安家庄大桥 | 永定河上的“解题高手”|安家庄大桥|左岸|桥墩|永定河|海河

每一座桥梁都连接着此岸和彼岸，它们是解决“跨越”这道难题的答案。每一座桥梁又各不相同，它们面临的建造难题各种各样。

在北京市，有一座正在建设的桥梁，一下子解决了好几道难题，成为新晋的“解题高手”！它就是一举跨越了河流、铁路、国道的安家庄大桥。

重重困难

安家庄大桥，工程全称为国道109新线高速公路安家庄特大桥。安家庄位于峰高谷窄的门头沟山区，风景优美，但交通不便。永定河自西北向东南从这里穿过，左岸有妙峰山，右岸有清水尖山。建设中的国道109新线高速公路（北京市段）是京西地区的首条高速公路，这条惠民之路将在安家庄上空斜交跨越永定河谷，作为高速公路工程的一部分，安家庄大桥便担起了这一重任。然而，想要跨越这道河谷，绝非容易之事。

难题之一：

跨过有“个性”的永定河

安家庄大桥的桥墩

作为海河水系的最大支流，永定河是条很有“个性”的河流。它发源于黄土高原，河水含沙量大，有“小黄河”“浑河”之称；到下游平缓区后，河中泥沙淤积，河床抬升，以至河道迁徙不定，又有“无定河”之称。历史上，永定河是海河水系里洪灾最厉害、最多发的一条河。现在，虽然上游有水库调洪，下游有高堤拦防，永定河难以随意变道，但冬夏水量落差仍然相当可观。尤其是每年七八月，门头沟地区多大雨、暴雨，那时，平日清水潺潺的永定河就变成浊流奔腾的景观了。

因此，在这里建桥，首先要考虑的是尽可能减小桥梁在河道里形成的阻水面。对此，河道管理部门给出的数据是：新建桥墩阻水比（反映桥梁占用河道的情况和阻水程度的比例）不得超过5%。这是一个严苛的数值，它意味着常规的桥墩结构形式基本都不符合要求。安家庄大桥的桥墩必须少而又少、细而又细，梁体必须薄而又薄，或者镂空。

难题之二：弯曲的桥

按照道路的设计方案，国道109新线高速公路在安家庄路段并非笔直，而是有弧度的。这就意味着，从高空俯瞰，安家庄大桥是弯曲的，其内侧（北侧）位于半径1500米的圆曲线上，外侧（南侧）则位于半径1600米的圆曲线上。根据曲度和河谷宽度计算，大桥的外侧长度至少需要496米、内侧长度至少需要350米，方可同时跨越铁路、河道和公路。我们不妨在此猜想一下：什么样的桥可以一侧长、一侧短？

难题之三：新路之前的旧路

相对于新建的道路来说，旧有的道路被称为既有路。安家庄的永定河两岸就有2条既有路——左岸是丰沙铁路，右岸是109国道（区别于建设中的国道109新线高速公路）。

丰沙铁路建成于1955年，是山西煤矿外运的重要通道，建成之后因为运量越来越大，进行了扩能改造，运营列车车次密集；109国道则建成于2009年，是北京至西藏拉萨的公路（简称京拉线），也是一条国家公路网的重要干线。

想跨越永定河谷，安家庄大桥必须同时跨越丰沙铁路和109国道，而这两条既有路都很繁忙，显然是不能一直封路停运、等待安家庄大桥施工建成的。

安家庄大桥的“解题思路”

安家庄大桥

(曲线外侧)侧视示意图

面对这些难题，安家庄大桥这一“解题高手”是如何逐一破解的呢？

1个桥墩，足矣

从上文可以知道，面对极具“个性”的永定河，安家庄大桥的桥墩数量必须少而又少。那就在河道中仅设1个桥墩吧，墩位同时在曲线内侧和外侧的正中间处。如此，安家庄大桥便是一座双主跨桥，曲线内侧主跨2×175米、外侧主跨2×248米。

同时，桥墩形状还要细而又细，但不可能细到无底限，如电线杆那样，细是细了，却无法支承梁体。让阻水面最小化的桥墩形状是圆柱形，而圆柱形的桥墩可以细到什么程度，则由其自身的材质和需要支承的梁体决定。相同体积的钢比混凝土承载力要大，因此，圆柱形的钢桥墩是安家庄大桥的最佳选择。

把桥面一分为二

由于安家庄大桥是一座弯曲的桥，且外曲和内曲的长度相差较大，两段曲线很难在一整幅桥面上实现。于是，工程师想到了一个绝妙的解决方法：把整座大桥分成左右2幅桥面，即将桥面沿纵向中线一分为二，彼此分离、互不相连，建成后双向车道各自独立。

大多数双幅桥是并列的两座桥，不仅各有各的桥面，还各有各的基础、桥墩。但因为永定河谷的特殊情况，其上的安家庄大桥不能有更多的桥墩，所以它的两幅桥面必须共用桥墩和基础。共用的桥墩被设计成“门”式，两根“门柱”是两根圆柱形钢墩柱，“门楣”则是粗壮结实的钢盖梁，2幅桥面的梁体可以稳稳地落在盖梁之上。

让大桥转个身

如此一来，安家庄大桥便是一座拥有1个桥墩、2幅桥面的大桥。而要将它从图纸“变”到永定河谷上空的同时，还必须保障既有路（丰沙铁路和109国道）的正常运行，也就是说，拼装架设梁体的作业无法在既有路的上空进行。安家庄大桥提出的解题办法是——转体。

转体，就是要利用永定河的枯水季，在河道内搭设临时支墩，顺着河道将两幅钢桁（héng）架梁拼装完成，再逆时针旋转约25度，将悬臂的顶端落至已建成的永久性桥墩（安家庄大桥两端的桥墩，区别于河道中的大桥桥墩）上。

安家庄大桥的转体技术

转体过程中的安家庄大桥

近些年，转体技术经常在环境受限的桥梁建设中被采用，并非新颖独特的施工工法。但是，安家庄大桥的转体里却包含着一个“硬核”的难题。一般来说，转体桥的梁体往往是与桥墩固结为一体的，转体装置安装在桥墩底部；但根据永定河的严苛阻水比，庞大的转体装置安放在临近河床的桥墩底部是不被允许的。所以，安家庄大桥的转体只能在墩顶进行，整座大桥的转体系统位于30多米的高空，其结构十分复杂，受力和变形牵一发而动全身。

如果把桥墩比作一个人的身体，悬伸的梁体比作其伸展的胳膊，那么普通桥梁转体是通过脚步移动、转动整个身体来完成，而安家庄大桥却是身体不能动、通过转动肩膀把胳膊伸到预设的位置完成的，且身体还比别人的更加纤细！

为了顺利完成转体，项目团队采用了智能化同步控制牵引系统、智能化实时可视监控系统以及北斗定位智能监测系统，实时检测转体的各项相关参数，掌握转体桥的状态。最终，安家庄大桥的转体圆满完成。

本文节选自《知识就是力量》杂志《永定河上的“解题高手” 安家庄大桥》。