从渡轮航线到固定通道

联邦大桥跨越加拿大诺森伯兰海峡,把爱德华王子岛博登一带与新不伦瑞克省连接起来。工程长期以“诺森伯兰海峡固定通道”之名筹划,目标是让公路直接跨海。原有渡轮冬季受风暴与冰情影响,夏季则可能出现排队;联邦政府持续补贴渡运,也要承担维持岛陆交通的责任。

1987年,加拿大公共工程部门启动新一轮方案征集。此后经历设计比较、环境审查、冰情研究和财务竞标,建设合同于1993年10月7日签署。这个日期标志项目进入合同实施阶段,1997年才是建成通车之年。

参考:[1]

承建组织与三十五年安排

开发主体Strait Crossing Development Inc.承担设计、建设及此后35年的运营维护,期满移交加拿大政府。具体施工联合体由Strait Crossing、Morrison Knudsen、GTM Entrepose和Ballast Nedam组成;合同签订后,J. Muller International与SLG Stanley组成的设计联合体负责深化设计、施工图和施工监测。参与设计发展的工程师包括巴里·莱斯特与加米尔·塔德罗斯。

跨海通道的财务安排与政府维持岛陆交通的责任相联系。原有渡轮的年度补助到1992年为4190万加元;桥梁运营则由政府按照跨海通道补助协议持续付款。开发者承担长期运营与维护责任,使施工成本、构件耐久性和日常养护共同进入项目设计。

参考:[1] [4]

长跨预应力混凝土桥

桥梁采用预制预应力混凝土箱梁,全长约13公里,由海中主桥和两端引桥组成。主桥典型跨径250米,引桥典型跨径93米。增加跨径减少了海中墩基的数量,同时给浮冰留下更宽的通过空间。

主梁在桥墩两侧形成悬臂,再由吊装梁段连接相邻单元。墩基落在海底基岩上,预制基础与砂岩之间灌注水下混凝土,使承压接触更均匀并减小沉降。全桥按百年使用寿命设计,海水、冻融和钢筋腐蚀都进入材料与构造的选择。

参考:[1] [2]

把海上作业移到岸上

海峡开放水面的施工季节短,大规模海上现浇会使工期过度依赖天气。1993年10月,施工方先在两岸建立预制场;1994年夏开始生产永久构件。大陆一侧预制引桥节段,岛上则制造主桥的大型模块,再由重型双体起重驳船运至桥位吊装。

这种方法把大量模板、钢筋、浇筑和养护工作放在陆地完成,但要求构件制造与海上定位紧密配合。主梁与桥墩采用匹配预制的定位构造,便于巨型梁落位;墩身连接设在海面以上,再以从空心墩内穿过的预应力缆索与基础连接。吊装后的梁段也通过连接与后张作业形成连续受力体系。

参考:[1]

冰荷载决定桥墩形状

当地通常每年结冰三至四个月,漂移冰脊能对桥墩产生很大的水平力。设计审查还关注桥墩阻滞浮冰、推迟海峡解冻对渔业的影响,因此要求足够墩距和轴对称墩形。主桥水线附近设置锥形防冰体,让完整冰层爬升并弯折破坏,降低直接挤压墩身以及周期性冰振的风险。

防冰锥向平均海面下延伸4米后截断,下部基础的锥形则用于抗滑与抗倾覆。通车前安装的仪器持续记录冰力和冰体运动。布朗2006年的论文结合多年观测及水槽试验指出,截断边缘还能打散冰脊下部碎冰,使实际作用在墩身上的冰脊荷载低于原先模型所预期。

参考:[2]

1997年通车及初期影响

1997年5月31日,联邦大桥开放,公路车辆获得跨越海峡的固定通道。此前多年经历的设计、合同、预制场建设、构件生产和海上吊装,由此汇入正式运营。按合同约定,桥梁随后进入由开发者承担的长期运营维护阶段。

加拿大统计局的1997年调查显示,当年美国居民到爱德华王子岛的过夜访问接近20万人次,比1996年增长近五成;其他海外居民的过夜访问为5.2万人次。外国过夜访客消费共7800万加元,增长42%。统计局把新桥视为交通入口和旅游吸引物,这些数字记录了大桥开放当年的全岛外国访客活动。

参考:[3] [4]