深圳湾大桥钢缆断裂相片 (深圳湾大桥现在怎么样了)

“惶恐滩头说惶恐,零丁洋里叹零丁。”

文天祥在漂泊过伶仃洋时,感叹国家风雨飘摇,个人命运如浮萍,便写下了这句诗,伶仃洋上的孤苦零丁,有谁能懂?

今时不同往日,如今的我们,能轻松跨越伶仃洋,因为大海上的银色阶梯——深圳湾大桥建成了。

2007年7月1日,深圳湾大桥通车,它位于伶仃洋与珠江口相接的东面海滩,北接深圳口岸,南接香港10号干线。

它是广深的咽喉,中国公路干线网中唯一与香港直连的大桥。

可谁能想到,刚通车不足15年的深圳湾大桥竟遭遇危机,其中一条长约280米,直径达160毫米的外置钢缆完全断裂。

2019年2月,深圳湾钢缆断裂大调查紧急启动,究竟是什么原因撼动了大桥?

深圳湾大桥钢缆,深圳湾公路大桥钢缆折断

深圳湾大桥

意义重大的深圳湾大桥

深圳湾大桥全长5545米,侧桥长达2040米,香港路段3505米,整体桥面宽达38.6米,索塔总高度139米,拥有双行六车道高速公路,行车速度可达100公里/小时,是国内最宽、最标准、最高的公路大桥之一。

除开路灯照明,深圳湾大桥上还装有绚丽的灯饰,每到夜里,灯光会映照得海水五光十色,这些奇妙的色彩更衬出大桥的壮丽。

如果你能站在深圳湾观桥公园,你会见到一条梦幻般的银色通道飞跃海面,在阳光下熠熠生辉,直达海的另一头。开着车行驶在大桥上,你能感受到古人所描述的“水天一色”究竟是怎样的美景。

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它的诞生是粤港共同努力的结果,两方各自投资、共同建设、各自管理且免费通行。它将广州与香港的距离缩短至100千米,使两地人民更紧密地连接到一起。

这是一座跨海大桥,所以建设时需要跨海作业,而且工程要在一个又弯又斜的坡道上展开,其特点只能用“急、难、险”来形容。

2003年开工,建筑师们一天只能架一块桥梁,而桥梁的缝隙误差必须要低于五毫米,且要求一次吊装成功。

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更难的是许多工程在海底展开,运输、安装、检测,没有一个环节是省油的灯,它是中国罕见的海上建筑,所以遇到许多类似于大跨度、悬拼线性、真空压浆等技术难题,建筑师们一边修建,一边克服困难。

就在这样情况下,深圳湾大桥建成,保守估计可用年限达到120年。

可让人没想到的是,仅仅12年,这座桥就出事了。

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那是2019年2月15日,一名工程师对深圳湾大桥的香港段高架桥进行例行检查,和之前的无数次检查并没有什么不同。

但当他走到P5桥墩时,发现了不对,钢缆坑槽中,竟有一根断裂的外置钢缆!

此消息迅速传到了顾问和专家耳中,众人皆惊,待将这根钢缆抽出,发现它已被折断,且断裂面有明显的锈蚀痕迹。

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断裂的钢缆

钢缆对桥的作用极大,是桥承重的主要构件。

深圳湾大桥属于斜拉桥,是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁。

它是由承受压力的桥塔、感受拉力的桥索和承弯梁体组合起来的结构,这种桥体是能降低建筑高度,减轻结构重量,还能节省材料,这种桥体会用到钢缆。而这根断掉的钢缆就是属于梁体的一部分。

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深圳湾大桥

深圳湾大桥的高架桥桥面是梯形箱梁,被设置于箱梁中的钢缆,对桥的承重极其重要。

这根钢缆也被称为预应力钢绞线,作用是在箱梁承受荷载之前,钢缆先通过张拉给于荷载作用一个相反的作用力,让箱梁缓缓,别直接给压断。

这样荷载需要先与钢缆制造的反作用抵消,然后梁才受力,从而达到保护的作用。

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举个不算恰当的例子,蹦极便是在人坠落到地面之前,用绳子的预应力,抵消掉人下坠的重力,这样才拉住了人。

预应力钢绞线通常采用高强度的抗拉预应力材料,所以能极大增幅梁的荷载,而同等荷载下,拥有预应力的梁只需要更小的截面尺寸,这能充分减小自重,还能克服普通钢筋梁容易出现裂缝的痛点,所以这根钢缆是这座桥不可或缺的一部分。

现在P5桥墩的钢缆断了,谁也不敢确定,会对深圳湾大桥造成多大影响,所有人都深知“千里之堤,溃于蚁穴”的道理。

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此事引起了各方的高度重视,立刻成立了调查组,调查钢缆为何断裂。

就这样,深圳湾大桥钢缆断裂大调查正式启动。

P5桥墩的这个钢缆坑槽共有3根钢缆,左上和右下的外置钢缆检查后均完好,右上无钢缆,怎么偏偏是左下这一根断裂了?

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调查组首先从这根断裂的钢缆入手,它由37束钢绞线缠成,每束钢绞线又是由7根钢丝绞合而成。

它们被装进高密度聚乙烯管道,然后再用水泥浆进行密封。

钢缆长达280m,用P5桥墩一直延伸至P1桥墩,钢缆的断裂处发生在P5。这种扎实的钢缆理论上能用很久,不至于12年就自然断裂,必定有深层次的原因。

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当初的施工方案厚厚几大本,施工图更是看不出端倪,理论上,施工过程的任何纰漏,都有可能导致危险的事故。

而这次的事故实在蹊跷,3根钢缆只断了一根,且有明显腐蚀,而旁边的钢缆近乎完好。难道,是偷工减料?抑或者质量监督不力?

不论是哪种情况,猜是猜不出来的,只能找当事人问询。

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腐蚀的钢绞线

调查组决定寻找当时进行项目施工的施工组,他们是安装钢缆的现场人员,有现场的第一手资料。

于是,调查人员分别去找当初做钢缆施工的施工分包和施工负责人,结果大失所望,距离项目完工已经过去12年,当初的钢缆项目人员大多杳无音讯,调查组一无所得。

不得已,又只能将重点转移回钢缆,希望能从这根伤痕累累的铁疙瘩上寻找新的线索。

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钢缆上的锈蚀引起调查组的疑惑,钢缆到底是折断后才遭到锈蚀,还是锈蚀后折断呢?

280米的钢缆被整根抽住进行观察,发现断面只发生在P5桥墩处,且断裂的钢缆是由上至下的倾斜破坏面,全部发生在它的上半部分,而下半部分,基本没有受到损伤。

继续观察,调查组发现钢缆上半部分承受张力的韧性材料,也就是钢绞线,已经失效了,且断裂面与拉应力呈一明显倾斜角度,上面遍布着细小的呈纤维状的断裂口。

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很明显,这是“延性断裂”,说明钢缆在断裂前发生了塑性变形,它不是“破裂”的,而是被“拉开”的,所以表面很粗糙。

这也证明并非是材料的质量问题,因为它并非像摔杯子一样“啪”地碎掉,而是像面团,被不断拉扯变形,直至断裂。

现在可以确定,钢缆是先折断,才遭到锈蚀,或是在锈蚀中被折断。

可问题又出现了,为什么钢缆会遭到锈蚀呢?

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绝命尘埃

调查远未结束,一名工程师在锈蚀的钢绞线上发现奇怪的白色粉末,白色粉末的分布并不平均,有的钢绞线满布粉末,而有的几乎没有粉末。

白色粉末被带往实验室,成分报告显示,它是水泥蒸发后形成的某种反碱产物——氢氧化钙。

这可稀奇了,水泥反碱的发生是有条件的,需要水泥的表面有水分,且水分能够蒸发。

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钢绞线上附着的白色粉末

而钢缆管中的水泥,起到的是密封的作用,被密封后,哪来的条件让水泥蒸发呢?

会不会,是水泥浆的封装出了问题?

调查组为了研究这个可能性,将这个断裂钢缆的另一头也就是P1那端也进行了拆卸。

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结果发现,P1端的37根钢绞线完好无损,白色的水泥浆被均匀地浇筑在钢绞线上面,没有断裂,也没有白色粉末。

看来只有P5端的钢缆水泥封装出了问题。

调查人员顺藤摸瓜,开始研究水泥封装失败的原因。

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于是,他们先拆下来P5锚头处的排气管。这根管子是用来给水泥管排气的,当钢缆内开始装水泥浆时,便会插上排气管,维持气压,直到出浆口都溢出水泥,便说明水泥浆装满了。

果然,P1处的排气管装满水泥,而P5处的排气管内毫无水泥痕迹,只有些许灰尘,看来水泥浆并未密封整个钢缆!

这让调查组十分惊喜,他们已经能感觉到钢缆断裂的真相在朝自己招手了。

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P5锚头处的排气管

根据结果逆推,P1装满而P5未满,猜测施工人员可能在P2至P3之间进行水泥浆注入。

那么是现场的施工人员未填充满水泥吗?这里就要说到水泥浆的注入工序了。

在安好排气管后,施工人员会往水泥管注水,这一步是检测密封性。然后排空水分,在注入口进行水泥浆注入。

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水泥浆从位于P2至P3之间的注入口,均匀地向两边流,一边灌满P2、P1处,一边顺着P3流向P4、P5处,在气压的作用下填满整个钢缆。

如果当时的施工人员发现,P1和P5的出浆口都稳定流出水泥浆,便会认为钢缆填充完毕。

这样看来,当时在现场的施工人员应该是确定了P5处出浆口溢出水泥浆,才会停止密封,那为何钢缆未被填满呢?

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就在调查组再次一筹莫展时,P5排气管和喇叭口的灰尘引起大家的怀疑,一种可能性浮上水面。

会不会是这微小的尘埃,让钢缆未被注满?

经过专家的一系列研究后,一个名词解答了众人的疑惑——涌浪效应。

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涌浪效应常常发生在使用热分检测器时,当实验人员将大量气体或液体注入时,会使其迅速汽化,从而导致体积膨胀。

而水泥浆流至P5时的因为压力下降,流速很慢。

这时,排气管口的空气与水泥浆混合后发生涌浪效应,搅动起排气管内的灰尘,同时源源不断的灰尘被涌浪效应形成的气旋吸进排气管。

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这些被吸进来的灰尘堵塞了排气管,导致空气无法排出。

钢缆内外的压力差变了,P5上方的水泥形成了一个导致局部有界的气泡,这个形成的气泡被称为“气穴”。

尘埃堵塞排气口导致了气穴产生,而气穴又占据了本该注满水泥浆的P5处上半部。

难怪P5的钢绞线上能找到蒸发成粉的水泥,尘埃堵死了排气管,残留的气穴使部分水泥浆泌水,从而锈蚀上部的钢缆,而长达12年的锈蚀引发了钢缆的断裂。

真相大白!谁也想不到,细小的尘埃能如此致命。

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冗余度化解绝命尘埃

值得庆幸的是,虽然事前没人能想到,尘埃会是罪魁祸首,但得益于政府设计深圳湾大桥时非常保守,每个箱梁中都装着三根钢缆。

哪怕是其中两根钢缆发生断裂,大桥也不会在一瞬间崩塌,还有足够的抢救余地。

而这种保守的设计也被叫做桥梁工程的冗余度

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冗余度就是为了保证安全,额外做出的准备,虽然有个成语叫“过犹不及”,但只要事关安全,“过”也值得,深圳湾大桥的冗余度设计就充分证明这一点。

桥梁冗余度是中国桥梁设计非常重要的一环,按照不同桥梁的使用目的,在允许的特殊事件里有足够的容错空间,如深圳湾公路大桥就要保证火灾、地震、大雪或交通事故的出现不会瞬间破坏桥体。

而冗余度的重要指标便是承载能力和强度储备,美国的俄亥俄州I-275桥梁突发性结构坍塌便是桥梁冗余度不够的体现,若是足够,在局部性桥墩被破坏后,大桥应仍保持十分钟以上的稳定性,保障桥上民众的生命安全。

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美国的俄亥俄州I-275桥梁坍塌

在检测出钢缆断裂后,深圳湾大桥的高架段立刻进行了封闭,检查人员对桥上的所有钢缆进行再次巡查,调查组也重新评估大桥的设计方案。

万幸,深圳湾大桥的设计极其严谨,安全性能极佳,仅3个星期,断裂的钢缆便被替换成新钢缆。

封闭的高架桥又一次敞开,车流与人潮如约而至,徜徉在伶仃洋的上空。

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生活总是有太多意外,一颗小小的尘埃也能险些酿成大祸,但中国的建筑人是严谨和认真的。

无法避免意外,那就把安全保障做到最好。

这样的桥梁,令人放心。