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作者| 须臾千秋，清华大学土木工程博士
四川省西部位处横断山脉当中，是青藏高原与四川盆地的交汇处。这里的地形变化剧烈，山高谷深，几千年来交通极其不便。到了现代，在这里修建的公路也仍然是世界级的高难度工程。
从四川雅安到西昌的高速公路就是这样一项高难度工程，而公路中位于荥经县境内的腊八斤特大桥则是整条高速公路的控制性工程。
下面我们就来讲讲这座"特大桥"。
（一）不是悬索桥不是斜拉桥，这是一座造型独特的"特大桥"
对于一项工程来说，仅仅是"控制性工程"这五个字，就奠定了它至高无上的地位。
"控制性工程"指的是一项大工程里最难的那一个或几个项目，它们要是建不好，整个工程都无法使用。因此，控制性工程决定了整个大工程的工期和质量，也需要投入最大量的人力和物力。
全长240公里的雅西高速公路被国内外专家学者公认为国内乃至全世界自然环境最恶劣、工程难度最大、科技含量最高的山区高速公路之一，因其地势险峻被称作天梯高速、云端上的高速公路。而全长1140米，为横跨200多米深的腊八斤沟而修建的腊八斤特大桥正是雅西高速中的控制性工程。
所谓特大桥，指的是多孔跨径总长大于1000米或单孔跨径大于150米的公路桥梁或桥长大于500米以上的铁路桥梁。在现代，为跨越河流或深谷而修建的特大桥通常会采用悬索桥或斜拉桥的结构形式，这两种现代桥型技术成熟，建设经验丰富，而且无需修建大量桥墩。
然而，悬索桥或斜拉桥的全部荷载都要施加在两座索塔上，索塔本身也高达数百米，重量巨大。而腊八斤沟的地质条件十分复杂，沟深坡陡，这里的地质条件无法确保能安全地承担起这两座索塔。
此外，横断山脉地震高发，大风常年肆虐，这样的环境不适宜建设柔性的悬索桥。斜拉桥的最佳跨度在1000米左右，腊八斤大桥的设计跨度却达到了1140米，如此跨度如若设计成斜拉桥，不仅技术上过于繁琐，在工程造价上也极不经济。
因此，腊八斤大桥就设计成了如今这种乍看上去颇为古怪而笨拙的连续刚构桥。它的单墩跨度最大只有200米，桥墩的高度最大却达到了182.5米。夸张的高宽比使得大桥看上去不像大桥，而是宛如一面空心的高墙。
然而，这种古怪的造型却恰好可以适应腊八斤沟这种恶劣的地质条件，投资少，工期短，安全性高。
不过，连续刚构桥的设计却不像悬索桥和斜拉桥那样有模板可套，尤其是桥墩的设计。对于深谷之上的腊八斤大桥，由于要通过减少桥墩的顺桥向抗推刚度来改善桥梁受力，这就必须使得桥梁的截面积较小，而桥墩的高度较大。
这种高桥墩与传统的"矮胖型桥墩"在受力特点上有明显的不同，如若使用传统的力学计算方法必定会造成很大的误差，并使结构偏于不安全。
在一般的连续刚构桥计算中，为方便起见，都把连续刚构桥当作平面结构加以计算。
但由于腊八斤大桥的桥墩高度与梁单元相当，结构整体的刚度较小，一旦受到地震、飓风或其它意外的横向力作用时，又细又长的桥墩就会如同一支筷子，很容易失去稳定进而发生弯折。因此，为确保结构安全，就必须对桥梁结构的内力和变形作更为精确的分析计算，同时也对桥墩的施工质量提出更高的要求。
（二）钢管混凝土组合式桥墩，国内桥梁设计的第一次
腊八斤大桥的超高桥墩，无论在受力特点还是施工工艺上都与普通的桥墩不甚相同。
超高桥墩必须具有极高的结构强度和稳定性才能保证大桥安全，为了达到这一目的，桥墩采用了"钢管混凝土组合柱"结构，这在中国桥梁建设史上是第一次。
桥墩采用分幅式钢管混凝土叠合柱，横向宽7米，顺桥向顶宽10米，底宽13米。柱子并非实心，它的结构十分复杂，每根格构柱的承重主体由4根直径1320毫米的钢管组成，管中灌注抗压强度80兆帕的高强混凝土。
钢管混凝土柱间用型钢相互连接，沿墩高每隔12米设置一道100厘米厚的水平加劲预应力钢筋混凝土隔板。在柱子的外侧，还要外包30厘米厚的钢筋混凝土外包层作为保护。在每根柱子底下，还有16根直径2.5米的钻孔灌注桩将桥墩紧紧地嵌在山体的基岩之中。
钢管混凝土的神奇之处，就在于它将钢材与混凝土的优势有机地结合在了一起。
混凝土的抗压强度很高，但在受到压力作用时，垂直于压力方向的混凝土会发生膨胀。而混凝土的抗拉能力又很差，这就使得混凝土容易发生横向的受拉破坏。
但如果直接将混凝土浇入钢管中，紧密结合的钢管就会对受压的混凝土产生侧向约束，这可以成倍地增加钢管内混凝土的抗压能力。此外，在遭遇侧向力时，抗拉强度很强的钢管还可以抵抗结构的弯矩，防止混凝土发生破坏。钢管还能保护内部的混凝土不受外界水分和有害离子的侵蚀。
因此，对于这种超高桥墩，钢管混凝土确实是最适合的结构。
不过，钢管混凝土的施工也并不容易，要求很高。
钢管与混凝土之间必须紧密联结才能起到协同受力的作用，因此，钢管混凝土的灌注必须从底部开始，稳步升高，这样才能保证钢管内没有气孔和间断。
另一方面，钢管混凝土对混凝土的要求也极高。混凝土既要强度足够高，达到承载力；又要有非常好的流动性和缓凝性，以使得灌注过程顺利。同时，还不能泌水离析，不能产生太大的收缩，否则会使得钢管与混凝土脱离，无法协同受力。
对于普通的混凝土而言，这几条要求是相互矛盾的。如果既要强度高，又要流动性好，那就几乎必然要产生很大的收缩。
工程师们经过大量的研究和反复试配，通过调整骨料的级配和矿物外加剂的比例，在提高混凝土流动性的同时减小了混凝土的收缩，强度达到了普通混凝土的三倍。
这种高性能混凝土就连砂子的选取都很有讲究，采用天然砂与机制砂以8：2的比例混合，可以使强度、流动性和收缩三者都达到最优。这样生产的混凝土虽然价格比普通混凝土贵很多，但极大地减小了桥墩的总截面积和混凝土消耗量，降低了工程总造价和总碳排放量，可谓"磨刀不误砍柴工"。
（三）厚度随位置发生变化的梁体，施工过程十分讲究
观察腊八斤大桥的主梁可以发现，在两侧引桥段，梁的厚度是不变的；但到了跨度很大的主桥段，梁的厚度就随位置发生了变化。越靠近桥墩的地方，梁越厚，跨中位置的梁则特别薄。
事实上，这一变截面是根据桥梁的实际受力来确定的。在靠近跨中的位置，桥梁受到的荷载产生的弯矩并不大，但这里的梁体自重却会给梁与桥墩连接处施加巨大的弯矩。因此，将这里的截面进行削弱，对桥梁整体的承载力是有利的。
除了梁体的截面本身，在主梁的箱型截面内还暗藏着两排预应力钢束。它们提前给箱梁的受拉部位施加了预压力，在大桥受到外部荷载的时候，可以显著提高梁体的抗拉能力，提高桥梁的总体承载力。
现浇变截面梁的施工也很有讲究。它从桥墩的顶端开始同时向两侧修建。两侧的工程进度必须保持一致，否则如果一端轻、一端重，梁连同下部的桥墩就会一同发生弯曲，使得梁端的接合处发生几厘米的偏移，进而影响梁端之间的接合。
如果施工进度有差异，就必须在一侧梁端施加相应的配重来进行调节。整个大桥的施工流程必须控制得十分精确，才能保证大桥最终的严丝合缝和使用阶段的质量。
结语
腊八斤大桥已于2012年建成，它所附属的雅西高速公路也于2012年4月全线通车。区区240公里的路段，跨过270座大桥，穿过25条隧道，是人类工程史上的一个壮举。
这是一条非常值得驾驶的路段，尤其是在高达200多米的腊八斤大桥上，汽车如同在高空中飞驰，云雾中大桥若隐若现，蔚为壮观。
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编辑| 史文慧
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：网易《了不起的中国制造》
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