巴约纳大桥，于1931年11月通车，它号称是世界上最大的钢拱桥，而这个头衔也一直保持了46年。即使在今天，它所拥有的1675英尺跨度，在跨越范库尔水道上的所有同类型桥梁中仍然排名第一，每年可容纳350万辆车通过。巴约纳大桥一直是纽约州斯塔滕岛和新泽西州的巴约纳市之间的重要交通枢纽，其重要性也使得它在1985年被美国土木工程师学会（ASCE）评定为具有历史性的地标土木工程。
最初的巴约纳大桥是在20世纪20年代末由奥斯玛·安曼(Othmar Ammann)设计的。当初在设计桥梁时，因为航道宽度约为1600英尺，采用拱桥的性价比要高于悬索桥，所以安曼设计了一种钢拱桁架，采用悬吊式路面体系。对于引桥结构，则采用了由支撑梁、纵梁和混凝土板构成的双桁架拱肋板梁桥。
通航净高限制海运贸易
随着巴拿马运河扩建工程完成大半，美国东海岸如纽约、巴尔的摩等港口城市争相升级基础设施。当地政府都希望，能在“后巴拿马时代”的海运贸易中，分得一杯羹。
巴约纳大桥桥下通航净高约151英尺，在20世纪30年代，最高的船只也可以畅通无阻地从桥下经过，但是随着巨型货船的出现，桥下通航净高已经成为限制当地经济发展的一个重要因素。由于大型货船无法通过巴拿马运河，大量的航运业务流失到了美国东海岸的其他停靠港口，在某些情况下，大型集装箱船可能干脆完全避免前往纽约和新泽西港口。
215英尺是新一代集装箱船进入港口所需的通航净高，巴约纳大桥所属的纽约和新泽西港务局为了能够满足这些新型船只的通航问题，面临需要拆除或更换这座历史桥梁，以容纳更大的船只。其中一种方案是建造一条隧道来替换这座桥梁，并将桥梁顶起64英尺，然而隧道施工需要漫长的环境研究,会推迟建设,这将会消除一个国家地标。而抬高桥梁，虽然可以保护这座历史悠久的桥梁，但它需要延长车辆通行的关闭时间，并扰乱通航线路，因此该方案在经济上没有被接受。其他方案，例如在旁边建造一座新桥，以及一座大坝和船闸，或者将现有的桥梁改造成一座吊桥，但最终这些方案因成本或操作困难而被否决。
港务局经过深思熟虑，决定在现有拱桥的基础上，将路面抬高64英尺，并修建新的车道，同时保留航线和车辆交通。该方案不仅经济，还可以减小对通勤者的影响，保护这座历史悠久的大桥和那些关键的航道。然而这样一个复杂的工程，在不拆除钢拱桁架的情况下提高现有桥面的高度，保持航行和车辆交通畅通的做法，以前从未尝试过。
64英尺处的升级改造
巴约纳大桥的独特之处在于，它的钢拱肋有足够的强度可以同时支撑两条车道，现有的车道，以及在其上方64英尺处建造的新车道。这种做法之所以可行，是因为安曼在设计之初就考虑到了铁路的通行，而承载铁路荷载所需的强度已经被设计在结构中。然而，铁路通行却一直没有实现，这便给后来的改造提供了储备力量，可以实现两条车道，并在施工期间保持现有的交通。
2013年，巴约纳大桥开始进行施工改造。桥上的交通从原先的每个方向两条车道减少到每个方向一条车道，并将交通移到现有道路的一侧，允许剩余的两条车道用作施工区。
改造加固分为3个部分：拆除既有桥面，对既有钢拱圈及钢桁架支墩进行加固和修补；引桥高架桥上部结构与主桥桥面衔接处理；引桥高架桥下部结构的加固。第一个部分中最重要的是在既有拱圈上较高的位置重新布置肋间横梁。由于平联为K形平联，这项工作较为复杂。靠近拱顶处的杆件较为平坦，每道肋间横梁安装时需要拆除两个节间K形平联然后对相邻节间进行加固。在旧平联拆除的过程中，采用临时平联支承拱肋。
改造加固施工步骤为先安装两片平行于既有主梁的转换大梁，液压千斤顶释放1组吊杆的荷载，将荷载传递给转换大梁，然后拆除该组吊杆。在新标高处施工新桥面横梁，在拱圈下弦杆上安装新吊杆悬吊支承新横梁。采用临时吊索从新横梁处支承既有横梁，释放转换大梁上的力，转换大梁前移，继续施工下一个节段。在新横梁之间安装钢纵梁，然后浇筑轻质混凝土桥面板。
新桥面仅由22根吊杆支承。新引桥全长约10500英尺，由4座混凝土分离式连续箱梁桥组成，采用预制节段悬臂拼装法施工。引桥桥面纵坡从4%增加到5%。桥墩需要加高，最高桥墩墩高约为135英尺。
较早的设计是想在项目早期，在桥两端的码头位置浇筑临时墩柱的基础，并在此基础上使用现浇和预制节段施工，分别从下往上建造北向和南向的桥墩。然而，在建设的早期阶段，港务局、DJV以及总部位于纽约皇后区的Skanska Koch和Kiewit的建筑合资企业(CJV)决定使用全节段预制施工，为北向和南向通行的道路建造单独的基础和码头。由于这样只需采用一种施工方法，会提高整个施工的效率。
在桥的东侧设置有行人及自行车道，桥下设有公用设施通道。该通道用于电气和电子管道的运行，以及消防系统的供水。然而，一些管道无法安装在主跨东部的公用设施通道范围内，因此必须在西侧设立公用设施空间。
管道的数量直接影响着桥上的设计荷载，因此，东、西两侧所有的公用设施管道都集中在了桥台位置处的电气室里。管道从这里开始伸向主梁的混凝土箱室内，并一直延伸到另一侧的桥台。
在设计和施工中，为尽量减少对水道环境的影响，新桥的一个改进是，收集所有道路地表水。在引入纽约雨水收集系统之前，允许固体物质沉降，或者在它们流入新泽西一侧的范库尔水道排水口之前将它们扣留。
2017年9月7日，一艘满载14400只标准箱的巴拿马型集装箱船“罗斯福”号在涨潮时首次驶入范库尔水道，并在约30英尺的备用净空下通过巴约纳大桥，驶往纽瓦克港伊丽莎白海运码头。这是一个令人惊叹的时刻，不仅因为这艘船的大小令人印象深刻，还因为大桥的改善将对该地区的经济产生深远的影响。
巴约纳大桥改造加固项目获得了美国工程公司理事会2018年重大概念奖。该项目凭借其复杂性、规模、经济重要性，以及拯救地标性建筑并为其重新设计的能力，得到了业内同行的称赞。而且改善大桥的通航能力，对提高该地区和整个东海岸的经济效益不容小觑。随着大型船舶成为标准的运输方式，新的巴约纳大桥将确保周边的港口继续蓬勃发展。
本文刊载 /《桥隧产业资讯》杂志 2019年 7月刊 总第37期
作者 / Joseph LoBuono等
资料来源 / ASCE及相关网站