安家莊大橋 | 永定河上的“解題高手”

每一座橋樑都連線著此岸和彼岸，它們是解決“跨越”這道難題的答案。每一座橋樑又各不相同，它們面臨的建造難題各種各樣。

在北京市，有一座正在建設的橋樑，一下子解決了好幾道難題，成為新晉的“解題高手”！它就是一舉跨越了河流、鐵路、國道的安家莊大橋。

重重困難

安家莊大橋

安家莊大橋，工程全稱為國道109新線高速公路安家莊特大橋。安家莊位於峰高谷窄的門頭溝山區，風景優美，但交通不便。永定河自西北向東南從這裡穿過，左岸有妙峰山，右岸有清水尖山。建設中的國道109新線高速公路（北京市段）是京西地區的首條高速公路，這條惠民之路將在安家莊上空斜交跨越永定河谷，作為高速公路工程的一部分，安家莊大橋便擔起了這一重任。然而，想要跨越這道河谷，絕非容易之事。

難題之一：

跨過有“個性”的永定河

安家莊大橋的橋墩

作為海河水系的最大支流，永定河是條很有“個性”的河流。它發源於黃土高原，河水含沙量大，有“小黃河”“渾河”之稱；到下游平緩區後，河中泥沙淤積，河床抬升，以至河道遷徙不定，又有“無定河”之稱。歷史上，永定河是海河水系裡洪災最厲害、最多發的一條河。現在，雖然上游有水庫調洪，下游有高堤攔防，永定河難以隨意變道，但冬夏水量落差仍然相當可觀。尤其是每年七八月，門頭溝地區多大雨、暴雨，那時，平日清水潺潺的永定河就變成濁流奔騰的景觀了。

因此，在這裡建橋，首先要考慮的是儘可能減小橋樑在河道里形成的阻水面。對此，河道管理部門給出的資料是：新建橋墩阻水比（反映橋樑佔用河道的情況和阻水程度的比例）不得超過5%。這是一個嚴苛的數值，它意味著常規的橋墩結構形式基本都不符合要求。安家莊大橋的橋墩必須少而又少、細而又細，梁體必須薄而又薄，或者鏤空。

難題之二：彎曲的橋

按照道路的設計方案，國道109新線高速公路在安家莊路段並非筆直，而是有弧度的。這就意味著，從高空俯瞰，安家莊大橋是彎曲的，其內側（北側）位於半徑1500米的圓曲線上，外側（南側）則位於半徑1600米的圓曲線上。根據曲度和河谷寬度計算，大橋的外側長度至少需要496米、內側長度至少需要350米，方可同時跨越鐵路、河道和公路。我們不妨在此猜想一下：什麼樣的橋可以一側長、一側短？

難題之三：新路之前的舊路

相對於新建的道路來說，舊有的道路被稱為既有路。安家莊的永定河兩岸就有2條既有路——左岸是豐沙鐵路，右岸是109國道（區別於建設中的國道109新線高速公路）。

豐沙鐵路建成於1955年，是山西煤礦外運的重要通道，建成之後因為運量越來越大，進行了擴能改造，運營列車車次密集；109國道則建成於2009年，是北京至西藏拉薩的公路（簡稱京拉線），也是一條國家公路網的重要幹線。

想跨越永定河谷，安家莊大橋必須同時跨越豐沙鐵路和109國道，而這兩條既有路都很繁忙，顯然是不能一直封路停運、等待安家莊大橋施工建成的。

安家莊大橋的“解題思路”

安家莊大橋

(曲線外側)側視示意圖

面對這些難題，安家莊大橋這一“解題高手”是如何逐一破解的呢？

1

1個橋墩，足矣

從上文可以知道，面對極具“個性”的永定河，安家莊大橋的橋墩數量必須少而又少。那就在河道中僅設1個橋墩吧，墩位同時在曲線內側和外側的正中間處。如此，安家莊大橋便是一座雙主跨橋，曲線內側主跨2×175米、外側主跨2×248米。

同時，橋墩形狀還要細而又細，但不可能細到無底限，如電線杆那樣，細是細了，卻無法支承梁體。讓阻水面最小化的橋墩形狀是圓柱形，而圓柱形的橋墩可以細到什麼程度，則由其自身的材質和需要支承的梁體決定。相同體積的鋼比混凝土承載力要大，因此，圓柱形的鋼橋墩是安家莊大橋的最佳選擇。

2

把橋面一分為二

由於安家莊大橋是一座彎曲的橋，且外曲和內曲的長度相差較大，兩段曲線很難在一整幅橋面上實現。於是，工程師想到了一個絕妙的解決方法：把整座大橋分成左右2幅橋面，即將橋面沿縱向中線一分為二，彼此分離、互不相連，建成後雙向車道各自獨立。

大多數雙幅橋是並列的兩座橋，不僅各有各的橋面，還各有各的基礎、橋墩。但因為永定河谷的特殊情況，其上的安家莊大橋不能有更多的橋墩，所以它的兩幅橋面必須共用橋墩和基礎。共用的橋墩被設計成“門”式，兩根“門柱”是兩根圓柱形鋼墩柱，“門楣”則是粗壯結實的鋼蓋梁，2幅橋面的梁體可以穩穩地落在蓋梁之上。

3

讓大橋轉個身

如此一來，安家莊大橋便是一座擁有1個橋墩、2幅橋面的大橋。而要將它從圖紙“變”到永定河谷上空的同時，還必須保障既有路（豐沙鐵路和109國道）的正常執行，也就是說，拼裝架設梁體的作業無法在既有路的上空進行。安家莊大橋提出的解題辦法是——轉體。

轉體，就是要利用永定河的枯水季，在河道內搭設臨時支墩，順著河道將兩幅鋼桁（héng）架樑拼裝完成，再逆時針旋轉約25度，將懸臂的頂端落至已建成的永久性橋墩（安家莊大橋兩端的橋墩，區別於河道中的大橋橋墩）上。

安家莊大橋的轉體技術

轉體過程中的安家莊大橋

近些年，轉體技術經常在環境受限的橋樑建設中被採用，並非新穎獨特的施工工法。但是，安家莊大橋的轉體裡卻包含著一個“硬核”的難題。一般來說，轉體橋的梁體往往是與橋墩固結為一體的，轉體裝置安裝在橋墩底部；但根據永定河的嚴苛阻水比，龐大的轉體裝置安放在臨近河床的橋墩底部是不被允許的。所以，安家莊大橋的轉體只能在墩頂進行，整座大橋的轉體系統位於30多米的高空，其結構十分複雜，受力和變形牽一髮而動全身。

如果把橋墩比作一個人的身體，懸伸的梁體比作其伸展的胳膊，那麼普通橋樑轉體是透過腳步移動、轉動整個身體來完成，而安家莊大橋卻是身體不能動、透過轉動肩膀把胳膊伸到預設的位置完成的，且身體還比別人的更加纖細！

為了順利完成轉體，專案團隊採用了智慧化同步控制牽引系統、智慧化實時可視監控系統以及北斗定位智慧監測系統，實時檢測轉體的各項相關引數，掌握轉體橋的狀態。最終，安家莊大橋的轉體圓滿完成。

本文節選自《知識就是力量》雜誌《永定河上的“解題高手” 安家莊大橋》。

2023年11月28日，安家莊大橋成功完成轉體。它破解了一道道難題，宛如一彎微笑，鑲嵌在山谷間，顯得那麼輕鬆。在這“微笑”的下方，列車、河水、汽車在豐沙鐵路、永定河、109國道上各自奔流。門頭溝的山山水水知道，這彎看似輕鬆的微笑裡，橋樑人付出了無數努力，完成了一個又一個先進技術的研究和實踐。

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編輯/段陽陽