主塔80层楼高单跨1700米，这座双层悬索桥厉害了

　　出品 | 网易新闻

　　作者 | 须臾千秋，清华大学土木工程博士

　　从1957年10月，武汉的第一座长江大桥建成通车开始，武汉长江大桥的建设就从来没有停止过，到杨泗港长江大桥，已经是武汉市的第十座长江大桥了。

　　六十年来，中国的桥梁科技水平突飞猛进，大桥的规模也从当年的双向四车道变成了如今的双向十二车道（杨泗港长江大桥为上下双层桥梁，每层均设双向六车道），真可称得上是“一座顶过去三座”。

　　（最老和最新的长江大桥对比）

　　最早的武汉长江大桥位于武昌蛇山和汉阳龟山之间，全长约1670米，由苏联援助修建。当时的技术尚不足以一跨飞越长江，因此桥身共设置有八个桥墩作为中间支撑，桥墩之间每孔跨度为128米，上层走汽车，下层走火车。这在当时也是一项了不起的成就，将长江天堑变成了通途。

　　时至今日，即将于今年建成的杨泗港长江大桥总长达4320米，连接汉阳国博和八坦立交，上下两层通行汽车，中间通过加劲钢桁梁连接，为世界上工程规模最大的双层悬索桥。

　　它采用单跨跨越长江的方案，跨度长达1700米，在国内排名第一、世界排名第二。自2014年12月正式开工，到2019年9月建成通车，大桥的总投资达80.34亿元。

　　今天我们就来聊聊这座武汉最新的长江大桥。

　　（一）车道双层折叠，这是一座被“逼”出来的大桥

　　杨泗港长江大桥，可以说完完全全是一个被“逼”的产物，而它背后的“罪魁祸首”，就是武汉市疯涨的交通流量。

　　在杨泗港大桥的上下游各三公里处，分别是白沙洲大桥和鹦鹉洲大桥，是双向六车道、八车道的大流量公路桥，然而即便如此，还是无法应对武汉极其巨大的跨江交通需求，交通拥堵时有发生，因此，必须在两桥中间再修建一座桥。

　　（武汉的十条长江通道示意图）

　　考虑到桥梁太密集会影响到长江中船舶的通航，刚开始时的方案曾考虑过隧道方案。然而，由于长江两岸的车流量实在太大，隧道的容量根本不足以通行如此之大的车流，只得选择桥梁方案。

　　而且，这大桥还不能是普通的大桥，必须要能够满足极高的车流通行密度，算下来需要12车道。

　　在单一的一层大桥中修建如此之宽的路面会使得大桥的受力不在同一平面内，进而造成严重的结构不稳定。经过多方设计和比选，最终决定采用双层方案：将车道折叠起来，布置在大桥的上下两层，中间通过钢桁架连接形成整体。

　　（双层的杨泗港过江大桥）

　　杨泗港大桥的设计巧妙之处在于，它并非将双向车道一上一下简单地折叠到上下两层桥面上，而是上下两层分别可供双向通行。

　　上层桥面直接与汉阳国际博览中心立交和武昌八坦立交的两段快速路直接联系，仅承担快速通过功能，设计车速80km/h。下层桥面则与汉阳鹦鹉大道、滨江大道和武昌八坦路相接，主要解决区域内的慢速交通功能，设计车速60km/h。通过这种方式，可以将快慢交通流分开，极大地提升通行效率。

　　在桥两端的滨江大道与武金堤路处，还设置有上下层桥面转换匝道，方便车辆上下转换，让上下层车道可以均匀分担交通压力。考虑到市民的实际通行需求，大桥的下层除慢速车道外，还设置有两条非机动车道，让电动车、摩托车、自行车分区通行。上下两层均还设置有人行道，供市民观光、游览、慢跑。

　　（施工中的下层桥面）

　　（二）超长的双层悬索桥，如何一跨过江？

　　除了巨大的交通流外，杨泗港大桥的设计还有一个十分重要的限制因素：中间不能设置桥墩。

　　杨泗港大桥距离上下游桥址都很近，这对长江中通航的船只是一个不小的考验。

　　杨泗港长江大桥与鹦鹉洲长江大桥之间的江面下，有一处长逾3公里的潜坝，与白沙洲处于同一条线上，这条潜坝其实是治水工程，只在枯水期才会露出水面。杨泗港长江大桥桥位紧邻潜坝一端，如在江中设桥墩，就会改变水流方向和水沙比，影响治水工程，而且必定会干扰船只的通航。

　　因此，大桥必须一跨过江。作为一座悬索桥，杨泗港大桥单跨长达1700米，位居世界第二，仅次于1991米的日本明石海峡大桥。

　　（主缆架设中的大桥）

　　跨度如此之长的大桥，中间没有桥墩，这意味着整个桥面结构以及上面的车辆荷载都要由桥上的两条钢索承担，再由它们传递给两岸的桥塔。

　　双层桥面的重量本来就要高于传统的单层桥面，连接在二者之间、维持桥梁整体刚度的钢桁架则进一步增加了大桥重量。除了这些容易计算的竖向荷载外，钢索还要承担起大风、地震这些横向荷载，这对它的强度提出了很高的要求。

　　大桥的两根主缆长达2850米，由271根索股组成，单根索股又由91根直径6.2毫米的平行镀锌铝合金超高强度钢丝组成，设计张力6.5万吨，可以吊起一艘满载的航空母舰。

　　在过去，这种超强钢索遭受国外技术垄断，不仅价格高昂，而且供货无法保障。而杨泗港长江大桥则依靠国内制造厂家进行技术攻关，实现了完全国产。

　　针对主缆直径大、索股根数多的特点，施工中首次采用了双线往复对拉牵引系统，提高了主缆的牵引效率。工程人员还通过严格控制猫道门架线型、索股编索质量，加强夜间调索力量，提高索股精调效率，大大加快了主缆索股架设进度，创造了每天6根的索股架设新纪录。

　　（施工中的大桥主缆，清晰可见其中的平行钢索）

　　尽管从远处看起来大桥的主缆十分纤细，但实则它才是大桥的受力主体，下方体积更大的桥面钢梁则是依托于它，分段吊升并进行组装的。

　　出于主缆受力平衡考虑，这些钢梁由跨中向两侧对称架设，最后在两侧进行合龙。这些节段钢梁在工厂通过焊接拼装成一个整体节段后，由船舶运输至施工现场，再使用依附于钢缆上行进的缆载吊机进行提升安装。

　　利用缆载吊机单次吊装的钢梁节段重达1000吨，这在国内尚属首次。

　　为了保证钢梁的顺利架设，工程师们专门研制了国内起重能力最大的LZD900型缆载吊机，每台起重能力900吨，自重300吨。缆载吊机需要在钢梁施工前预先吊上主缆，在240米的高空分3段进行拼装。吊机拼装完成后，才能以之为基础施工钢梁节段。

　　整座大桥共采用4台吊机同时工作，在桥两侧的两条主缆上各有一台。四台吊机两两一组协同工作，同时吊装两个桥段。

　　在钢梁的提升过程中，还要对钢梁的位移和提升拉力进行监测，并实时进行调整，以保证钢梁的提升过程平稳安全。将钢梁提升至指定位置后，再通过焊接将钢梁相互连接形成整体，进行协同受力。

　　大桥共有1700米钢梁，按照传统方式焊接需要半年的工期，而杨泗港大桥通过采取新技术，让空中接头尽量少，保障强度的同时大幅减少了焊接量，只需一个半月就将全部钢梁节段架设完成。

　　（三）稳住大桥的基石——锚碇

　　承担着巨大拉力的悬索需要有一个足够强大的力将其拉住，承担这一功能的就是两边岸上的锚碇。

　　它本质上是一个重达70万吨的巨大的混凝土块，直径98米，壁厚1.5米，土体开挖体积27万立方米。

　　（中间圆形区域就是埋于地下的锚碇）

　　锚碇工程的规模十分庞大，需要开挖地下土体27万立方米，内部异形构件多。

　　若是用传统的二维设计理念来统计锚碇钢筋工程量，费时费力不说，还极其繁琐。在工期紧、工程量大的情况下，如何能快速、准确地进行工程量的统计是一难点。

　　此外，杨泗港长江大桥汉阳侧锚碇附近地质环境和受力形式复杂，大桥汉阳岸距桥仅50米就有50层高楼，附近还有地铁6号线，这都对锚碇的埋置稳定性十分不利。

　　为此，工程师们采用Catia软件对锚碇进行了BIM设计。它可以将锚碇复杂的内部结构和配筋分开建模，将所有的细部结构，包括外壳、内衬、底板、填芯混凝土清晰明确地展现在技术人员面前。最后还可以将所有细部的文件模型整合成整体，用于指导施工。

　　（锚碇中的局部配筋）

　　采用这种方式，极大地提高了锚碇的施工效率，保障了工程质量和安全性。

　　结语

　　杨泗港大桥即将于2019年9月建成通车。这将极大完善武汉城市快速路骨架系统，极大地缓解过江交通压力，带动新区发展，进一步优化城市空间布局。

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　　编辑| 史文慧