在珊瑚礁上也能建跨海大桥?

2019-10-04 11:01 | 来源:未知

在珊瑚礁上也能建跨海大桥?

马尔代夫是全世界热爱大海的游客们心中的梦。它是由印度洋上的一串珊瑚礁组成的群岛国家,有1200多个小珊瑚岛屿,其中202个有人居住。在岛屿和岛屿之间,人们通过小型飞机和船只进行交通。数以百万计的外国游客乘坐飞机来到首都马累,再前往各个风景秀美的度假小岛上。

在珊瑚礁上也能建跨海大桥?中马友谊大桥做到了

 

美丽的马尔代夫度假小岛

(一)珊瑚礁组成的马尔代夫群岛,地基“酥脆”不易建桥

然而,马累只是一个小小的珊瑚岛,是世界上最小的首都之一。岛上极其拥挤,根本没有空间布置庞大的机场跑道。因此,马累机场修建在两公里外的另一座岛屿——瑚湖尔岛上。在过去,人们乘飞机到达马累机场,随后就要转乘水上交通工具才能前往马累城里,极其不便。

在珊瑚礁上也能建跨海大桥?中马友谊大桥做到了

 

拥挤的马累岛与隔海相望的机场

而有人会问,马累机场距离马累岛只有两公里远,为什么不能建一座桥呢?

而且由于城市拥挤将机场修建在外海岛屿并不是什么新鲜事。像日本的关西国际机场、英国的伦敦第三机场,还有中国正在建设的大连新机场,都是在外海人工岛上兴建的机场。它们会通过桥梁与城市连接,高效地输送人员和物资。

原来,马尔代夫群岛与普通岛屿的材质完全不同。它所有的岛屿都是珊瑚岛,材质为礁灰岩。珊瑚虫群死亡后,经过漫长的时间钙化沉积,就会在海洋中形成礁灰岩。它具有密度低、孔隙大、结构性强、脆性大、强度各向异性明显等复杂的岩土工程特性。在这样酥脆的地基上建桥,难度和危险性可想而知。加之海洋环境的腐蚀、热带阳光的照射……因此,老一代的马尔代夫人甚至一辈子都没见过一座桥。

在珊瑚礁上也能建跨海大桥?中马友谊大桥做到了

 

礁灰岩形貌

可是随着马尔代夫交通量的上升,光靠驳船来实现机场交通实在不是个办法。加之海峡中风高浪急,运输乘客的小型交通船只危险性极高,修建桥梁的事情不能无限拖延下去。

2014年,中马两国领导人共同商定,由中国援建一座连接首都马累到机场岛的跨海大桥“中马友谊大桥”。项目线路总长2000米,由桥梁、填海路堤和道路等工程组成。主桥全长760米,为主跨180米的连续刚构桥。项目按照1级公路标准设计,使用寿命100年,由中国交通建设集团二航局负责设计施工总承包。

在珊瑚礁上也能建跨海大桥?中马友谊大桥做到了

 

施工中的中马友谊大桥

(二)如何让桩基稳固地扎进酥脆的珊瑚礁?

1、地基松软+珊瑚礁溶洞,“打桩”才是王道

在珊瑚礁上修建大桥实属世界首例,即使对于经验丰富的中国建设单位而言也是头一遭。不仅如此,地质钻探还显示,马累附近的珊瑚礁中还存在珊瑚礁溶洞。溶洞的最大高度达4.4米,且位置正好位于23号墩所处位置。

为了能让大桥安稳地屹立在酥脆的珊瑚礁上,工程决定向珊瑚礁内打入大型嵌岩桩,再在桩基上修建桥墩。这样尽管珊瑚礁的强度很低,但桩基与珊瑚礁的结合紧密,接触面积大,也能保证桥梁的稳定可靠。

中马友谊大桥的大型钢管桩直径3.6米,长度约170米,单桩重量150-180吨。这一尺寸和重量远远超过了一般的钢管桩,也超过了施工所用的“海力801”打桩船的最大承载量。为了顺利施工,打桩船拆除了其自有桩架和桩锤以提升其起重量,在船舷一侧加装固定导向架,采用先吊桩下放、吊锤施打的方案实施此打桩项目。

在珊瑚礁上也能建跨海大桥?中马友谊大桥做到了

 

2、开敞海域,钢管桩如何精准定位?

马尔代夫群岛四周均为开敞海域,岛间峡道水流很强,在机场岛南侧形成了一个弱的回流区。这里的海况条件时常恶劣,经常发生涌浪。尤其是从每年5月份开始的雨季,峡道内会发生剧烈的涌浪,使得大型浮吊船起伏高差近3米。这使得打桩船舶很难锚定,钢管桩的定位十分困难。

(1)液压锤、导向架、打桩船……

为了避免溜桩,工程师们从多个角度入手来维持桩的稳定。工程采用了锤击能量巨大的德国MENCKS550液压锤进行打桩施工,在沉桩发生溜桩时可以最大限度地避免钢管桩脱锤,为沉桩提供安全保障。

在珊瑚礁上也能建跨海大桥?中马友谊大桥做到了

 

此外,人们还在全回旋浮吊上布置了导向架,以使得钢管桩精确就位,对钢管桩的平面位置和垂直度起到约束作用,保证在沉桩过程中不发生较大的位置偏差。

打桩船本身的固定也有学问。打桩船施工时需要锚定,锚重量太低则抓力不够,容易发生走锚,不能维持船舶稳定;而过大的锚又会降低施工效率。经过施工中的逐步摸索和试验发现,最关键的是要控制抛锚的方向及角度,把锚抛远以增加抓力。

在珊瑚礁上也能建跨海大桥?中马友谊大桥做到了

 

打桩施工中的海力801打桩船

(2)技术问题都已攻克,怎可输给大自然的“窗口期”

然而,尽管采用了这么多举措来保障施工,人类仍然不能和大自然硬碰硬。桩基施工适逢雨季,剧烈的风浪使得绝大多数时间都无法施工。科学家们对施工位置展开了水文气象监测,结合国家海洋局的水文气象预报来提前预知可供施工的“窗口期”。然而,实际可用的窗口期少得可怜,气候最恶劣的时候,2个月的窗口期加起来只有6天,窗口期每天只有3、4个小时可供施工。因此,施工人员们从不放过任何时机,将所有窗口期一小时不差地利用起来。

从2016年5月到12月,建设者们在200多天中不到200个小时的窗口期内,完成主桥37根临时栈桥钢管桩、5个辅助平台和35根大直径钢护筒施沉,将一根根定海神针深深地嵌入珊瑚礁中。不仅比原计划提前24天完成任务,而且全桥的129根桩全部是质量优良的一类桩。

在珊瑚礁上也能建跨海大桥?中马友谊大桥做到了

 

夏季的印度洋上时常发生气象灾害

(三)马尔代夫那么热,如何克服海洋腐蚀?

马尔代夫位于赤道附近,常年高温、高湿,强烈的阳光照射导致巨大的蒸发量,局部含盐量超过3.3%,远高于一般海水。这使得该地区的环境腐蚀性惊人。大桥要保持一百年的安全稳定,就必须按照极高的防腐标准进行建设。

(1)来自印度、印尼以及当地的“精选” 材料

结构防腐,首先要从原材料入手。由于马尔代夫的自然资源匮乏,砂石、水泥等建筑原材料完全依靠周边国家进口。项目团队为了找到合格的原材料,历史三个多月,走访了周边的斯里兰卡、印度、马来西亚等8个国家和地区,展开了充分的市场调研,最终选择了最优质、最合适的建筑原材料。

中马友谊大桥所用到的碎石骨料、机制砂和粉煤灰来印度海德,水泥则来自印度尼西亚。只有预拌混凝土用水来自马尔代夫当地的二级淡化海水。

经过严格的检测与筛选,各项原材料性能较好,都能很好地满足工程需求。包括工程师们最关心的施工用水含盐量问题,检测发现自制的二级淡化海水经过过滤吸附后,水质居然还要远好于当地的自来水,可以称得上是完全无忧。