港珠澳大橋、滬通長江大橋為什麼是彎的?

2020-12-24 超級建築

近日,世界最大跨度公鐵兩用斜拉橋--滬通長江大橋即將通車。滬通長江大橋全長約11千米,橋位所處的江面寬約5.8千米,大橋在跨江時有個明顯的「拐彎」,遠看似一座被「折彎」的大橋。那麼為什麼滬通長江大橋和許多跨海大橋、長江大橋是彎的呢?

原來,滬通長江大橋所跨越的這一段長江,水位總體呈現兩側深、中間淺的格局。水位較深的位置,一個是靠近南岸(張家港)的主航道,還有一個是靠近北岸(南通)的專用航道(天生港航道)。兩個航道上方則分別修建了組成滬通長江大橋的主航道橋和專用航道橋(天生港航道橋)。

滬通橋主航道橋主跨達1092米,是世界公鐵兩用斜拉橋第一座破千米的大橋。專用航道橋採用主孔336米跨度跨過航道,該航道是由江水漲落潮逐漸形成,專為附近的大型船舶修造企業提供航路。

▲滬通長江大橋

具體到橋梁「拐彎」的原因,是因為在橋梁上遊側有一座江中沙洲,名叫「長青沙」,在長青沙的影響下,原本連成一塊的長江航道被分成主航道和專用航道,兩個航道的水流方向也變得不再一致,存在約25度的角度差。

中鐵大橋局副總工程師、滬通長江大橋總工程師李軍堂:一般而言,行駛的輪船在通過航道時,應儘可能與橋身垂直,或者說讓行駛的輪船與水流方向儘可能處於同一直線,從而降低輪船撞上橋墩的風險。

▲滬通長江大橋

在這一設計原則的指導下,主航道橋與專用航道橋分別採取了不同的「姿態」面向航道,這樣兩座「子橋」就不能處於同一條直線上,於是滬通長江大橋就在兩個航道中間的水域出現了一個「拐彎」。可以說,滬通長江大橋設計成彎曲狀,主要是基於安全方面的考慮。

中鐵大橋勘測設計院第二設計院副院長、滬通長江大橋設計項目負責人張燕飛:橋梁設計成彎曲的並不是什麼「稀奇事」,彎橋在結構上雖然比直線橋要複雜一點,但並沒有太大的施工難度,只要橋梁的弧度滿足公路、鐵路的相關標準要求,彎橋也不會影響橋面正常的汽車、火車行駛。

彎曲的橋梁並不罕見,許多跨海大橋即採用「彎曲」的設計

比如世界最長的跨海大橋港珠澳大橋,主橋長達55千米,就有多個大大小小的「拐彎」;中國第一座跨海大橋東海大橋,長達32.5千米,也有「拐彎」的存在。

▲港珠澳大橋

長度也是讓大橋「變彎」的一個原因

橋梁太長,跨過的水域太廣,而不同的水域可能有不同的水流方向,所以在橋梁延伸到不同的地方時,也要採取不一樣的走向。橋身太長帶來的另外一個問題是橋面路程較遠,如果長距離行駛都採取直線路程,容易造成駕駛疲勞,適當的路面彎曲則可以讓駕駛員產生「警覺」,從而降低發生交通事故的風險。

▲杭州灣跨海大橋

地質環境也是一大影響因素

江底和海底的地形是異常複雜的,有的地方是堅固的基巖,橋墩可以直接架在上面,但也有的地方則是鬆軟的淤泥。從橋梁建造及運營安全的角度說,避開那些不適宜建橋墩的地質環境,勢必會影響橋梁的走勢。

▲東海大橋

橋梁設計師還會考慮風力因素

彎曲的橋梁在遇到大風時,會比直線橋更「堅挺」。特別是海上的橋,容易受颱風的侵襲。另外,從美學角度說,橋梁設計成彎曲狀易建立藝術性和美感。

世界上沒有兩片一模一樣的樹葉,也沒有兩座一模一樣的橋梁。每座橋梁的設計、建造都是根據其所處自然環境「量身打造」的,從而也讓大橋形成了獨特的魅力。(來源:中鐵大橋局)

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