在四川省雅安市的雅西高速公路上， 有一座雲霧籠罩的螺旋形大橋——幹海子特大橋， 它依山勢而建， 穿雲破霧， 還繞過了兩個360°的大迴旋， 看起來像是過山車的軌道一般。
幹海子特大橋全長1811米， 與相連的幹海子螺旋隧道一起， 是雅西高速公路的控制性工程， 也是世上罕見的螺旋形橋隧工程。 它是世界上最長的鋼管混凝土桁架梁橋， 同時也是橋樑建設中難度最高的彎橋。 它的結構設計與施工技藝創造了四項世界第一， 使之在世界著名大橋中享有一席之地。
它的造型十分後現代， 全橋廣泛採用鋼結構， 車輛駛過時也會發出與眾不同的金屬聲音， 就連大橋兩側的防撞護欄也是採用的豎直鋼結構和橫向鋼樑組成， 既通透減小風阻， 又能保護車輛。 可以說， 幹海子大橋從上到下科技感十足。
幹海子大橋的高科技可不是為了炫耀。 它們都是被環境逼出來的。
（一）川西修大橋， 首要任務是抗震
雅安這座小城之所以為世人所知， 就是因為2013年發生的雅安地震。
雅安位處地中海-喜馬拉雅火山地震帶上。 這裡地震災害頻發， 而且震源深度往往很淺， 這意味著即使是一個本來不大的地震也能產生極高的地震烈度，
在雅安地震中， 震中蘆山縣龍門鄉99%以上的房屋垮塌， 正是由於這種極高的地震烈度導致的。 因此， 幹海子特大橋最要緊的任務就是抗震。
一個結構要想抗震， 那它的自重必須非常輕。 因此， 幹海子特大橋的橋墩採用的不是一般大橋通用的混凝土橋墩， 而是這種外觀類似于過山車支架的空管鋼架橋墩。
（輕盈的鋼架橋墩和粗壯的混凝土橋墩）
這些纖細的鋼架看起來不夠敦實， 但實際上非常堅固。
單一的長鋼管雖然強度高， 但是容易發生屈曲。 因此， 工程師們在鋼管之間連接了密集的斜杆及橫撐， 使整個橋墩的結構融為一體。
對於超過60米的超長橋墩， 還在其中設置了腹板， 橫向增設K型支撐， 使橋墩根本不存在屈曲的問題。 這樣纖細的橋墩， 算下來承載力不比敦實的混凝土橋墩差。
除此之外， 鋼架還有著混凝土不具備的一項重要性能， 那就是延性。 如果真的遭遇了過強的地震， 大橋無法抵抗發生屈服， 那麼鋼架橋不會發生垮塌，
對於那些較高的橋墩， 工程還使用了鋼管混凝土柱肢+混凝土腹板形成組合橋墩， 這是工程中此類橋墩的首次應用。
其中， 鋼管混凝土是一種非常優秀的結構。 它在鋼管中填充混凝土， 利用堅韌的鋼管承受彎曲應力， 並對中間的混凝土進行圍束。 獲得了鋼管“加持”的混凝土抗壓能力變得非常強勁， 只需要很小的截面積， 就可以獲得與很粗的混凝土柱相同的承載力。
（鋼管混凝土）
然而，鋼管混凝土的施工並不容易，尤其是對於幹海子特大橋而言。
這裡海拔接近3000米，冬季平均溫度-4.7℃，山上會覆蓋厚厚的積雪。在如此低溫下養護混凝土，它的強度會嚴重損失，即使使用早強水泥、乙二醇抗凍劑等傳統抗凍手法也仍然無法應付。
核心混凝土的失效會嚴重影響鋼管混凝土整體的力學性能發揮。為此，大橋的混凝土使用了一種特殊的外加劑——引氣劑。
它可以在混凝土當中引入許多肉眼看不見的微小的氣泡，進而改善混凝土的流動性和勻質性，減少混凝土的泌水。它可以有效提高混凝土的抗凍能力，最適合幹海子大橋的低溫、高強度情況。
經過反復的短柱模擬試驗和經驗積累，工程部終於摸清了引氣劑的性能和最優摻量，最終實現了鋼管與混凝土的緊密結合，保障了冬季施工下的工程品質。
在以鋼材為主的輕型結構保障下，大橋實現了9度的抗震設防烈度，這是建築抗震烈度的最高等級。結構形式的優化還將原設計的51跨簡化為了36跨，不僅節約了成本，而且進一步減輕了自重，提高了抗震性能。
（二）“亞洲第一螺旋”，讓道路既不太陡又不太遠
一般來講，修建山區公路時，要麼修一條筆直的長橋穿山越穀而過，要麼依山建起盤山公路。可是幹海子特大橋是一座彎彎繞繞的螺旋形大橋，這是為什麼呢？
原來，雅西高速上從園根村到大營盤的這12公里路段，海拔高度從1649米爬升至2362米，高差達713米。如果按照傳統的隧道修建法，將這段路修成直線，它的坡度會達到5.8%，冬天一下雪，這段路就會成為哈爾濱“冰雪大世界”裡的冰滑梯，車輛根本無法通行。
（哈爾濱冰雪大世界）
於是，工程師們設計了一種“半盤山道”，也就是螺旋道路。它也是利用了盤山道的“省力費距離”原理，但並不是貼著山體修建，而是距離山體外一段距離修建橋樑。
這樣，既可以保證坡度不太陡，又可以縮短公路的距離，同時還避免了道路緊貼山體被地質災害破壞。這段幹海子隧道與幹海子橋樑一起，以60公里的時速行駛，耗時只需10分鐘，就可以以2.9%的坡度完成326.79米的爬升，並絲毫不受地形的限制。
這段精妙的設計被工程界稱為“亞洲第一螺旋”。
然而，螺旋橋樑的設計、施工難度，都遠非普通橋樑可比。
在力學中，彎曲結構的受力遠比筆直結構更為複雜。尤其是在彎曲段，更是容易發生所謂的“應力集中”，使得局部的應力比正常狀態下高出幾倍。
因此，工程師在設計彎曲的橋樑、道路、建築物時，涉及到的計算量都比規則結構高出許多。這需要豐富的工程設計經驗來進行調和。
此外，在發生地基的不均勻沉降時，高螺旋橋樑由於其內部的複雜受力情況，很容易產生內部裂紋。為此，大橋巧妙地佈置了伸縮縫，避免結構之間相互影響。並基於計算和經驗的結果對結構的薄弱環節進行有針對性的加強，提高抗拉強度。
（大橋的伸縮縫）
（三）鋼纖維混凝土，打造“韌性大橋”
普通的混凝土是一種脆性材料，它承受壓力的能力很強，但是受到拉力作用時，混凝土內部細小的微裂紋就會迅速擴展，進而發生斷裂。
目前，通過調整用水量與外加劑，混凝土的抗壓強度已經可以做得很高了，甚至可以和岩石媲美，但其抗拉強度仍然很低。即使與抗拉能力很強的鋼筋配合使用，也只能在宏觀承載力上達到要求，卻完全無法抵抗裂縫的產生。
外界的氧氣、水分和有害離子會順著裂縫進入混凝土內部，腐蝕鋼筋。平時，荷載的產生自上而下，大橋內部應力恒定，裂縫的負面作用尚不明顯；一旦地震到來，荷載來自四面八方，這種普通的鋼筋混凝土結構就很容易發生破壞。
（混凝土的腐蝕）
幹海子特大橋相比起普通大橋的一項重大創新，就是其全面採用了鋼纖維混凝土進行施工。
在混凝土中摻入一定的鋼纖維，在混凝土凝結硬化之後，鋼纖維就會與混凝土牢牢地握裹在一起，產生一種特殊的咬合效應。在受到外界拉力時，鋼纖維會承擔起這部分荷載，牢牢限制混凝土內部裂紋的擴展。
這樣，混凝土就變成了一種既不怕壓、又不怕拉的材料。無論荷載來自哪個方向，它都可以保持強度，並且限制裂縫的擴展。外界有害物質難以進入混凝土內部，大橋的耐久性也得到了顯著的延長。
（纖維增強混凝土的變形性能）
鋼纖維混凝土的好處還遠不止這些。
當重大地震發生時，再強有力的結構也會發生破壞。這時普通混凝土就會直接崩潰，建築發生坍塌。而鋼纖維混凝土則不會崩潰，而是會發生很大的變形，產生許多細密的裂紋吸收地震的變形能。
（鋼管混凝土）
然而，鋼管混凝土的施工並不容易，尤其是對於幹海子特大橋而言。
這裡海拔接近3000米，冬季平均溫度-4.7℃，山上會覆蓋厚厚的積雪。在如此低溫下養護混凝土，它的強度會嚴重損失，即使使用早強水泥、乙二醇抗凍劑等傳統抗凍手法也仍然無法應付。
核心混凝土的失效會嚴重影響鋼管混凝土整體的力學性能發揮。為此，大橋的混凝土使用了一種特殊的外加劑——引氣劑。
它可以在混凝土當中引入許多肉眼看不見的微小的氣泡，進而改善混凝土的流動性和勻質性，減少混凝土的泌水。它可以有效提高混凝土的抗凍能力，最適合幹海子大橋的低溫、高強度情況。
經過反復的短柱模擬試驗和經驗積累，工程部終於摸清了引氣劑的性能和最優摻量，最終實現了鋼管與混凝土的緊密結合，保障了冬季施工下的工程品質。
在以鋼材為主的輕型結構保障下，大橋實現了9度的抗震設防烈度，這是建築抗震烈度的最高等級。結構形式的優化還將原設計的51跨簡化為了36跨，不僅節約了成本，而且進一步減輕了自重，提高了抗震性能。
（二）“亞洲第一螺旋”，讓道路既不太陡又不太遠
一般來講，修建山區公路時，要麼修一條筆直的長橋穿山越穀而過，要麼依山建起盤山公路。可是幹海子特大橋是一座彎彎繞繞的螺旋形大橋，這是為什麼呢？
原來，雅西高速上從園根村到大營盤的這12公里路段，海拔高度從1649米爬升至2362米，高差達713米。如果按照傳統的隧道修建法，將這段路修成直線，它的坡度會達到5.8%，冬天一下雪，這段路就會成為哈爾濱“冰雪大世界”裡的冰滑梯，車輛根本無法通行。
（哈爾濱冰雪大世界）
於是，工程師們設計了一種“半盤山道”，也就是螺旋道路。它也是利用了盤山道的“省力費距離”原理，但並不是貼著山體修建，而是距離山體外一段距離修建橋樑。
這樣，既可以保證坡度不太陡，又可以縮短公路的距離，同時還避免了道路緊貼山體被地質災害破壞。這段幹海子隧道與幹海子橋樑一起，以60公里的時速行駛，耗時只需10分鐘，就可以以2.9%的坡度完成326.79米的爬升，並絲毫不受地形的限制。
這段精妙的設計被工程界稱為“亞洲第一螺旋”。
然而，螺旋橋樑的設計、施工難度，都遠非普通橋樑可比。
在力學中，彎曲結構的受力遠比筆直結構更為複雜。尤其是在彎曲段，更是容易發生所謂的“應力集中”，使得局部的應力比正常狀態下高出幾倍。
因此，工程師在設計彎曲的橋樑、道路、建築物時，涉及到的計算量都比規則結構高出許多。這需要豐富的工程設計經驗來進行調和。
此外，在發生地基的不均勻沉降時，高螺旋橋樑由於其內部的複雜受力情況，很容易產生內部裂紋。為此，大橋巧妙地佈置了伸縮縫，避免結構之間相互影響。並基於計算和經驗的結果對結構的薄弱環節進行有針對性的加強，提高抗拉強度。
（大橋的伸縮縫）
（三）鋼纖維混凝土，打造“韌性大橋”
普通的混凝土是一種脆性材料，它承受壓力的能力很強，但是受到拉力作用時，混凝土內部細小的微裂紋就會迅速擴展，進而發生斷裂。
目前，通過調整用水量與外加劑，混凝土的抗壓強度已經可以做得很高了，甚至可以和岩石媲美，但其抗拉強度仍然很低。即使與抗拉能力很強的鋼筋配合使用，也只能在宏觀承載力上達到要求，卻完全無法抵抗裂縫的產生。
外界的氧氣、水分和有害離子會順著裂縫進入混凝土內部，腐蝕鋼筋。平時，荷載的產生自上而下，大橋內部應力恒定，裂縫的負面作用尚不明顯；一旦地震到來，荷載來自四面八方，這種普通的鋼筋混凝土結構就很容易發生破壞。
（混凝土的腐蝕）
幹海子特大橋相比起普通大橋的一項重大創新，就是其全面採用了鋼纖維混凝土進行施工。
在混凝土中摻入一定的鋼纖維，在混凝土凝結硬化之後，鋼纖維就會與混凝土牢牢地握裹在一起，產生一種特殊的咬合效應。在受到外界拉力時，鋼纖維會承擔起這部分荷載，牢牢限制混凝土內部裂紋的擴展。
這樣，混凝土就變成了一種既不怕壓、又不怕拉的材料。無論荷載來自哪個方向，它都可以保持強度，並且限制裂縫的擴展。外界有害物質難以進入混凝土內部，大橋的耐久性也得到了顯著的延長。
（纖維增強混凝土的變形性能）
鋼纖維混凝土的好處還遠不止這些。
當重大地震發生時，再強有力的結構也會發生破壞。這時普通混凝土就會直接崩潰，建築發生坍塌。而鋼纖維混凝土則不會崩潰，而是會發生很大的變形，產生許多細密的裂紋吸收地震的變形能。