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出品| 网易新闻 作者| 须臾千秋，清华大学土木工程博士 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。 （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。 （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。 （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。 （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。 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。 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。 （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。 （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。 （2）专为大桥生产的特种合金螺纹钢 比混凝土更需要防腐的是大桥所用的钢材，甚至包括被混凝土包裹起来的钢筋。在大桥施工中，普遍采用的是环氧钢筋。它的内部看起来普通带肋钢筋没有区别，但表面采用静电喷涂的方法，将环氧树脂粉末均匀地形成绿色的耐腐蚀涂层。这可以将钢筋与外界的水、空气、有害盐离子隔绝开来。 而这些钢筋本身也不是普通的钢材。它们是韶钢专门为工程生产的，能够适合海洋环境的特殊要求、符合大桥专业要求的特种合金螺纹钢。就连联结桥梁与桥墩之间的支座也是也选用了洛阳双瑞公司的特种不锈钢作为材料，从材料选择、结构设计，到加工制作、装配等多个环节严格把关，使得构件能够以优异的性能满足国际标准。 （环氧钢筋） （3）创新混凝土配合比和精细养护来抗裂 在施工层面，想要防止腐蚀，最重要的就是抗裂。一旦混凝土出了裂缝，相当于为外界有害物质打开了一条快速腐蚀内部的通道，再好的材料也经不起几年由内而外的侵蚀。通过调整创新混凝土配合比和精细养护方式，混凝土结构的裂缝得到了有效控制，结构整体抗腐蚀性能极强。 结语 中马友谊大桥自2015年底开始施工建设，到2018年7月9日，主桥20号墩至21号墩之间的钢箱梁成功合龙，至此全桥贯通，开创了世界远洋深海无遮掩环境及珊瑚礁地质上建设特大型桥梁的先河。 建成后的中马友谊大桥将成为马尔代夫的新地标，实现机场与马累彻底的一体化。不仅便利了外部交通，而且能形成大马累生活与居住圈，有效疏解马累岛居住压力。 |
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