在長期的封建社會中,橋梁工程受到政治、經濟和科學技術各方麵條件的限製,一直停留在主要利用人力、簡單設備和天然材料進行架橋的水平,隻能在較淺的水域建造較小跨徑的和承載能力較低(石拱橋除外)的橋梁。南宋時期始建的漳州虎渡橋,造橋者想在擴大石梁的跨徑方麵有所突破,在最大的橋孔上架設約6尺寬、5尺厚(當地人稱一扁擔厚)的3根大石梁,每根石梁估計重達200噸,實屬前所未有,因而曾有“江南橋梁,虎渡第一”的稱譽。但它的跨徑,也隻達到23米左右,而且因為自重過大,其靜重彎矩所產生的拉應力估算達每平方公分50公斤,已接近極限強度。經過較長時間的風雨浸蝕,就由於自重大將石梁折斷。在基礎工程方麵,古代橋工所受到的條件限製更其嚴酷。廣東潮安的廣濟橋,根據解放後勘探部分橋址,在水下25米深處發現有橋基殘石,這可能是古橋中最深的橋基了,但因為橋墩基礎深,墩身勢必肥大,以致在東西兩端部分橋墩建成後,阻水麵積就達到40%以,使中間一段的水中墩再也無法建造起來,長期以來隻能靠浮橋濟渡。在這種情況下,我國如像長江、黃河這樣的大江大河上,就一直未能建成過永久式的橋梁。直至近代,黃河上架起了幾座“洋橋”,但長江天塹仍未被突破。新中國成立後,於1957年建成了武漢長江大橋,從此天塹變通途,為我國架設大橋工程積累了寶貴的經驗,而南京長江大橋,則是我國第一座完全依靠自己的技術力量和材料、設備建成的特大型現代橋梁。
在南京長江大橋工程中,我們的建橋技術有了很大提高,特別是在基礎工程方麵。南京長江大橋建造之前,錢塘江大橋的橋墩基礎最早達到了近50米的深度。而南京附近的長江,水深限有三四十米,水下的泥沙覆蓋層則更厚,江底岩層情況又極複雜。過去,有些國家的橋梁專家曾經斷言:在南京長江上造橋,基礎工程這一關就過不了。但這過不了的一關,我國的建橋工人和科學技術人員終於闖過來了。9座橋墩基礎,根據不同的水文地質情況,分別采用了幾種類型的管柱基礎和沉井基礎。其中一種浮運薄壁鋼筋混凝土沉井基礎,平麵大小為400餘平方米,高55米,相當於一個籃球場那樣大,1座14層樓房那樣高,有20000多噸重,下沉的深度達到水下70餘米。這樣一個龐大的結構物,除它的底節是在鐵駁船上製作外,其餘部分都要在墩位附近的江水中,在始終保持半浮半沉的狀態下,進行拚裝澆築工作。在基礎澆固於岩層之前,還須進行大量清基工作,一個基礎清除的風化岩和新鮮岩石達1400餘立方米,用吸泥機吸出的最大石塊重達60餘公斤。根據過去經驗,要在深水下進行這樣大量的清基工作,一般要采用沉箱基礎(因在沉箱內可用人工操縱清岩機械進行清岩),但沉箱基礎的深度,在一般情況下隻能達到40米左右,再深就要危及工人操作安全。我們現在所采用的這種新穎巨型沉井基礎,是這一類型基礎工程的一項重大突破,當時在國外尚屬少見,在我國橋梁工程中,則是一個創舉。
大橋工程對我國架橋設備、材料的製造、生產,也是一個促進。例如,在建造武漢長江大橋期間製成的震動力120噸的打樁機,當時在世界上是最大的。在南京長江大橋工程中,為了下沉更大的管柱基礎,又設計製成了震動力為250噸的打樁機。為鑿岩用的大型鑽機,在武漢長江大橋工程中,用的是3~4噸重的鑽頭;在南京長江大橋工程中,則裝備了7噸重的大鑽頭,這在當時國內也是第一次製造使用。特別應該提到的是,我國鞍鋼工人為南京大橋煉製出了一種高強度合金鋼。這種鋼每平方毫米能經受33~35公斤的拉力,強度比武漢長江大橋用的鋼材提高了30%,為我國架設大跨徑鋼梁奠定了堅實的物質基礎,使我們徹底擺脫了大型鋼梁用材依賴國外供應的局麵。
某年9月,長江秋洪暴漲,江麵刮起了六七級大風,風吹浪打,使大橋工程頓時處於極困難的境地。這時,某一個橋墩的浮運薄壁鋼筋混凝土沉井基礎剛拚裝完第五節,已築10餘米的高度(入水深14.2米),為固定沉井位置而設置的部分邊錨(多為25噸重的混凝土錨)突然被湍急的江水破壞,總重近7000噸的沉井開始連續不斷地擺,擺動的最大幅度達30度。在擺動過程中,先後拉斷了十幾根錨索和一根鋼絲繩纜索。沉井隨時都有被顛覆淹沒的危險。
橋梁工程、尤其是跨越大江大河的橋梁工程,在風浪侵襲下出現不同程度的險情是常有的。因此古代一位詩人曾在詩中寫道:“世無剛者橋難成”,用來讚美造橋者和大自然作鬥爭的剛強性格。南京長江大橋工程中這種巨型沉井的施工,正常條件下,已是困難重重,現在出現這種中外造橋史上罕見的險情,對廣大橋工人員確是一場嚴峻的考驗。
這時,在領導機關的緊急部署下,全國各地有關單位也都動員起來,把搶險所急需的各項物資,通過火車專列、運輸船艦、軍用民用飛機等,源源運到工地,迅速加強搶救的物質力量。工地上,各級領導親臨第一線,廣大工程人員甚至職工家屬也都積極投入搶險戰鬥。拋錨工人風雨無阻,夜以繼日地為沉井補錨固定。沉井頂部的吊裝工人,冒著被拋入江水的危險,堅持在吊機上緊張操作。當為沉井施工輸電的水中電纜被扭斷的一瞬間,電力工人劃著小劃子,頂風鑽浪駛近水上配電房,及時接通電源,保證供電。技術人員根據工程險情的發展變化,不斷改進搶險技術措施。工地上下,真正做到了力往一處使,心往一處想,齊心協力抗秋洪。
對於沉井的擺動,開始曾試圖用絞緊錨繩的辦法製止它,但錨繩隨緊隨斷,說明單純依靠絞緊錨繩不能製止沉井的劇烈擺動。後來又用2艘數千噸的船隻製擺,也未奏效。經過研究改進,最後采用平衡重止擺,才逐漸製止了沉井的擺動。平衡重止擺的方法是:在沉井兩側的浮船上放置平衡重,用鋼絲繩把平衡重與沉井聯係起來;沉井在擺動中提升平衡重,使沉井擺的動能轉化為平衡重的位能,再用卷揚機將平衡重重新放回船麵;這要反複操作,讓擺動的動能逐漸消耗在無數次地對平衡重的提升中。經過一段時間,沉井擺幅顯著減小,再配合逐步絞緊錨索,沉井開始穩定下來。
沉井下沉到岩麵後,必須首先清除風化岩和部分新鮮岩塊,使沉井嵌進新鮮岩層,才能澆灌封底混凝土,把沉並和岩層連成堅實的整體。這個清基工作應做得很徹底,因而,在使用各種機械設備完成清基工作後,還需通過潛水員下潛進行檢查。這裏,又遇到了深潛水的難題。
根據過去的潛水資料,用普通潛水設備,下潛到45米是一條警戒線。潛水深了,在深水的高壓作用下,將引起潛水員各部分器官機能的不適應,產生高壓病。同時,供應潛水員吸入的高壓空氣中氮氣含量的增加,又會產生氮氣麻醉。潛水員出水時,需進行工人減壓,如減壓不當,又要引起關節酸痛等減壓病。高壓病、氮氣麻醉、減壓病,這是用普通潛水設備深潛水時的3大難題。下潛超過45米,甚至會導致潛水人員知覺失靈,危及生命安全。
我們建橋隊伍中的潛水工班同誌,在深潛水之前,他們進行了加壓和減壓鍛煉。加壓和減壓是在一個密封艙內進行的。進行這種鍛煉時,密封艙內溫度有時從40℃以上驟然下降到0℃以下,就像從煉鋼爐旁突然進入到冷凍庫。忽冷忽熱,加上氮氣麻醉的作用,使人極其難受。經過一段時間的鍛煉,終於為深潛水作好了充分準備。
同時,領導部門進行了一係列組織工作和物質準備,規定各項安全技術措施和醫療保障措施。要求此次潛水作業除必須遵守常規操作規程外,還按現場具體情況,製訂了各種補充規定,使全部工作處於嚴密的科學管理之下。例如,對潛水人員,他們每次下潛的部位、任務和操作方法,在水底停留的時間,上升出水的速度,出水後12小時內的活動範圍,以至下潛前和下潛期間的生活習慣(忌煙、酒和濃茶)、飲食營養等等,都有周密的規定,要求嚴格遵守。
在這樣周密準備和嚴密的技術操作管理下,潛水英雄們在深潛作業中,安全突破了45米“警戒線”,在水深60~70米範圍的江底,摸遍400多平方米沉井基礎底部的每一寸的地方,用特製的鋼尺測量了370多個測點,查清了基岩清除情況。同時,總共有207人次下潛,在江底停留時間累計達2291分鍾,卻未發生過一起減壓病事故或其他危害潛水員身體健康的事例。他們用普通的潛水設備,創造了潛水史上的奇跡。
大橋通車以後,經過了大自然的初步考驗。1974年6月,南京地區發生了一次40年來少有的台風,台風中心風力在12級以上,持續了1個多小時。又經曆了一次地震餘震。台風和地震過後,對大橋作了一次全麵檢查,檢查結果證明,大橋的工程質量是經得起考驗的。現在,在大橋上已安置了12套先進的強震加速度儀,用來觀測地震時的地麵運動和各類建築物的地震反應。
南京長江大橋使津浦、滬寧、寧蕪鐵路連成一體,南來北往的客運列車通過長江天塹的時間,由過去用火車輪渡的1.5小時左右,縮短為2分鍾;貨運列車在以往用火車輪渡時,需要先後在南京站和浦口站兩次編組,共需9小時以上,現在隻需在南京站一次編組,時間僅3小時左右。它還把長江南北的公路網貫通起來。這就大大加強了華東沿海各省、上海市與首都北京、華北、西北、東北的交通運輸聯係,加強了華東各省長江南北地區的聯係,有力地促進了城鄉經濟發展和物資交流,對加強我國無產階級專政的物質基礎起了明顯的作用。
直布羅陀海峽大橋
直布羅陀海峽是地中海通向大西洋的唯一出口,最窄處13公裏,平均深達310米;北為西班牙,南為摩洛哥,將歐、非兩洲隔開。目前海峽兩岸每年過往旅客400萬人,貨物1億多噸。
人們長期夢想架一座橋梁,將兩個大陸聯結起來。先後提出海底隧道、橋梁兩種方案。隧道鑿在海峽西端,長度包括出入口坡道為32~47公裏,海底部分26公裏,深在海平麵之下350~900米,設行駛火車、汽車的主隧道各一條,應急輔助隧道一條。施工中將遇到複雜的斷裂地層,特別是難以克服的驚人的深水壓力,建成後還有意想不到的滲水、通訊問題。同已建成的日本青函隧道相比,長度要短得多,但深度超過50%以上,無法克服壓力問題。
隧道方案難以實施,架橋方案代之而起。1986年國際機械工程師倫敦會議,肯定了瑞士工程師邁爾的懸索橋方案。此橋全長14964米。在兩岸築起高高的鋼筋混凝土橋塔,海中再立幾座橋墩(塔),塔上拉起高強度含碳纖維塑料纜索,鋪上同樣材料橋身,共需特種塑料15萬噸。以塑料代鋼,大大減輕了橋身重量。橋分2層,上層為6車道公路,下層為雙軌火車道。在深海中築墩,拉起幾千米跨度的橋身,將遇到難以想象的困難。即使施工順利,也須20年才能建成。其戰略、經濟意義可與蘇伊士運河、巴拿馬運可相媲美。
中國石橋
石橋擷趣
古老的紹興,物產豐富,雨量充沛,臨近大海,分布著大量的湖泊與河流。全城麵積僅6平方多公裏,而縱橫河道麵積就達29800平方米,有29條河流,總長度超過60公裏,是江南水鄉澤國的代表。
紹興的石橋古老、眾多,式樣齊全。相傳早在越王勾踐時就造了靈汜橋,在紹興府城東2裏。《漢書》講山陰靈文園中的橋就是此橋。唐朝李紳還賦了《靈汜橋》詩:“靈汜橋邊多感傷,水分湖派達回塘;岸花前石聞幽鳥,湖月高低映綠楊。能促歲華惟白發,巧乘風馬是春光;何須化鶴歸華表,卻數凋零念越多。”根據曆史記載,漢順帝永和五年(140年)會稽郡太守馬臻在主持築鑒湖湖堤時,建造了“三大鬥門”把水閘與橋結合在一起,是我國最早的閘橋。千百年來,在紹興究竟造了多少石橋是難以估算的。從清光緒癸已(1983年)的《紹興府城衢路圖》上看,已是橋梁處處,遍布全城。當時紹興城市麵積為7.4平方公裏,城中共有橋229座,平均每平方公裏就有31座橋,遠遠超過了世界聞名水城意大利威尼斯的橋梁數。威尼斯麵積為567平方公裏,第二次世界大戰前有橋378座,平均每平方公裏僅有橋0.66座,紹興橋梁的密度為當時威尼斯城的45倍,稠密程度令人驚歎。
近幾十年來,由於建設事業的蓬勃發展和交通的現代化,紹興城內河流已從過去的29條減為13條,很多古橋也被拆毀,數量大為減少。雖然如此,至今還是保留了不少古石橋。據初步調查,市與縣還有3000~4000座石橋,始建年代自宋開始,曆代都有。橋型眾多,千姿百態,仍可算是我國古石橋的博物館。
現存紹興石橋中最古老的要數城東的八字橋了。橋石柱中刻有“時寶丙辰(1256年)仲冬吉日建”,是南宋石梁橋,距今已有700多年。八字橋平麵布置很有特色,橋東端緊沿河道由南北兩個方向落坡,橋西端又從西南兩個方向落坡,西端南麵的坡道下還建一小孔,跨越小河。橋高5米,橋麵條石並列,微微拱起,橋下設有纖道。這樣布置,適應南去五雲,北通泗門,從水陸兩方麵把城府與農村聯係在一起的需要;同時,在橋梁建造中還可以不拆房屋,不改街道。布局如此巧妙,結構又十分簡單,不愧為城市古橋中的佳例。
城西北角環公路旁的光相橋,因橋畔原有光相寺而得名,始建於東晉,是座單跨石拱橋。橋拱圈采用縱向並列砌築,蓮花瓣望柱,似屬宋元建築。橋頭望柱上刻著“隆慶元年(1967年),吉日重修”。橋下拱石上有蓮花座圖案,刻有“南無阿彌陀佛”等字樣,說明橋與佛教有關。橋長20米,寬6米,兩端橋麵各有21級台階。
八遼橋北麵幾十米的廣寧橋,始建於南宋時期,至明萬曆二年(1574年年)重修。全長60米,寬5米,是浙江省特有的七邊形石橋。橋心正對大善寺塔,為極好的“水上”對景,在橋上還可看城南諸山的山景。民諺雲:“大善塔,塔頂尖,尖如筆,寫盡五湖四海;廣寧橋,橋洞圓,圓如鏡,照見山會兩縣。”自南宋以來,廣寧橋一直是納涼、觀景、聚談之處。明修潔士朱亢宗曾作詩:“河梁風月故時秋,不見先生淺杖遊;萬疊遠青愁對起,一川漲綠淚爭流。”該橋屬市級文物保護單位。
紹興城內的七邊形石橋,除廣寧橋外,還有呂府(江南最大的明朝宰相府,共有13廳)邊上的謝公橋、迎恩橋、寶駒橋;五邊形石橋有昌安橋、拜王橋等。它們均始建於後晉與宋朝,現存多屬明清石橋。這種橋型介於石梁橋與石拱橋之間,是一種特殊梁橋。這種梁橋跨越能力比石梁橋大,用料比石拱橋少,石料加工也比石拱橋簡單,但遠遠不及石拱橋堅固。中國已故橋梁專家羅英先生認為,正是這種橋型的出現,才使石梁橋逐步發展為石拱橋。到目前為止,在世界其他地方尚未發現過這種橋型和有關記載,可以說是浙江古代橋工的獨創。
蕭山至紹興運河上的太平橋,是拱橋和高低石梁橋相結合的多跨橋梁的代表。橋離柯橋鎮不遠,始建於明天啟二年(1622年),清乾隆六年、鹹豐八年兩次重建。橋頭原有石牌坊等附屬建築,現已毀圮。橋由一孔淨跨徑10米的石拱橋和九孔淨跨徑3~4米的石梁橋組成。拱橋供大船航行,纖道沿拱腳貫穿而過;靠拱橋的3孔石梁橋較高大,可通較大的木船;低的石梁橋可讓腳蹬手劃的烏篷船通行。這種橋型省工省料,利於排洪和兼顧眾多的大小船隻通航。橋邊還設有船碼頭,以便水運與陸運較好的銜接,是紹興等地江南水鄉的特點。