世界復(fù)雜跨海工程--丹麥大貝爾特橋

丹麥大貝爾特橋（Great Belt Bridge，Storebeltsbroen，斯托伯爾特橋，大帶橋）位于哥本哈根正西120公里處的大貝爾特海峽，連接丹麥第一大城市、首都哥本哈根所在的西蘭島和第三大城市歐登塞所在的菲英島，兩島海面距離18公里。

丹麥大貝爾特橋（Great Belt Bridge，Storebeltsbroen，斯托伯爾特橋，大帶橋）位于哥本哈根正西120公里處的大貝爾特海峽，連接丹麥第一大城市、首都哥本哈根所在的西蘭島和第三大城市歐登塞所在的菲英島，兩島海面距離18公里。1987年6月10日，丹麥國會通過建造大貝爾特橋議案并開工興建，1997年6月鐵路通車，1998年8月公路橋啟用，整個工程全部竣工。大貝爾特橋分為東、西兩段，中間以斯普羅約人工島作為中間站。西橋從菲瑛島到斯普羅約島，全長6612米（51x110 m+12x81 m），是一座兩車道鐵路和四車道高速公路并行的橋梁（北面為鐵路橋，南面為公路橋），橋面寬度為25米。東橋連接斯普列約島和西蘭島，是整個大橋建設(shè)重心和復(fù)雜工程，分為海上公路大橋和海底鐵路隧道。公路橋全長6800米，為雙塔結(jié)構(gòu)懸索橋，橋面寬度為31米，兩橋塔間跨度為1624米，是世界上跨距第二大的懸索橋（僅次于同年4月建成的日本明石海峽大橋），橋面高處距海平面65米，對海峽航運(yùn)無影響，中央橋墩高出海平面254米，成為丹麥高的海拔高度。海底隧道為鐵路專用隧道，全長7410米，由兩條相互平行、間隔距離16米、直徑7.7米的主隧道組成。兩條主隧道之間每隔250米有一直徑4.5米的緊急疏散通道相連。橋東側(cè)有一個大橋博物館。

從哥本哈根市前往安徒生博物館，必須經(jīng)過大貝爾特大橋。以1988年價格計算，大貝爾特橋建橋預(yù)算為216億丹麥克朗（編注：實(shí)際后耗資337億丹麥克朗，約合48億美元），是歐洲當(dāng)時預(yù)算高的橋梁工程。由于建設(shè)費(fèi)用較高，大貝爾特橋成為丹麥第一條收取使用費(fèi)的公路橋，其中普通小汽車的過橋費(fèi)為225克朗（約合30美元。丹麥軍警車和外交使團(tuán)車均需交費(fèi)）。在大橋建造之前，每天擺渡的車輛為8,000輛。1998年6月大橋開通至該年年底，通過大橋的車輛為3,700,139輛。2006年，總計通過大橋的車輛為10,080,148輛，平均每天通過大橋的車輛為27,600輛。大貝爾特橋大大縮短了丹麥旅行東西兩島的交通時間。以前，如果加上等待時間，擺渡需要花費(fèi)90分鐘。如果是高峰時間，如周末和假日，等待時間更長。大橋落成后，駕駛汽車通過大橋僅需10分鐘。從國際角度來看，大貝爾特橋和厄勒海峽大橋一起連接了西部的歐洲大陸和北部的斯堪的納維亞，將整個歐盟地區(qū)連接起來。對于貨運(yùn)的意義更為重大，通過這兩座大橋，瑞典和德國之間的貨運(yùn)暢通無阻，甚至可以從瑞典一直運(yùn)送到英國。

跨越波羅的海和北海之間國際航道的懸索橋主跨1624米、橋下凈空高65米，主橋邊跨跨徑535米，兩側(cè)引橋分別長2544米和1522米。上部結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)——全焊接封閉流線型箱梁，在兩個錨碇之間全長2694米范圍內(nèi)連續(xù)，避免了傳統(tǒng)的在橋塔處設(shè)置的伸縮縫。此外，在錨碇和橋梁之間安裝了液壓緩沖器，以限制大橋縱向短期位移。與在橋塔處設(shè)置伸縮縫的傳統(tǒng)體系相比，如此與液壓緩沖器相結(jié)合的連續(xù)體系，提高了橋的整體剛度和穩(wěn)定性，從而降低了橋梁的維護(hù)費(fèi)用。鋼箱梁適宜合理化重復(fù)制造。箱梁內(nèi)表面面積大約占鋼結(jié)構(gòu)總表面積的80%，未涂漆，通過內(nèi)部空氣除濕裝置防腐。主纜全長大約3000米，外徑0.82米。主纜采用空中紡線法施工。

懸索橋下部結(jié)構(gòu)包括橋塔是混凝土結(jié)構(gòu)，高出海平面254米的橋塔，塔柱采用空心矩形截面，從下而上略成錐形�？拷娴臉蛩糠衷O(shè)計為整體澆注結(jié)構(gòu)，墻厚1.2米，配有大量鋼筋，以抵抗25萬噸位船的撞擊，設(shè)計船撞荷載670MN。橋塔支撐在置于礫石海床上的大型基礎(chǔ)沉箱上。海床位于水下大約20米深處。沉箱采用分格式結(jié)構(gòu)，長78米，寬35米，高20米，重3萬噸，在干塢澆注后，再拖運(yùn)到位于30海里外的大橋處。錨碇置于水深約10米處，要抵抗600MN的索力。需要將海底開挖到水下25米處，以建造一個楔形的基礎(chǔ)底部，用于抵抗巨大的水平荷載。每個錨碇底面積6100m2，在從干塢拖運(yùn)出的過程中重5萬噸。

大貝爾特橋修建過程中遇到了許多難以預(yù)料的挑戰(zhàn)。例如，挖掘海底隧道碰到預(yù)想不到的堅硬土層，其中有三分之一是冰漬層，挖掘機(jī)不時被堅硬的土層碰斷著火，工程還遇上可怕的天氣。1991年10月，隧道內(nèi)發(fā)生大水，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度；建設(shè)者們還要考慮到建橋不能影響通過海峽的洋流，對地理變化、環(huán)境等因素也進(jìn)行了詳細(xì)的分析。為安全和維修方便，海底隧道全程共設(shè)31個互聯(lián)緊急疏散通道。

該工程首次提出了100年使用壽命的設(shè)計要求，規(guī)定鋼筋在100年內(nèi)不得開始銹蝕。為保證實(shí)現(xiàn)100年設(shè)計壽命，工程技術(shù)人員預(yù)先進(jìn)行了大量專題研究，制定了嚴(yán)格的混凝土技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如通過規(guī)定摻加一定量微硅粉和粉煤灰來保證混凝土的低滲透性；通過引氣和氣泡質(zhì)量控制保證抗凍性；通過摻加微硅粉來保證耐磨性（抗海水沖磨）；通過限制活性骨料含量及總含堿量，摻加微硅粉和粉煤灰來防止堿骨料反應(yīng)；使用抗硫酸鹽水泥和摻加硅粉來保證足夠的抗硫酸鹽侵蝕性能；使用低熱水泥，摻加微硅粉與粉煤灰來降低水化熱，澆筑時對混凝土內(nèi)部降溫進(jìn)行控制以限制熱應(yīng)力裂縫的發(fā)生。在工程實(shí)際施工過程中，嚴(yán)格地執(zhí)行了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；并根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，采用了相應(yīng)的混凝土施工配合比，其中所使用膠結(jié)材料組成主要為82.3%的波特蘭水泥+12.1%粉煤灰+5.2%微硅灰。這種混凝土不僅具有很高的抗Cl-滲透能力，同時具有低熱、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。