巴約納大橋，於1931年11月通車，它號稱是世界上最大的鋼拱橋，而這個頭銜也一直保持了46年。即使在今天，它所擁有的1675英尺跨度，在跨越范庫爾水道上的所有同類型橋樑中仍然排名第一，每年可容納350萬輛車通過。巴約納大橋一直是紐約州斯塔滕島和新澤西州的巴約納市之間的重要交通樞紐，其重要性也使得它在1985年被美國土木工程師學會（ASCE）評定為具有歷史性的地標土木工程。
最初的巴約納大橋是在20世紀20年代末由奧斯瑪·安曼(Othmar Ammann)設計的。當初在設計橋樑時，因為航道寬度約為1600英尺，採用拱橋的性價比要高於懸索橋，所以安曼設計了一種鋼拱桁架，採用懸吊式路面體系。對於引橋結構，則採用了由支撐梁、縱梁和混凝土板構成的雙桁架拱肋板梁橋。
通航凈高限制海運貿易
隨著巴拿馬運河擴建工程完成大半，美國東海岸如紐約、巴爾的摩等港口城市爭相升級基礎設施。當地政府都希望，能在「後巴拿馬時代」的海運貿易中，分得一杯羹。
巴約納大橋橋下通航凈高約151英尺，在20世紀30年代，最高的船隻也可以暢通無阻地從橋下經過，但是隨著巨型貨船的出現，橋下通航凈高已經成為限制當地經濟發展的一個重要因素。由於大型貨船無法通過巴拿馬運河，大量的航運業務流失到了美國東海岸的其他停靠港口，在某些情況下，大型貨櫃船可能幹脆完全避免前往紐約和新澤西港口。
215英尺是新一代貨櫃船進入港口所需的通航凈高，巴約納大橋所屬的紐約和新澤西港務局為了能夠滿足這些新型船隻的通航問題，面臨需要拆除或更換這座歷史橋樑，以容納更大的船隻。其中一種方案是建造一條隧道來替換這座橋樑，並將橋樑頂起64英尺，然而隧道施工需要漫長的環境研究,會推遲建設,這將會消除一個國家地標。而抬高橋樑，雖然可以保護這座歷史悠久的橋樑，但它需要延長車輛通行的關閉時間，並擾亂通航線路，因此該方案在經濟上沒有被接受。其他方案，例如在旁邊建造一座新橋，以及一座大壩和船閘，或者將現有的橋樑改造成一座吊橋，但最終這些方案因成本或操作困難而被否決。
港務局經過深思熟慮，決定在現有拱橋的基礎上，將路面抬高64英尺，並修建新的車道，同時保留航線和車輛交通。該方案不僅經濟，還可以減小對通勤者的影響，保護這座歷史悠久的大橋和那些關鍵的航道。然而這樣一個複雜的工程，在不拆除鋼拱桁架的情況下提高現有橋面的高度，保持航行和車輛交通暢通的做法，以前從未嘗試過。
64英尺處的升級改造
巴約納大橋的獨特之處在於，它的鋼拱肋有足夠的強度可以同時支撐兩條車道，現有的車道，以及在其上方64英尺處建造的新車道。這種做法之所以可行，是因為安曼在設計之初就考慮到了鐵路的通行，而承載鐵路荷載所需的強度已經被設計在結構中。然而，鐵路通行卻一直沒有實現，這便給後來的改造提供了儲備力量，可以實現兩條車道，並在施工期間保持現有的交通。
2013年，巴約納大橋開始進行施工改造。橋上的交通從原先的每個方向兩條車道減少到每個方向一條車道，並將交通移到現有道路的一側，允許剩餘的兩條車道用作施工區。
改造加固分為3個部分：拆除既有橋面，對既有鋼拱圈及鋼桁架支墩進行加固和修補；引橋高架橋上部結構與主橋橋面銜接處理；引橋高架橋下部結構的加固。第一個部分中最重要的是在既有拱圈上較高的位置重新布置肋間橫樑。由於平聯為K形平聯，這項工作較為複雜。靠近拱頂處的杆件較為平坦，每道肋間橫樑安裝時需要拆除兩個節間K形平聯然後對相鄰節間進行加固。在舊平聯拆除的過程中，採用臨時平聯支承拱肋。
改造加固施工步驟為先安裝兩片平行於既有主梁的轉換大梁，液壓千斤頂釋放1組吊杆的荷載，將荷載傳遞給轉換大梁，然後拆除該組吊杆。在新標高處施工新橋面橫樑，在拱圈下弦杆上安裝新吊杆懸吊支承新橫樑。採用臨時吊索從新橫樑處支承既有橫樑，釋放轉換大樑上的力，轉換大梁前移，繼續施工下一個節段。在新橫樑之間安裝鋼縱梁，然後澆築輕質混凝土橋面板。
新橋面僅由22根吊杆支承。新引橋全長約10500英尺，由4座混凝土分離式連續箱梁橋組成，採用預製節段懸臂拼裝法施工。引橋橋面縱坡從4%增加到5%。橋墩需要加高，最高橋墩墩高約為135英尺。
較早的設計是想在項目早期，在橋兩端的碼頭位置澆築臨時墩柱的基礎，並在此基礎上使用現澆和預製節段施工，分別從下往上建造北向和南向的橋墩。然而，在建設的早期階段，港務局、DJV以及總部位於紐約皇后區的Skanska Koch和Kiewit的建築合資企業(CJV)決定使用全節段預製施工，為北向和南向通行的道路建造單獨的基礎和碼頭。由於這樣只需採用一種施工方法，會提高整個施工的效率。
在橋的東側設置有行人及自行車道，橋下設有公用設施通道。該通道用於電氣和電子管道的運行，以及消防系統的供水。然而，一些管道無法安裝在主跨東部的公用設施通道範圍內，因此必須在西側設立公用設施空間。
管道的數量直接影響著橋上的設計荷載，因此，東、西兩側所有的公用設施管道都集中在了橋台位置處的電氣室里。管道從這裡開始伸向主梁的混凝土箱室內，並一直延伸到另一側的橋台。
在設計和施工中，為儘量減少對水道環境的影響，新橋的一個改進是，收集所有道路地表水。在引入紐約雨水收集系統之前，允許固體物質沉降，或者在它們流入新澤西一側的范庫爾水道排水口之前將它們扣留。
2017年9月7日，一艘滿載14400隻標準箱的巴拿馬型貨櫃船「羅斯福」號在漲潮時首次駛入范庫爾水道，並在約30英尺的備用凈空下通過巴約納大橋，駛往紐瓦克港伊莉莎白海運碼頭。這是一個令人驚嘆的時刻，不僅因為這艘船的大小令人印象深刻，還因為大橋的改善將對該地區的經濟產生深遠的影響。
巴約納大橋改造加固項目獲得了美國工程公司理事會2018年重大概念獎。該項目憑藉其複雜性、規模、經濟重要性，以及拯救地標性建築並為其重新設計的能力，得到了業內同行的稱讚。而且改善大橋的通航能力，對提高該地區和整個東海岸的經濟效益不容小覷。隨著大型船舶成為標準的運輸方式，新的巴約納大橋將確保周邊的港口繼續蓬勃發展。
本文刊載 /《橋隧產業資訊》雜誌 2019年 7月刊 總第37期
作者 / Joseph LoBuono等
資料來源 / ASCE及相關網站