2024年10月16日

武汉长江大桥67岁了 设计专家撰文忆当年

近百万个钢梁铆钉至今无一松动

苏联专家组组长西林(右一)与中方建设人员交流

武汉长江大桥通车现场

武汉长江大桥钢梁合龙庆祝大会 通讯员供图

□楚天都市报极目新闻记者 王柳钦 通讯员 张静 马永红

1957年10月15日,武汉长江大桥建成通车。在它67岁生日之际,极目新闻记者从中铁大桥局获悉,中铁大桥局原副总工程师、今年96岁的赵煜澄撰写追忆文章《修建武汉长江大桥有多难》。

1952年,23岁的赵煜澄从上海交通大学毕业不久,被调到武汉长江大桥设计组。当时和他一起的,还有5位上海交大毕业的同学,他们被称为武汉长江大桥设计“六人组”。赵煜澄的文章,回顾了那段誓把天堑变通途的峥嵘岁月。

深水施工只有气压沉箱法,每人每天只能工作33分钟

以前,世界上桥梁深水基础施工,只有气压沉箱法这一种方法。施工时,气压沉箱犹如一只碗倒扣水底,箱内有压缩空气,水进不去,人在里面工作,要承受附加的大气压力。赵煜澄在文中写道,水深每增加10米,就会增加1个大气压力。水深40米时,人要承受4个大气压力,即每平方厘米的压力达4公斤,这是气压沉箱法能承受水深的极限。

虽然沉箱中有空气,但其中五分之四是氮气,五分之一是氧气,氮气含量高于空气中的占比,而氧气含量低于空气中的占比,施工人员长时间在里面工作,氮气分子会进入人的神经细胞,导致产生“氮醉”的麻痹现象,即所谓的“沉箱病”。

此外,在沉箱内工作一段时间后,人的血液和组织中会溶解过多的氮气,必须在气闸室内经过一段时间的减压,让氮气慢慢释放,才能走出沉箱。如果直接出来,氮气会形成不溶解的气泡,在小血管中形成栓塞,妨碍血液流通,即所谓的“减压病”。

赵煜澄回忆,按照苏联当时的规定:当沉箱内气压达到3.5至4.0个大气压,即水深35米至40米时,每个施工人员每天只能工作2个小时,其中升压时间27分钟,降压时间60分钟,在沉箱内的工作时间实际只有33分钟。

气压沉箱法虽然工作效率低下,且费用昂贵,而且施工人员还要冒着很大的风险,但这是当时世界上唯一的施工方法。

管柱钻孔法破解难题,为世界桥梁建设提供宝贵经验

1953年上半年完成的武汉长江大桥初步设计中,江中8个桥墩的基础施工,都建议采用气压沉箱法。当年9月,苏联方面的技术鉴定结论,同样是采用气压沉箱法。

1954年,苏联专家组来到武汉,组长西林从苏联的一本煤矿工业杂志的文章中获得灵感,建议采取一种全新的施工方法。该方法设备简单,也容易操作。这种方法,后来被称为“管柱钻孔法”。它摒弃了有着百年历史的气压沉箱法,其最大优点是,施工人员可在正常大气压力下工作。

1954年10月至1955年6月,在近8个月的紧张试验中,从陆上钻头试验、管柱预制、深水定位、下沉管柱,到岩面处理、水下钻岩、下钢筋笼、水下混凝土封底,再到钻小孔穿过封底混凝土进入原始岩层取得岩芯进行检查,经过一次次失败、改进,“管柱钻孔法”终于取得成功。

水下混凝土的填充质量,是检验新方法效果的关键。赵煜澄依然清楚记得,整座大桥共有24根管柱。使用钻机钻取水下混凝土并深入岩层,便可检查水下混凝土的强度及混凝土与岩层结合的情况。结果显示,除早期施工的3根管柱的岩盘顶面有少量沙土和碎石,其余21个均无夹层,说明清孔干净。同时,填充混凝土的强度达到每平方厘米170公斤,均超过设计要求。“管柱钻孔法”的成功得到了实践证明。

1955年12月,苏联工程运输部部长及专家们来汉交流经验,其中有一位“早期怀疑派”看到这些直径100毫米的钻芯实物后,禁不住竖起大拇指,连连称赞“管柱钻孔法”是对世界桥梁建设的重大贡献。

近似计算法压缩工作量,技术创新成就钢梁铆合奇迹

赵煜澄在文中回忆,不仅水下施工困难重重,大桥上部结构建设时也遇到了许多难题。

1954年还没有大型计算机,只有计算尺和手摇计算器。面对五次超静定,每一次荷载下的应力分析,都要解析五个并列方程式。此外,结构杆件数量多,必须画出每根杆件的影响线,如果用传统方法计算,工作量超乎想象,使用简化的计算方法迫在眉睫。

为此,从钢梁计算开始时,设计人员首先假定截面都是常数,计算出支点反力,再将主桁分解为两个斜杆系统,求出各构件的内力和截面,据此再进行下一步计算。

这种近似方法,大大简化了计算工作量。武汉长江大桥建设后期,曾用两列双机牵引的火车进行一系列荷载试验,证明上述近似计算方法基本符合实际情况。

有了计算作为基础,钢梁架设也作了提前谋划。在设计时,钢梁制造采用工厂化、标准化、样板化、机械化,这样一来,用悬臂法架设时游刃有余,满足杆件制造尺寸准确、同编号的杆件可以互换、架设时不需扩眼的要求。

让赵煜澄印象深刻的是,武汉长江大桥的钢梁板束累计最大厚度达170毫米,使用又长又粗的传统26铆钉很难铆合。经过研究,设计人员创新制成了一种高头锥体形钉杆铆钉,替代原有的半圆形钉头直杆铆钉,施铆肘加用跳动式风顶,这样大大增加了铆钉的填实度。武汉长江大桥有近百万个铆钉,历经近70年的风霜雨雪,至今无一松动,创造了钢梁铆合的奇迹。

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