。“桥梁工程需要经验的积累，如果技术跨越步子大，带来的风险也可能非常高，而风险是未知的，要提高抗风险能力，还有经济上的考虑”，游庆仲说，“拿抗风来说，规范要求抵抗30年一遇的风力，如果要提高到50年一遇，不仅技术难度大，也有经济合理性问题。”

　　3月4日，苏通大桥刚刚经受了一次考验，桥面风达到9级。按照100年一遇的标准，苏通大桥区域的气象数据显示，大桥可能遇到的风速将达每秒45．4米。施工阶段按照30年一遇的标准，风速可达到每秒35．4米，这样强度的台风究竟会对苏通大桥悬空的主梁带来怎样的后果，对于每个人都是一个未知数，唯一能做的是，做好一切防范。

　　游庆仲向记者介绍了按照风力大小采取的防御原则：一类风险，是指风速达到每秒100米的极端天气，这种风出现的概率极其小，而且结构上无法抵御这种超级强风的损害，所以没有必要从结构上防范。二类风险一般是指台风，这样的风需要花较大的代价防范。三类风险不需要采取投资上的行动，只需要工作上的行动化解。比如强风到来时，将设备和人员后移，或者撤下大桥，减轻大桥的重量。四类风险非常小，一般不必采取特殊措施。

　　“研讨会”要解决的，就是在发生二类风险时，预测可能发生的状况和准备应急预案，大家都希望避开台风季，但工程实施过程难免可能撞上。此外，像大桥这样的复杂工程，包含跨越领域的技术，对技术集成能力的要求非常高，需要跨领域多学科合作，每一个环节都必须精确和完善。“工程与研究不同，研究允许失败，可以重来，工程只有一次机会，不允许任何错误。”游庆仲坦言自己的压力。

　　“小聪明”解决大问题

　　保证“悬臂”的安危，只是苏通大桥在整个设计和建造过程中，需要攻克的难关之一，事实上，从设计到施工，抗风措施的研究，始终是最重要的任务。

　　桥梁发展的历史，始终与抗风纠缠在一起，历史上每一次桥梁因风坍塌的灾难性事故，都推动着桥梁抗风研究的进步。在1879年英国泰伊铁路桥倒塌之前，人们对于桥梁结构风荷载基本上没有认识，风荷载就是风在桥梁上的作用力。在一个暴风雨的夜晚，泰伊铁路桥突然倒塌，一列正在通过大桥的火车上，有75人因坍塌死亡。事后人们知道，出事当晚，当列车正处于桥梁跨中位置时，狂风对桥梁结构以及列车的风荷载，使得桥梁向一个方向倾斜，导致桥墩的一个腹杆突然折断，致使整个桥梁坍塌。泰伊铁路桥事故，被认为是桥梁风荷载没有引起人们足够重视而导致的。

　　风荷载的研究在泰伊铁路桥事故后有了长足的进步，但新的问题又出现了。美国西部海滨的塔科马海峡悬索桥，在1940年11月7日被风吹垮。垮塌时风速并不是特别大，但因为桥在风的作用下产生了共振，振幅不断增大，最终导致桥面扭转振动，一些桥面被抛到水里。幸好桥梁在受到破坏之前，大桥交通已经被封闭，才没有造成人员的伤亡。塔科马悬索桥事故引发了科学家们对桥梁风致振动问题的研究，人们开始注意到风引起的桥梁振动，也是对桥梁的巨大威胁。

　　随着桥梁越来越大，跨径越来越长，抗风的各种措施在桥梁上的应用也越来越成熟，在苏通大桥的设计中，工程设计师就应用了很多看似“小聪明”的抗风措施，用来抵御长江口常年大风对苏通大桥的影响。

　　一种叫做“风嘴”的桥梁主梁设计已经被广泛地应用在现代桥梁中，苏通大桥使用的主梁也是风嘴设计。就像汽车在设计中越来越讲究流线型一样，把桥梁主梁的两个侧面，变成尖嘴形状的流线型，风在桥梁上受到的阻力就会大大降低。反之，如果用一个个长方体的钢制主梁拼装成桥面，主梁两侧的平面，将带来很大的风阻力。

　　相对庞大的大桥“躯体”来说，斜拉的钢索就像竖琴上细细的琴弦，但就是这些“细线”，也可能引发灾难，引起灾难的现象叫做“风雨激振”。风雨击打在大桥拉索上，拉索产生振荡，振幅越来越大后会造成整座大桥桥面的晃动，影响桥面行车安全，甚至大桥本身的安全。为了减小“风雨激振”的影响，设计师们在苏通大桥的钢索上“做手脚”，传统光滑表面的钢索变成了布满圆形凹孔的表面，就是这些小孔，有效地阻止风雨带来的钢索激振。

　　在文学作品里，桥，总是被赋予沟通与交流的诗意象征。但在工程师眼里，桥，首先是一个稳固第一的建筑物。苏通大桥即将以世界第一主跨长度，开启中国桥梁史新的篇章。