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【專文】世界上最長的浮橋

 2019-09-09 13:50
作者與女兒和孫女三人步行SR520新橋。由西岸走到東岸盡頭,共花二小時半,入口處宣示作者是第22179位步入者。(李界木提供)
作者與女兒和孫女三人步行SR520新橋。由西岸走到東岸盡頭,共花二小時半,入口處宣示作者是第22179位步入者。(李界木提供)

我住家洋台原可眺望華盛頓湖的SR520公路與橋,和東邊湖岸豪宅。可是,近幾年來,已被繁茂樹林遮住視線。今天(2019年8月25日)我與女兒和孫女三人步行SR520新橋。從家裡出發,由西岸走到東岸盡頭,共花二小時半,是邊走邊讀解說牌,緩步欣賞。

華州三條浮橋,我開車經過N次,從未關注它們的結構。這次步行走完後,却引發對這項工程的興趣。現將心得報告,與大家分享。

世界上最長的浮橋:西雅圖常青點浮橋(Evergreen Point Floating Bridge)西雅圖除了有第一家星巴克之外,也是全球第一座建成浮橋的城市。

上天賜給西雅圖:海洋、大湖、雨林和山脈的優美環境。但對交通設計師和工程師,卻帶來惱人的詛咒。在高雅的西雅圖郊區建造一個高聳的懸拉橋也會遇到不少政治阻力。建築經理大衛·貝契說(Dave Becher)說:"居民會極力反對"這一想法,不管怎麼說,這些高聳的根塔會阻礙到這裡美麗(同時極具價值)的湖景。這些困難使得華盛頓州成為了浮橋界的全球權威,它吸引了各國的工程師們,來共同攻克這些難關。


美國華盛頓州現在擁有了世界上最長的浮橋,而且是再一次。這座被命名為SR520的浮橋,位於西雅圖邊上,這個是華州三座最長而且最重的浮橋。圖/作者提供

富商比爾(Bill Gates)和梅琳達·蓋茨(Melinda Gates)夫婦的豪宅就位於該湖畔。過去從我家洋台可見到,現森林繁茂,已被遮住。圖/作者提供

西雅圖郊區是傑夫·貝佐斯(Jeff Bezos)和比爾·蓋茨的家,街道兩旁是華麗的湖濱豪宅,高大的大門後面是安全攝像機。圖/作者提供

從西雅圖麥迪森公園(Madison Park)向北看橋的全景。西部道路分為原為東行交通的低層車道和用於西行交通、騎自行車者和行人的高級高架橋。圖/作者提供

修建SR520這座浮橋耗資45億美元,是用於替代一座之前橫亘華盛頓湖的老舊橋樑。這座浮橋向西連接州內高速I 5(國道五)和東部州路SR405,而SR520介於其間。這座橋長達7700英尺(大約2.3公里),因此人們也許會有兩個疑惑:為什麼要在美麗的華盛頓湖上打造這麼一根「巨型麵條」?工程師們是如何將這個混泥土巨獸恰到好處地浮在水面上,並且能承擔汽車甚至是火車的重量?


SR520介於華盛頓湖東西岸之間。圖/西雅圖市政府提供

一萬八千年前冰河期,在華州刻畫了一個長32公里長,寬約-公里的大湖,叫"華盛頓湖"(Lake Washington)。它阻隔西邊西雅圖(Seattle) 地區和東邊貝爾維尤(Bellevue) 、雷德蒙德 (Redmond) 、柯克蘭(Kirkland)、瑟馬米什(Sammamish) 、伊瑟闊 (Issaquah) 等大都會衛星社區。這些地區的社會人口和就業機會-直增加中。給予便捷、安全、爽目的交通需求壓力日增。為了解決於現在和未來這些地區的交通和擁擠,遂有以新橋取代1963至2016所建SR520舊老橋。


華盛頓湖和周遭。圖/西雅圖市政府提供

西雅圖是全美公認生活質量最高的城市,也是傳統的會議旅遊中心,「全美最佳居住地」 以及「最佳生活工作城市」。圖/作者提供

貝爾維尤(Bellevue)名稱源於法語「美麗的風景」,是位於美國西北華盛頓州金縣的一座城市,與西雅圖隔華盛頓湖相望,是華州第五大城(按人口計)。圖/作者提供


雷德蒙德 (Redmond) 位於美國華盛頓州金縣的城市,是華盛頓湖東岸的西雅圖衛星城市,金縣的第九大城和華盛頓州的第二十大城。雷德蒙德 (Redmond)處在大西雅圖地區的東部邊緣,距西雅圖26公里。著名的微軟公司和任天堂美國公司都位於該市。 圖/作者提供

隨著整個大西雅圖地區高科技產業的發展,柯克蘭(Kirkland)也逐漸成為這個產業的中心區域之一。美國超市巨頭好市多(Costco)和網絡帝國谷歌(Google)在此設立辦公室,微軟總部也近在咫尺。圖/作者提供


伊瑟闊 (Issaquah) 是一個美麗寧靜的山中小城,每年秋季,這裡有迷人的楓葉和盛大的鮭魚(三文魚)市場。圖/作者提供

沒有橋墩的浮橋

橫跨美國華盛頓湖湖面、連接西雅圖和貝爾維尤兩座城市的新SR-520公路大橋於2016春正式開通。這是美國華盛頓州第二次擁有世界上最長的浮橋。

新橋於2011年2月開始建造,長度為7710英尺,比1963年建成的舊橋還要長132英尺。新橋由77個浮舟(Pontoon)支撐,比舊橋的浮舟數量高出兩倍多。


新橋長度為7710英尺,比1963年建成的舊橋還要長132英尺。圖/WSDOT提供
 

新橋由77個浮舟(Pontoon)支撐,比舊橋的浮舟數量高出兩倍多。圖/WSDOT提供

浮橋是一種古老的橋渡設施,由於浮橋以浮動基礎代替固定基礎。因此,在交通、軍事後勤工作中,浮橋占有極其重要的地位,尤其對於江、湖面寬闊、水深的河流,浮橋是聯結兩邊最有效手段之一。浮橋與永久橋樑相比,經濟性好,工期短,不永久占用橋址場地。迄今為止,國際上建造最大橋長達2000m以上。在未來,隨著全球經濟向沿江和沿海區域發展,浮橋技術預計會有長足發展。

1940年,西雅圖紀念大橋建成,它成了連接西雅圖和其東邊默瑟島( Mercer 島)的第一條通路。當時建這座浮橋的主張者說,它 " 將西雅圖的工作地點和郊區的家庭聯繫起來 "。數十年後,由於通勤人數增加,華州又先後建起3 座浮橋。

1. 西雅圖紀念大橋,2020公尺,1940年。

這座橋橫跨90號州際公路的東行車道,穿過華盛頓湖,從西雅圖到華盛頓州的默瑟島。世界上第一座使用混凝土浮想建造的浮橋,當時耗資9300萬美元。

 
I-90 跨華盛頓湖的大橋連接西雅圖和默瑟島,最初命名為萊西-默羅浮動橋。圖/WSDOT提供

西雅圖紀念大橋。圖/西雅圖市政府提供

西雅圖紀念大橋又稱I-90 浮橋。它的其中幾個車道將讓位於輕軌線。隨著交通量持續增長,這座城市打算在原有的浮橋上搭建一條 " 漂浮輕軌線 "。


I-90 浮橋。圖/西雅圖市政府提供

這是個價值 37 億美元的大項目。計劃到 2023 年,西雅圖和華盛頓湖東部的貝爾維尤市將實現輕軌的連通。但從未有一個國家或地區有過在浮橋上搭建鐵軌的經驗。而且浮橋能安穩地搭載火車的重量嗎?

聯邦運輸管理局和施工方對浮橋鐵軌項目進行了長達 5 年的環境評估,發現建造漂浮輕軌線在技術層面上面臨著幾個前所未有的挑戰:浮橋必須能承受兩列 300 噸重的火車以 88 公里 / 時的速度相向而行時所產生的巨大壓力。同時,為火車提供動力的高壓電流不會導入浮橋並腐蝕橋下的鋼筋。

但工程師用軸承發明了一種新的鐵路接頭,以保證鐵軌能夠根據壓力靈活彎曲。這樣一來,即便火車以全速前進,軌道依舊平穩,無需對火車進行 30-35 英里 / 小時的減速處理。經測試後,這段鐵路已經開始動工。在其建成後,工作人員會至少測試運行三個月,然後再向公眾開放。

2.西雅圖常青點浮橋,2350公尺(浮橋的部分),2016年。

該浮橋設有77座固定在混凝土舟橋,湖底58個鋼索錨拴。二十一個支持橋面板和上層建築的浮箱(舟橋),尺寸110公尺×23公尺×8.5公尺,承載能力10000噸。建設成本為$ 45億,它取代了1963年開放的四車道原常青點浮橋。


常青點浮橋。圖/西雅圖市政府提供

常青點浮橋。圖/作者提供

新橋橋面由舊橋面升高且擴伸(新橋比舊橋高7公尺;舊橋面35公尺,新橋面45公尺,也增加兩個浮舟),新橋路面增加輕軌、HOV車道和自行車、人行道。圖/WSDOT提供

3.美國胡德運河橋,1988公尺,1961年。

這座橋通過胡德運河,連接奧林匹克和基茨普半島。該水域水深24m到104公尺,由十四個浮箱支撐整個橋樑體系,浮箱在塔科馬的混凝土技術公司製作。


胡德運河橋。圖/作者提供

潛水艇通過胡德運河橋,我們在車上等候行進所拍。圖/作者提供

胡德運河橋。圖/作者提供


胡德運河橋結構模型圖。圖/WSDOT提供

為什麼是浮橋?

華盛頓對於浮橋的偏愛源自於到西雅圖周圍的地質環境。冰河退後,湖東邊的喀斯喀特山脉(Cascade Range)有數座火山不斷噴發,因此湖底累積軟性灰泥。位於城市東邊的華盛頓湖,最深處超過了200英尺(大約67 公尺),湖的底部則是鬆軟的淤泥。這使得建造一座常規的有塔樁的懸拉橋非常困難(或者說昂貴)。該州交通部工程師介紹說,如果建造一座懸拉橋,每一座塔樁必須至少長達630英尺(大約200公尺),幾乎是布魯克林大橋的兩倍。由於湖底是鬆軟的淤泥和湖深,不利於安全和財政負擔,所以需要尋找其他方法解決。

續40年代西雅圖紀念大橋之後,1963年建成520州公路浮動橋,全長7578呎,完成湖面東西往來走廊。但使用53年的舊橋,沒有自行車道、人行道和意外迴行道,來往的雙線道只有11呎寬的車道和2呎的肩道,中間又有-座搖動的懸橋,高出水面6呎,讓船隻近通過。每當暴風雨時,風浪衝到路面,而且路面破舊待修,需時時維護。這令駕駛人不安。所以風速超過每小時50呎時,就闗閉禁行。


修建這座浮橋耗資45億美元,是用於替代一座之前橫亘華盛頓湖的老舊橋樑。圖/WSDOT提供
 

舊橋風浪常沖到路面。這座新橋長達2.3公里,因此人們也許會有疑惑:為什麼要在美麗的華盛頓湖上打造這麼一根「巨型麵條」?圖/作者提供

原因就是:位於城市東邊的華盛頓湖,最深處超過了67公尺,湖的底部則是鬆軟的淤泥。這使得建造一座常規的有塔樁的懸拉橋非常困難(或者說昂貴)。圖/作者提供 

水面之上的混凝土

浮橋的歷史比華盛頓州要古老得多,至少可以追溯到公元前480年。薛西斯一世將300艘船頭尾相連,他的軍隊才得以通過達達尼爾海峽。而這座位於華盛頓最新的浮橋則要複雜得多。相比於沉船(或者是廢棄的航空母艦),這些浮橋使用的是浮舟(空氣箱)。在SR520這一工程項目中,他們一共使用了77個巨大的空氣箱,其中最大的箱子有28英寸高,75英寸寬,360英寸長。


在這一工程項目中,一共使用了77個巨大的空氣箱(浮舟),其中最大的箱子有28英寸高,75英寸寬,360英寸長。圖/WSDOT提供

建築中新橋面與舊橋。圖/WSDOT提供

如果你認為讓一個大箱子下沉的最好辦法是往裡面灌注水泥,那麼你肯定沒有體會到浮力的威力。就像在浴缸中放一個朝下的杯子那樣,水面提供的向上的浮力與這些浮箱(浮舟)的向下的重力相等,所以每一艘浮舟大約有20英尺(大約6公尺)位於水面以下,剩下7英尺(大約2公尺)露出水面。華盛頓的工程師們還為此研發了一種特定的混凝土配方與澆築工藝,確保這些浮舟不會出現裂縫。

在每一艘浮舟內部,是一些更小的水密之艙室。如果發生了極端的意外情況,比如說發生了破裂,那麼這些破裂將被限制在一個艙室內,從而將沉沒的風險最小化。如果安置在浮舟內部的傳感器檢測到了水的侵入,它們將向附近的交通運輸部橋樑維護設施傳輸中心,以及特定的交通運輸官員們發送緊急警告。

根據設計,這座橋樑能抵禦時速達89英里(約140公里/小時)的狂風,這使它能在普吉特海灣(Puget Sound)百年一遇的暴風中安然無恙。這座橋與華盛頓湖底部通過58個「巨大」的錨固定,每一個錨都與3.125英寸粗的鋼纜相連,800呎長,可承受60噸張力。這些所謂的「巨大」可不是說著玩的。其中的一類專門沉入淤泥的錨,重達107噸。其他的錨則主要用來提供穩定性,以及在有風浪時保持橋的平穩。


兩個方向各設有一條高承載車道和一條自行車及行人專用道,總共有六條車道。它一共使用了77個巨大的空氣箱(浮舟)支撐,另外固定它的錨有58個,總重量又高達450噸。圖/WSDOT提供

這座橋與華盛頓湖底部通過58個「巨大」的錨固定,每一個錨都都與3.125英寸粗的鋼纜相連。其中的一類專門沉入淤泥的錨,重達107噸。圖/WSDOT提供

根據設計,這座橋樑能抵禦時速達140公里/小時的狂風,這使它能在普吉特海灣百年一遇的暴風中安然無恙。圖/作者提供

新橋於2011年2月開始建造,長度為7710英尺,比1963年建成的舊橋還要長132英尺。新橋由77個浮舟支撐,比舊橋的浮舟數量高出兩倍多。圖/作者提供

這類錨的總重量達到了450噸,甚至超過了一架滿載的波音777客機。根據設計,這些錨都是無法移動的,哪怕橋面本身已經發生了移動。舉個例子來說,現在人們已經不需要那些錨了,但是那些錨仍沉在湖底。


這類錨的總重量達到了450噸,甚至超過了一架滿載的波音777客機。圖/作者提供

雖然西雅圖有地震,但地震威脅較小。風和浪才是最大威脅。新設計可抗每小時98公尺風力和超過60公尺浪高。

除了浮橋工程外,另有重要工程是湖底人工水泥地板的舖設。每塊長940呎、寬184呎、下至海拔9呎處。這個地板可以支持700個鋼柱。其下先用錨爪(錨)下沉,錨爪是35x26呎,重85噸,沉入湖底後,再置入1250噸玄武岩。錨爪有三種式樣:吸取(Fluke)、軸式(Shaft)、重力(Gravity)。淺水區使用軸式;深水區使用重力式;其他區使用吸取式。


大橋開通以來,汽車日通行量達到13萬輛車,能夠經受9級的地震,預計使用壽命為75年。圖/作者提供

當然,這些浮橋確實有可能沉入水中。在1979年,胡德運河浮橋的一部分因暴風雨而沉入水中。在1990年感恩節假期期間,一名維修人員在對一座關閉式、1940年代建造浮橋進行檢修時,忘了關上浮舟的閥門。隨後浮舟內部開始進水,而內部隔間存在的小裂縫讓事態進一步惡化。工程師貝契說,「我們現在對於浮橋機理的理解要比1940年代好得多。」州交通部門對於這座橋是如此的自信,它們還計劃將來某一天在SR520上舖設輕軌。


在浮橋上架設輕軌存在技術挑戰,浮橋就像水面上的船,通過錨索固定,所以浮橋會上下浮動;當風吹動的時候,也會朝北或朝南微移;當車輛通過的時候,浮橋也會左右微移。工程設計必須滿足6度的位移。圖/WSDOT提供

根據目前的設計表示,當風速高到30-40英里每小時而產生巨大波浪時,可能導致輕軌減少運行。他說:「可能每年會出現一次只允許輕軌單方向運行;可能每10年出現一次暫停運行。圖/作者提供

是一條智能公路(Smart Highway)

智能交通系統通常是指在道路運輸領域(包括基礎設施、車輛和使用者)和交通中使用資訊和通信技術(而不是道路建設方面的創新)管理和移動管理,以及與其他運輸方式的介面。智能公路和智能道路是用於改善連接和自動車輛的運行,交通信號燈和街道照明,以及監控道路狀況,交通水平和速度車輛。

世界最長的浮橋,也是智能的公路,橋下地塊都有自動傳遞信息的裝置,告知是否下沉或漏裂。

路面則裝有偵測器,可以隨時監測路況、擁擠、塞車、意外等狀況,也可警告超速、龜速、拋錨或崩壞的提供。監測中心設在東岸橋樑維修大樓內。


在東路跨度下新建了一座橋樑維修大樓。圖/作者提供

另外橋的中段有可打開部分橋身的裝置,若大型般隻要通過的話,橋中段亮起紅燈時,車輛要停止通行,必須等待般隻通過後,再恢復通行。至於小型船隻通過東岸高聳處;獨小舟或小帆船可隨時在西岸植物園區(Washington Park Arboretum)的溼地穿棲。


東岸高聳處。圖/作者提供

西岸植物園區的溼地。圖/作者提供

入人行道不遠處之西岸植物園區的溼地。圖/作者提供

路面若有車輛污染物出現時,如油或反凍劑污染路面,經過清洗後流入牆溝,維護人員吸走污染物,以免滲入湖裡破壞生態。


千萬人所企盼的偉大工程(通車典禮盛況空前)。圖/WSDOT提供


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