中国桥梁的2007-2020

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以下内容节选


自21世纪第一个10年前后,中国的现代化桥梁建设以中国快速增长的经济需求为背景,在历经几代中国桥梁人的努力积淀之后,厚积薄发,渐成展示中国发展的一个眩目的窗口。

 

一  50岁的桥和51座桥

2007年9月23日,中央人民广播电台联合湖北楚天广播电台、湖北门户网站荆楚网在武汉做了一场直播。正值秋分时令,素有“火炉城市”之称的江城武汉开始进入一年之中最舒适的季节,暑热已渐消退,天高江澄,云淡气清,是人们愿意走出家门进行户外活动的时节。直播现场设在汉阳龟山脚下的中铁大桥局院内,背景是形似人民大会堂、有五十多年历史的武汉市文物保护单位——大桥局办公大楼。

恰逢周日,白天搭台时就引来许多路人和周边居民的围观。傍晚,天空飘起细雨,距离直播开始还有不到两个小时的时间,直播人员用雨披遮住设备,自己则在雨里淋着;身着红色T恤的工作人员在场地内轻快地穿梭忙碌;演员们悉数到场,或在化妆或在默背台词;大部分受邀观众已入场就座,许多闻讯而来的市民只能在院内的空地和院外的路边挤站着。是的,有演员有观众,将要开始直播的是一台晚会,准确地说是一台生日晚会。现场所有的人,不分年纪不论身份,脸上都洋溢着喜悦和自豪,他们是来为一座桥梁祝寿的。这座桥叫“武汉长江大桥”,这台直播的晚会叫“桥之梦”。18时30分,直播于晚会开始前半小时启动。全世界都开始倾听。雨住,天边升起一道彩虹。

2007年10月15日是武汉长江大桥通车50周年纪念日,各类纪念活动从年初起就开始在社会各界酝酿、策划,这台“桥之梦”将系列活动推向了第一个高潮。50岁的武汉长江大桥因为桥墩遭遇数十次的船只冲撞而毫发无损,因为历经半个世纪的风雨和超载负重依然伟岸康健,而被称为“桥坚强”。这座举全国之力兴建、曾令全体中国人为之自豪的大桥一直是武汉人心中的至爱和骄傲。“桥之梦”晚会上,66岁的评书艺术家何祚欢表演的湖北评书,充分表达了武汉人对大桥的热爱,赢得了现场观众的阵阵掌声。他说:“在武汉人心目中,大桥是一份激情。在上边走过的,没在上边走过的,接近它或漫步于它身畔时,都能激起许多的怀想。”何祚欢是土生土长的武汉人,他的创作表演一向以“紧贴老百姓的喜闻乐见、喜怒哀乐”受到听众的欢迎。

人们热爱大桥是因为大桥便利了自己的出行,成为大家日常生活中不可或缺的一部分,更因为大桥不仅改善一片区域的交通状况,还在更大范围内促进地方和国家的经济发展。武汉长江大桥竣工前的1957年9月6日傍晚,毛泽东主席在大桥局领导杨在田、杜景云等的陪同下再次视察武汉长江大桥,从汉阳岸往武昌方向边走边问:

“有苏联专家在这里可修这样的桥,现在如果没有苏联专家可以修了吗?”

“可以修了。”杨在田回答。

“可以修了吗?”毛泽东重复问了一句。

“能修。我们已经有了很大的提高。”杨在田肯定地回答。

毛泽东高兴了,说:“将来在长江上修二十座、三十座,黄河上修几十座,到处都能走。”

半个世纪过去,长江上已经有了多少座大桥?历史就是这么善解人意,在万里长江第一桥50岁生日的当月,第51座长江大桥通车。

长江,自青藏高原唐古拉山的各拉丹东峰沽沽生成,一路曲折向东,到上海吴淞口入海,流经十一个省、市、自治区,总长度达6397公里。长江源头叫沱沱河,在青海省的玉树藏族自治州治多县西部的囊极巴陇与当曲汇合后被改称通天河,通天河流经青海省治多县、曲麻莱县、称多县、玉树市四个县市,自青海省玉树州的玉树市区结古镇西巴塘河口起,再次更名,叫金沙江,金沙江继续奔流2300公里后在四川宜宾接纳岷江,形成合江口,又叫“三江口”,自此始称“长江”。因而,狭义上人们常说的“长江”,就是指自宜宾合江口至上海吴淞口的“长江”。如果我们遵循这个惯常认识,2007年10月28日通车的重庆涪陵李渡长江大桥恰恰是第51座长江大桥。

李渡长江大桥是一座双塔双索面混凝土梁斜拉桥,桥长882米,主跨398米。两座H型混凝土桥塔挚起的白色斜拉索在江面上如高高展开的四幅巨扇,与两岸的青山呼应出全新的景致。作为三峡库区一座新建的跨江桥梁,后来证明,李渡长江大桥对扩大涪陵城市骨架,完善城市功能,带动涪陵经济社会及城市发展起到重要作用,有效促进了三峡库区城乡的统筹发展。但当时,除了当地媒体的报道外,仅新华网发了一则200余字的消息,这座赶着来为“大哥”祝寿的“小弟弟”李渡长江大桥的通车并未引起人们关注。

每座桥梁,从动议、勘测到设计、施工,要经历数年,牵动多方资源,有不止百千的工程技术人员、管理人员、科技研究人员以及大量工人师傅的心血投入。一座跨越长江的桥梁通车,却如此悄然。这只能说明,这样的桥梁建成在快速发展的中国已成为常事,不再是重要新闻。我们可以看这样一组数据——

至李渡桥,长江(宜宾合江口以下)上已建成51座大桥,其中20座斜拉桥,8座悬索桥。这20座斜拉桥中,跨度超过李渡桥主跨398米的有12座,按通车的先后顺序,它们分别是武汉长江二桥、铜陵长江大桥、重庆李家沱长江大桥、武汉白沙洲长江大桥、南京二桥、武汉军山长江大桥、重庆大佛寺长江大桥、鄂黄大桥、荆州大桥、安庆长江公路大桥、南京三桥和夔门长江大桥。这12座斜拉桥中,跨度超过500米的4座,其中武汉白沙洲桥主跨618米,南京二桥主跨628米,南京三桥主跨648米。因而,宏伟矗立于巴山蜀水之间的李渡长江大桥真的是太普通了。

让我们来简单地浏览一下这个时期的中国桥梁吧。

长江上。宜昌的南津关至宜宾的长江(宜宾合江口以下)上游段有已有25座跨江桥梁;自南津关至江西湖口的中游段,12座大桥在给湖北、湖南、江西的人民提供着便利;在水深流急江宽的下游,已建成13座长江大桥,其中有建设过程中就备受关注的润扬长江大桥、江阴长江大桥。在曾被外国专家认为“不宜建桥”的南京江段,此时已有南京二桥、南京三桥“护卫”在南京长江大桥左右。除了这些建成的桥,此时的长江上,还有许多座注定要载入中国桥梁建设史的伟大桥梁正在建设,如,2007年6月合龙的苏通长江大桥,主跨1088米,是世界上第一座跨径超千米的斜拉桥;2007年9月主塔封顶的天兴洲长江大桥,是世界第一座大跨径公铁两用斜拉桥;2007年10月初浇筑完成首片箱梁的南京大胜关长江大桥,它将承载京沪高铁飞越长江。

2007年10月29日,李渡长江大桥通车翌日,第52座长江大桥重庆菜园坝长江大桥通车,两个月后,2007年12月26日,武汉阳逻长江大桥通车,这是第53座长江大桥。此时,按桥梁通车时间排序的意义已变得淡然无味。

黄河上。黄河上究竟有多少座桥梁,这是个很难计算准确的数字。据不完全统计,2007年黄河上已有近百座桥,其中被称为“黄河第一跨”的侯禹高速龙门黄河大桥于2006年12月28日通车;此时,几十座黄河桥正在建设中,例如,肩负京广高铁跨越黄河的郑州黄河公铁两用大桥刚刚开建。

大海上。毛泽东主席当年并没有提到要在海上建桥,或许他想到了,只是没有说出来,因为在当时,这还是很难想象的艰巨工程。此时,中国第一座真正意义上的跨海桥梁——上海洋山港的东海大桥已通车两年,世界上最长的跨海大桥——杭州湾大桥于2007年5月1日通车,青岛胶州湾跨海大桥于2006年12月26日开工兴建。

2007年,国际桥梁及结构工程协会主席伊藤学说了这样一句话:世界桥梁建设上世纪70年代看欧美、90年代看日本,21世纪看中国。诚如所言,自21世纪10年代前后起,中国的现代桥梁建设以中国快速增长的经济需求为背景,在历经几代中国桥梁人的努力积淀之后,厚积薄发,渐成展示中国发展的一个眩目的窗口。

 

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二  扎根于泥土

桥梁,是凝结着人类智慧和理想的建筑。一座桥梁首先是实用的,或跨谷或越水,方便交通,让人们抵达曾难以抵达的彼岸;一座桥梁同时也是美丽的,或宏伟或精巧,匹配周遭,令人们产生感恩赞美的情怀。当我们享受桥梁的便利、赞叹桥梁的俊秀时,眼中心中满是桥塔的高耸、桥拱的大跨、桥索的刚劲、桥面的宽阔,很少会分出哪怕一点点的思绪去稍稍关注一下桥墩以下的另一部分结构——桥梁的基础,它们支撑着蓝天之下可享可视的便利与美丽,自身却隐藏在水之下、土之中,是常常被人们忽略的存在。

所有的建桥人、知桥者都明白这样一个道理:桥梁在地面以上的部分与其基础相比,恰如露出海面的冰山与其水下部分相比,所谓“冰山一角”矣。桥梁的基础决定着桥梁的型式、跨度、荷载,更决定着桥梁的安全和寿命。

“桥之梦”晚会上,一位82岁的老先生拿着自制的道具,给观众和听众讲了一堂科普课,“课程”内容是武汉长江大桥的“大型管柱钻孔基础施工法”。这位老人叫周璞,曾任中铁大桥局副总工程师,退休后一直关注着桥梁建设的发展,把主要精力都花在了撰写科普文章上,乐于解答任何人关于桥梁的问题。2016年前后,网上流传一篇文章《85座长江大桥让人震撼》,里面许多数据不尽准确,且当时的长江大桥数量实际已远超85座,年逾九旬的周璞较了真,自己着手梳理长江桥资料,核对每一个数据,整理出《长江上已有100座大桥》发表。

对桥梁的热爱和对桥梁建设的关切可谓贯穿了周璞的一生。

周璞出生于1925年,1944年高中毕业后与他的高中同学李家咸、唐寰澄、华有恒一同考入上海交通大学,在土木系学习结构专业,当时的他想法很简单:工业报国。1948年大学毕业后,周璞进入当时的上海铁路局,1949年5月上海解放,他立即投身于新中国的建设中,参与沪杭铁路上多座大桥的抢修。1950年,为建设武汉长江大桥,铁道部成立武汉长江大桥设计组,是年10月,周璞与李家咸等调入北京,参加武汉长江大桥的方案研究及初步设计工作。1953年3月,铁道部成立武汉长江大桥工程局,启动武汉长江大桥的施工,他随设计组迁至武汉,成为“大型管柱钻孔基础施工法”设计、施工的参与者、见证者。

后来的岁月里,经过一座座大桥的历练,周璞以及其他参建过武汉长江大桥的工程师们基本都成长为经验丰富的桥梁专家。改革开放初期,他们正值壮年,一边传帮带,一边在各个桥梁工程中担纲重任。至上世纪九十年代初,到了花甲之年的他们渐渐退出岗位,但依然奔波在更多的桥梁工地,为越来越多样化越来越现代化的桥梁贡献着自己的智慧和经验。周璞1990年退休时已年满65岁,仍没有停下来。武汉长江二桥、汕头海湾大桥、西陵长江大桥、芜湖长江大桥、孟加拉帕克西大桥、东海大桥、杭州湾大桥、重庆菜园坝长江大桥、武汉天兴洲长江大桥和南京大胜关长江大桥等国内外诸多重大桥梁工程的建设中,都有他的身影。为了能够直接从国外的技术资料中汲取精华,从年轻的时候起,周璞就坚持在工作之余自学外语,法文、日文及德文,均达到了自如阅读的程度。上世纪80年代及90年代,他数次赴日、美、加、德、意、奥等国考察桥梁施工情况,对国外新的施工技术及相应的机具设备有了较为深入的了解。2017年11月29日,周璞病逝,去世前一个月,正是武汉长江大桥通车60周年纪念日,仍在病塌上坚持接受媒体的采访。

为何在50年甚至60年之后,周璞这样有经验有思想的桥梁专家还在夸赞一个不再使用的基础施工工艺?这是因为,要把握中国桥梁施工进步的脉络,就必须弄清楚这个问题。

而要弄清楚这个问题,首先得了解在武汉长江大桥之前,桥梁施工是如何进行基础施工的。武汉长江大桥建设之前,桥梁基础的水上施工使用的一个主要方法是“气压沉箱法”。所谓“气压沉箱法”,就是把一个密闭的箱体沉至河床,将其底部去掉,人进入箱体在河床上作业。由于水下气压大于水面之上的,且随着水深的增加而增大,人体仅能承受3.5个大气压力,也就是只能在深度不超过35米的水下进行作业,因此其施工深度受到限制。且在这样的条件下,人的作业时间必须控制在每日2小时以内,否则会导致“沉箱病”。用这种方法施工的经典桥梁,有詹天佑临危受命于1894年建成的京山线的滦县滦河单线铁路桥、茅以升克服重重困难于1937年建成的钱塘江大桥。由于施工效率低,新中国成立后,只在最初的5座桥梁采用了沉箱基础,从武汉长江大桥开始基本已不再使用。

武汉长江大桥创新的“大型管柱钻孔基础施工法”是把预制好的钢筋混凝土管柱打入河床,在水面上架起施工平台,用钻机在管柱里钻孔至岩盘后再浇筑成桩而成为桥墩的基础。这样就变水底施工为水面施工,大大降低了深水基础施工的难度,并增加了施工的安全系数。

因而,周璞参与和见证的不仅仅是一项新的施工工艺,更是桥梁建设史上的一次重大进步。

从举全国之力建设武汉长江大桥,到同时在国内外的江河湖海、山峦深谷修建千百座桥梁;从为修建一座长江大桥而汇集全国各行业的顶尖人才组建工程局,到形成完整的桥梁建设产业链,这个过程就是新中国桥梁建设事业的进程。其中,基础施工技术和装备的进步,正是桥梁建设技术进步的重要推动力之一。

武汉长江大桥建设中,以“大型管柱钻孔基础施工法”代替“沉箱基础施工法”使桥梁基础施工技术取得了突破,方案不但经过中、苏两国专家的多次研讨,最终的被采纳更是由国务院和周恩来总理拍板确定;根据不同地质条件,采取四种不同的基础施工工艺的“复合基础法”,是南京长江大桥对桥梁建设的重要贡献之一。在这之后,九江长江大桥的双壁钢围堰大直径钻孔基础施工法、长东黄河大桥的旋转钻成孔法、武汉天兴洲长江大桥的双壁钢吊箱围堰法,以及一座座长跨桥梁的“巨无霸”沉井法、一座座跨海长桥的大型钻孔桩基础施工法更是桥梁基础施工前进的里程碑,记录着中国逐步走向桥梁建设强国的成长历程。

桥梁基础施工大致分为这样几种形式:明挖基础、沉井基础、沉箱基础、管柱基础、桩基础、复合基础和特殊基础。目前,管柱基础、沉箱基础以及复合基础在我国早已不使用,在一些小型的桥梁,或在悬索桥的锚碇和山区拱桥基础中会采用明挖扩大基础,其余均以现代化的钻孔桩基础和沉井基础为主。

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桩基础是一种既古老又现代的基础形式,历久弥新,也是目前我国应用最多、发展最快的一种基础形式。在古代,中国就有以原木打入土中做基础或加固地基的,近代随着材料和机械工业的发展,开始用钢铁或混凝土做成钢桩或混凝土桩,用专门的振动锤进行沉桩。上世纪中期,钻孔机械不断更新并成功应用以后,桩基础的发展可以用迅猛来形容。由于其结构轻,施工机械化程度较高,施工进度较快,造价相对较低,地质适应性广泛,因而现在几乎是无桥不桩。上世纪80年代初,在长东黄河大桥施工中,使用了新研制出来的大功率旋转式钻机,一天就可以钻进60多米深,将钻孔速度空前提高。也因此成就了“长东速度”。

伴随着国家经济发展,对桥梁的需求越来越趋向大跨度、重荷载,相应地,桥梁的基础越来越大越来越深。1985建成的新(乡)荷(泽)铁路长东黄河大桥的最大桩直径为1.5米,桩长60米左右;2004年开建、2009年通车的京广高铁武汉天兴洲公铁两用大桥的桩直径已达3.4米,最长达80米;到2015年前后,新建的福平铁路平潭跨海公铁两用大桥钻孔桩直径是4.5米,新建的连镇铁路五峰山大桥直径2.8米钻孔桩最长的为136米。这增加的可不仅仅是数值,而是施工的难度和对科学技术、机械设备的更高需求,且这种难度和需求成几何倍数递增,因为量的改变已然促成了质的改变,1.5米、3.4米、4.5米的钻孔桩根本就是三种不同类型的桩基础了。更不容忽视的是,在这个递增过程中,施工技术人员的心血投入也成几何倍数递增。

平潭海峡公铁两用大桥是我国首座公铁两用的跨海大桥,是新建福州至平潭铁路、长乐至平潭高速公路的关键性控制工程,于2013年11月开工兴建。这座总造价超过百亿的超级工程桥址处地质情况复杂,覆盖层较薄,岩石坚硬,且岩面高低不平,海底孤石硬度有的达到140兆帕。

黄平熠是平潭海峡公铁两用大桥项目部基础施工工区的经理,第一次到工地,站在桥址处的海岸边,望向大海中的人屿岛,那是一座无人居住的荒岛,大桥将从岛上跨过,他的视线没有如其他人一样越过海岛投向更远处,去想像大桥建成后的样子,作为一个有十多年基础施工经验的工程师,黄平熠的目光下落,盯在了岛屿周遭那些从海底延伸出来的巨大石头上。他的脑子里呈现出的画面是此地海床的形态和构造。在这种地方钻孔可真是挑战自然、挑战自我呀,何况还是直径达4米和4.5米的大孔径钻孔桩!4.5米直径可是当前国内最大的钻孔桩基础。4米的就已属超大,4.5米的可不仅仅是粗了0.5米,其施工难度和施工技术含量那是又上了一个等量级哦!

为了这些4.5米钻孔桩,大桥的承建单位中铁大桥局专门定制了8台扭矩达45吨•米的KTY5000型钻机。可是这些功率巨大、效能优良的钻机面对平潭桥的地质有时也颇吃力:钻进速度每小时仅2厘米。从2015年11月底架好钻机开钻,到2016年3月底,4个月的时间4台钻机仅完成了2个孔,堪比龟速了。因为速度慢还容易出现堵管现象,甚至掉过一次滚刀。那段时间黄平熠在岸上根本就待不住,不论怎样的大风高浪,几乎每天都要往海上施工平台跑。

平潭海峡公铁两用大桥全长16.323 公里,除了连接人屿岛、长屿岛、小练岛、大练岛等几座大小海岛外,还依次跨越元洪航道、鼓屿门水道、大小练岛水道、北东口水道等海域,因而有三座重要的航道桥,均为双塔斜拉桥。其中4.5米超大孔径钻孔桩集中在鼓屿门航道桥的主墩和辅墩,Z03和Z04两个主塔墩桩基施工团队的负责人王杰、贾宏志和王天斌均为不满三十岁的年轻人,却都是参建过5项以上工程基础施工的“老大桥人”了。他们跟着黄平熠一起与这些4.5米钻孔桩死磕,发掘了所有能发掘的经验,研究了所有能想到的办法。工期告急,他们商议出一个简单的笨办法,先解决工效问题:像煤井钻探那样,采用两次成孔工艺:先用直径3米的钻头钻到位,再用4.5米的钻头扩钻一次。这相当于,要在一根坚硬的铁板上钉大钉子而不成,就先用钢针钻个小孔,再把大钉子钉入。

这个简单的笨办法实施起来依然不易。Z03、Z04的平均桩长59.6米,试想,在20层楼高的深度内两次钻孔,会不会偏孔?会不会塌孔?经过反复计算,经报请相关单位和部门同意后,黄平熠他们实施了大孔径两次钻孔工艺并取得较好的效果:在此之前用传统方式完成的4.5米桩的进尺速度是平均每天(24小时)60厘米,两次钻孔的平均成孔速度是每天(24小时)150厘米,增速1.5倍不说,还顺带解决了两个问题:垂直度和护筒漏边。

暂时满足了工期的迫切需求后,他们就停了下来。“两次钻孔”毕竟只是不得已之时采用的非常之法,专业的桩基作业人员还是应该认真研究4.5米桩的单次钻进工艺,超大桩径一次成孔才能体现超大口径桩基础的优越性,也才能体现“建桥国家队”的实力。于是黄平熠、王杰、王天斌继续在海上跟4.5米桩死磕了一年多,终于让4.5米直径桩单次钻进工艺趋向成熟,这期间,西北小伙儿王天斌的体质不适应南方海边的潮湿闷热,身上的红疹子一片片一层层地长,疼痒难耐就拼命工作,还自嘲“真皮才会发霉”。

2016年10月底,第十一届国际大口径工程井(桩)协会高峰论坛在福州召开,特意于平潭桥工地设置会场,平潭大桥工程项目部总工程师张立超在峰会上作了题为《平潭海峡公铁两用大桥大直径钻孔桩施工技术》的主旨发言。专家们对大桥的基础施工点评颇多,赞誉有加。峰会认为,桥梁建设的桩基础施工,中国已经走在了世界前列。

的确,4.5米直径的桩,从尺寸上看已近似小型沉井基础了。那么,沉井基础的最新发展又是怎样的呢?让我们来看看沪通长江大桥的沉井施工情况吧。

沉井法其实是一种古老的打井方法,公元前两千年,古埃及人就曾使用过木材和石材沉井开挖吸水井。我国春秋战国时期,为使水井经常保持一定的水量,不因井壁坍塌而干枯,在平原地区挖掘水井时也采用过沉井法。所谓沉井,简单地说,是一种井状构造物,无盖无底,当然比“井”要大得多,南京长江大桥(1968年通车)建设时沉井的平面大小已相当于一个篮球场,到沪苏通公铁两用长江大桥(2014年3月开工建设,2020年7月建成通车),沉井的平面尺寸已是十二个篮球场大小。这些沉井有木的、石的、混凝土的、钢的、钢和混凝土组合的,一般在地面、水中或基坑中先制作,待其达到一定强度及高度后,在井孔内分层取土,随着井内土面逐渐降低,井身借助其自重或助沉装置不断下沉至设计标高,再在内部完成封底、加固等工序,使之成为桥墩或其它结构物的基础。

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桥梁的沉井基础是一种传统的深水基础,起源于十八世纪中期的欧洲。最早有详细介绍的是伦敦泰晤士河上的威斯敏斯特桥(Westminster),这座桥于1738年由瑞士工程师查尔斯•拉贝雷(Charles Labelye)主持建造,基础用的木沉井有80英尺长、30英尺宽、16英尺深,用9英寸×12英寸的纵木做骨架,两边覆盖3英寸厚的板子,四角用熟铁条加固。沉井在岸上制作完成后,利用潮水托运到位并下沉。

由于沉井主要是依靠井身自重克服井壁与土层间的摩阻力和刃脚端阻力来下沉,沉井自重越重越易下沉却越难以准确控制,沉井横截面越大承载越大却越难以保证下沉过程中的平稳,因此平稳准确地下沉遂成为桥梁沉井基础施工的一个关键点。为寻求降低井壁侧面摩阻力的方法,19世纪以来,欧洲及亚洲不少国家先后在沉井结构和施工技术上做了很多试验和改进,在结构上采用了多级沉井、锥形沉井等,在施工技术上采用了压气沉井、冻结沉井、空气幕沉井、壁后河卵石沉井、载重沉井、触变泥浆套沉井、振动沉井以及主动下沉沉井等,促使桥梁沉井基础施工技术得到很快发展。

我国采用沉井基础始于十九世纪末。1898年开工修建的滨州线哈尔滨松花江桥是中国最早应用木、石沉井基础的现代桥梁,此桥由俄罗斯桥梁专家监造,是松花江上最早的铁路大桥,也是哈尔滨的第一座跨江桥梁。新中国成立之后,从1955年7月通车的兰新铁路河口黄河桥采用钢板桩围堰施工沉井、1959年12月通车的重庆白沙沱长江大桥采用钢筋混凝土沉井,到1968年通车的南京长江大桥发展了重型混凝土沉井、深水浮运钢筋混凝土沉井,至二十世纪后半叶,沉井基础一度成为大跨或重载桥梁主要的基础形式。1985年10月通车的长东黄河大桥有8个桥墩为圆形沉井基础,采用空气幕辅助下沉;1990年竣工的凤台淮河大桥首次将冻结法引入桥梁沉井施工。1995年4月建成的京九铁路孙口黄河大桥是1990年代中国最后一个大规模采用沉井基础的桥梁,在这之后,沉井基础的发展步入低潮。

进入新世纪,伴随着材料、测量定位、计算机运用等科学技术的进步和国家经济实力的提升,沉井基础与生俱来的一些缺陷被克服,其刚度大、承载力大、稳定性好的优点则更显突出。在施工过程中,沉井自身就是一个大的施工平台,可以减少大型临时结构的投入。与桩基相比,在荷载作用下变位小,具有较好的抗震性能,尤其适用于对基础承载力要求较高、对基础变位敏感的桥梁,如大跨度悬索桥、斜拉桥及梁桥等。因而,近些年,沉井基础施工技术华丽升级,重新成为桥梁设计师和工程师乐于采用的桥梁基础形式。

2005年开工修建、2008年建成通车的合淮阜高速淮河特大桥首次采用根键式钢筋混凝土沉井基础;2009年6月建成的宁波奉化江铁路大桥采用钢沉井基础;2012年11月竣工通车的泰州长江公路大桥主桥为三塔双跨钢箱梁悬索桥,其中塔基础为钢壳钢筋混凝土沉井,沉井全高76米,平面尺寸为58.2米×44.2米,相当于六个篮球场大小,但与沪苏通长江大桥的沉井比起这,也是小巫见大巫了。

2014年3月1日,沪苏通铁路公铁两用长江大桥开工,这是世界上第一座主跨超过千米的公铁两用斜拉桥,上层高速公路下层高速铁路,1092米的主跨、高达325米的主塔需要什么样的基础来承载?

2014年6 月22 日上午,江苏南通的长江江面上,一个体积巨大的“铁箱子”正在往下游方向移动。

“各位观众,钢沉井已经出坞了……这是目前世界上规模最大的深水沉井……”中央电视台在对这个“铁箱子”的移动进行直播。

“铁箱子”长86.9米,宽58.7米,平面尺寸相当于十二个篮球场大小;高56米,等同于一栋18层楼的高度。在“铁箱子”的左、右两侧和前面三个方位有七艘拖轮正拖拽着它前进,拖轮的外围还有十几艘护航船,它们跟“铁箱子”比起来小得像是孩子的玩具。

在“铁箱子”的顶部,有不少或走动或站定的人,在电视屏幕里,他们只是一个个小黑点。这个总重量达1.5万吨的“铁箱子”是沪通长江大桥28号主塔墩的水下基础——钢沉井。大桥两个主塔墩(28号墩和29号墩)的基础部分采用倒圆角矩形的钢-混凝土组合沉井,沉井总高110.5米,底节为56米高的钢沉井,顶节为54.5米高的混凝土沉井。为保证加工质量,又减少现场接高的工作量,从而节约工期,沪苏通桥首次采用钢沉井在船坞整体制造、整体出坞浮运技术。

浮运中的钢沉井上的小黑点中有一个人叫杨益斌,是沪通大桥工程北岸项目部的副经理。杨益斌是第一批进驻沪苏通大桥工地的施工人员,他的首项任务很单纯:监造并浮运28号墩沉井。

28 号主塔墩钢沉井是一层层安装完成的,每一层由35个各重40 吨的十字架形组件组成,而每个十字架又由几十片大小构件焊接而成。半年多的时间里,杨益斌每天往返于船坞和工地,眼见得庞大的沉井由零件到组件到整体,眼见得800吨一只的蛙式定位重力锚一只一只筑成,他觉得自己越来越渺小却越来越激动。

钢沉井造好了,下一步,就是浮运。对于规模巨大的沉井来说,浮运和定位是其下沉之前的两个关键施工程序。

经过严格计算,2014年6月22日晨,受海潮影响的长江水在退潮期,正好适合沉井顺水出船坞;而沉井到达墩位处时,恰平潮,便于沉井定位。

6月21 日下午,施工人员将钢沉井24个孔洞中的12个的底部封闭,注入空气。随后打开船坞与长江间的闸门,向船坞中注入江水,使钢沉井这个庞然大物浮在水面上。当夜,杨益斌几乎无眠。

6月22日凌晨5点,杨益斌与他32位同事在沉井顶上各就各位,做沉井浮运前的最后检查。

7 点20 分,钢沉井在七艘拖轮共计38000马力的顶推和牵引下,缓缓移出了船坞,进入长江主航道,开始了11公里的江上浮运。

宽阔的江面上,钢沉井缓缓前进,十几艘护航船一路伴随,仿佛一支威武的航母编队。

站在沉井顶部的最前方,迎着初升的太阳,杨益斌感觉就似一个看着婴儿出生的父亲,激动而自豪,紧张又兴奋。56米的沉井吃水8米,他站在水面40多米之上,看见沉井两侧因前行而翻起的乳白色浪花泛着金色的光,他知道那每一道浪应该都有十几米高。江面上有不少抛锚不动的船只,它们皆是因为沉井浮运而暂时停航等待的。原来,为了保障浮运过程的顺利,南通海事局在沿途实施了临时交通管制,并派海事巡艇前后接力,一路护航。杨益斌看见船上的人们都举着手机对着航行中的沉井拍摄。

9点半,钢沉井成功完成11 公里的海上“大挪移”,到达墩位附近。

11 点,在总调度的指挥下,编队整体左转,经过90 度的高难度调头操作,钢沉井到达了目的地——沪苏通长江大桥 28 号主桥墩位置。

施工人员开始通过边锚桩和重力锚对钢沉井进行精准定位。杨益斌把他监造的“铁箱子”护送到了“家”,接下来他要参与28号墩钢沉井的下沉至河床的施工,更要见证28号墩从河床下一步步长高,直到最终长成一个325米的“擎天柱”。

后来,杨益斌把中央电视台直播28墩沉井浮运的视频拿给父母妻儿看时,大笑着说:“我就站在这个上面,不过你们看不到我。”再过几十年,杨益斌或许能成为周璞那样的桥梁专家,或许只是一名普通的退休老人,不论怎样,这一次伴随沪苏通桥“铁箱子”成长、回家的经历会让他自豪一生。

 

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三  不必要的竞赛和逼出来的跨度

2018年11月10日,南京仙新路过江通道开工,其中跨江主桥为门形塔悬索桥,将实现1760米一跨过江,这是目前国内最大跨度的悬索桥,也是目前国内最大跨度的桥梁。开工仪式之后,有记者发问:大桥究竟一跨多长是极限?

问题引起了许多人的共鸣:同问。近几年,一座座不断创造新纪录的大桥建成的消息,几乎是以目不暇接的频率震撼着国人的视听,那一次次遭刷新的纪录里被提及最多的一项就是桥梁的跨度。主跨大小是一座桥梁的标识性数据,也是桥梁科技含量和施工难度的标识性数据。记者此问应该是包含了多层含义:在目前或可预见的科技能力下,桥梁可以实现的最大跨径是多少?修建一座桥,多大跨径是合适的?为何现在的桥梁跨度越来越大?

在向媒体介绍南京仙新路过江通道的跨江大桥时,全国工程设计大师、中铁大桥院集团总工程师高宗余说,一孔跨越可通航水域,主要是满足通航需求,这一江段来往船只频繁,不允许在水中建多个桥墩。中铁大桥院副总工程师肖海珠接受了发问记者的采访,通过记者他向国人科普了一个有关桥跨的知识:通航需要、水文条件制约以及生态环保因素催生越来越多一跨过江桥梁。例如2017年开建的宜昌伍家岗长江大桥,以悬索桥型式1160米一跨过江,是因为大桥所在区域为长江中华鲟自然保护区缓冲区,也是江豚、胭脂鱼等珍稀江鱼活动的密集区,为保证中华鲟洄游不受影响,大桥不能在水中建桥墩。

在此之前,武汉杨泗港长江大桥的总设计师、全国工程设计大师徐恭义也表达过同样的跨度需求压力。杨泗港长江大桥是1700米一跨过江的悬索桥,大桥桥址处的江面之下,有一处长逾3公里的潜坝,为治水工程,枯水期会露出水面。因长江水位起落较大,江中泥沙冲淤变化亦大,为保证枯水期此区域航道的吃水深度,减少清淤工作量,海事、水利部门在江底设置潜坝以起导流作用。杨泗港长江大桥桥位紧邻潜坝的一端,如果在江中设桥墩,就会改变水流方向和水沙比,影响治水工程。因而“逼”得大桥不设江中墩,只能选择一跨过江。

要完全理解几位桥梁专家的话,我们可以先看几则旧闻。

2007年6月15日,全长1675.2米的广东九江大桥的桥墩遭受船只撞击,坍塌200米,桥上4辆汽车与2名施工人员坠入河中,共造成8人死亡。2011年11月,广州市海珠区法院一审以交通肇事罪判处肇事船长石桂德有期徒刑6年,石桂德不服判决提起上诉。2013年9月16日,广州市中级人民法院宣判,维持一审法院判决。2017年7月18日,石桂德获刑6年出狱后,向广州铁路运输第一法院提起诉讼,状告广东省交通运输厅和广东省交通运输工程质量监督站,要求提供九江大桥坍塌桥段桥墩基础的图纸资料和重建资料。

2017年8月12日下午4时许,在连续一个半小时的时间内,京广线106国道崇阳二桥连续遭受9艘来自隽水河上游的大型采砂船强烈撞击,5艘撞桥后就地沉没,另4艘卡在桥跨中央,形成强大阻水障碍,桥梁安全受到威胁。2017年8月23日下午6时许,一艘船撞上广东西部沿海高速磨刀门大桥桥墩,卡在两墩之间。下游段桥墩被撞损,左侧桥面出现明显下沉,桥面下沉27厘米,部分桥面出现裂隙。据了解,撞桥船只是在距离大桥一公里以外的地方停靠避风时,被大风“吹”到桥下的。

桥梁架设在江河湖海之上,跨越天堑,沟通两岸,通达交通,便利生活,是受人们喜爱和欢迎的建筑物。但对于船舶来说,桥梁却是水上人为的障碍物,给安全航行增加了难度;对于水流和河床来说,桥墩迥异于经年累月自然形成的岛、石,是突然出现的异物,会骤然改变泥沙沉淀的位置、方向,影响水流、航道。

某一艘船撞上桥墩是偶然,但主航道附近的桥墩可能遭船只撞击却是必然,也正因此,在桥梁设计时“船撞桥”就应该作为桥墩受力因素被考虑。武汉长江大桥跨度128米,南京长江大桥跨度160米,在它们各自的建造时代已是梁式桥所能达到的最大跨度,在这个最大跨度的基础上,结构设计时仍然充分考虑了遭受船舶撞击等极致情况。1957年10月15日武汉长江大桥通车那天,《长江日报》记者宫强曾代表人民群众就大桥的安全问题询问过苏联专家组组长西林,得到的回答让他大吃一惊,他没想到武汉长江大桥抗风险的设计标准如此之高:“我们的设计前提是假设有两列都是双机牵引装满货物的火车,向同一方向,以最快的速度开向桥中央,在同一时间内来个紧急刹车;假设这一时间,公路桥排满了汽车,也来个紧急刹车;假设在这一时间内,武汉发生了地震,江上刮起了八级大风,又有具有三百吨水平冲力的船碰到桥墩上时,大桥仍坚如磐石,稳如泰山。”武汉长江大桥、南京长江大桥建成之后的几十年里均遭遇过数十次的船只撞击,虽然因此被誉为“桥坚强”,但也不得不说明了一个事实:江中排列的桥墩影响了船只的通行安全。前面提到的“旧闻”中的船长们在眼见着自己的船冲向前方桥墩时是多么希望那桥的跨度再大一些再大一些,或者就根本没有水中桥墩呀。

桥梁设计师、结构工程师、材料研究者……大家一直在让桥梁的跨径更大一些的道路上努力奔跑。从梁式桥到拱桥,从斜拉桥到悬索桥,从过百米到超千米,桥梁的跨径数值似乎也在奔跑。现在,斜拉桥的跨径已突破千米,正在建设中的沪通长江大桥主桥跨度1092米,是目前世界跨度最大的公铁两用斜拉桥;悬索桥的跨径已突破2千米,2018年开工建设的土耳其恰纳卡莱1915大桥设计主跨2023米,是世界上首座达到2公里量级“一跨而过”的大桥,将跨越土耳其海峡南端的达达尼尔海峡,连接欧亚大陆。

现代悬索桥将桥跨的极限不断推向更大。桥梁专家、全国工程勘察设计大师、中铁大桥局原副总工程师杨进曾经说过,悬索桥行车主梁的受力与跨度没有关系,而主要与两个吊点有关。这是他在主持设计西陵长江大桥时的一个重要发现。

那么,悬索桥是如何具有超强跨超能力的呢?这需要我们先来了解它的构造原理。

一根竹筷,轻轻一掰就会断,但少有人能够把筷子拉断。在地上竖两根杆子,中间拉一根绳子来晾衣服,衣服挂多了,绳子会下垂但不会断,会断的是杆子,虽然它们比绳子粗壮得多。几乎所有的材料,受拉的效能都要远远高于受弯的效能。与受拉相比,受弯是一个效率极低的承载方式。一定程度上,提高结构效能就是尽量把受弯转化为受拉,悬索桥是人类构造物中注解这个原理的最好例子。

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普通的梁式桥,刚性的梁架在墩上,完全依靠受弯承载,因此跨度被局限。而绳子和杆子组成的晾衣架,只要杆子足够粗壮足够高大,理论上绳子可以无限加长。简单地理解,这也就是杨进大师为何会说“悬索桥行车主梁的受力与跨度没有关系,主要与两个吊点有关”啦。

悬索桥是一种古老的桥型,又称吊桥,在我国有悠久的历史。据记载,在公元前250年,四川境内就有了竹索桥和藤索桥,材料取得进步后,云贵川等山区出现铁索桥。现代悬索桥正是在传统吊桥基础上发展形成的一种桥型,它是利用主缆和吊索作为加劲梁的悬吊体系,将荷载作用传递到索塔和锚碇的桥梁。相对传统的吊桥来说,现代悬索桥是以钢索代替铁链,设高塔和加劲梁,改缆顶面承受荷载为缆底面承受,提高了载重量和稳定性。

亘古的桥梁风景与簇新的桥梁话题之间,间隔着漫长而沉重的历史。当西方世界完成第一次、第二次工业革命,欧美大地的桥梁让风驰电掣的火车轻松跨河越涧时,中国的老百姓还在紧闭的大门之内“享用”“呼哧呼哧”的牛车、“咯吱咯吱”的独轮车和“杭育杭育”的轿子。一边是凌空飞架的钢铁长虹,一边是杨柳掩映的小桥流水。被拉开的巨大差距给了现代中国桥梁工程师巨大的追赶难度。

悬索桥的“回归”有点晚。二十世纪九十年代初,杨进主持了中国第一座悬索桥——汕头海湾大桥和第二座悬索桥“神州第一跨”——西陵长江大桥的设计。1992年主跨454米的汕头海湾大桥开建时,最大困难是材料,通过它的建造,中国桥梁工程师弄清楚了悬索桥主缆的性能和要求,国产主缆的厂家也开始起步。

杨进在业界素有“桥界爱迪生”之称,设计大胆,常有创新和突破。汕头海湾大桥主梁结构为现场预制的单箱三室预应力混凝土薄壁加劲梁,是借其较重梁体具有的良好抗风稳定性,确保大桥在台风多发区的安全。1993年,主跨900米的西陵长江大桥开始设计,杨进认为混凝土梁相对而言太过笨重,已经不适用,首次从国外引进了钢箱梁技术。900米的钢加劲箱梁共分作72个节段,这些节段梁体吊装后,在悬吊状态下进行焊接,这种焊接需要单面焊双面成型技术。

为检测箱梁制作厂家的焊接能力,杨进还专门设计了一个“模型”——一座人行天桥。“模型”位于武汉市汉阳区钟家村,架在鹦鹉大道与汉阳大道交叉口上,形如字母X将道口四角连通,桥体就是全焊接的钢箱梁,最大跨度达42.8米。钟家村天桥1991年12月建成,2012年6月因为修建地铁而拆除。它是武汉市最早的人行天桥,也是江城跨度最大的天桥,在服役的21年里一直是汉阳地标。借助它安全通行于宽阔十字路口的人们,感受人行其上带来的微微颤动时,估计极少有人会想到这看似普通的天桥竟出自一位桥梁大师之手,更不会想到它与一座伟大的悬索桥有关。

钟家村天桥让杨进心中对中国的钢箱梁焊接技术有了底,也由此拓展了国内桥梁产业链下游企业的发展之路。

此后,悬索桥技术在吊桥的故乡中国快速发展起来。1997年,丰都长江大桥、虎门大桥通车;1999厦门海沧大桥、江阴长江大桥通车;进入新世纪,重庆鹅公岩长江大桥、宜昌长江公路大桥、重庆忠县长江大桥、抚顺天湖大桥、重庆万州二桥、润扬长江大桥、天津富民桥、武汉阳逻长江大桥、沪蓉西高速公路四渡河大桥、重庆鱼嘴长江大桥、贵州坝陵河大桥、舟山西堠门大桥……短短十年,从北彊到岭南,从东海到黔西,在河上、在海边、在江面、在山中,悬索桥就像春天的花儿一样四处盛开,以轻盈的身姿给了人们特别的美感和通过体验。

跨度也越来越大。1999年9月建成的江阴长江大桥主跨1385米,使中国的桥梁跨径突破千米,首次在长江下游实现“一跨而过”。2005年4月,润扬长江大桥通车,以1490米的跨径和宏伟的体态震撼了国人的感观,人们再一次在长江下游“一跨而过”。2009年12月25日,新的震撼来了,东海舟山西堠门大桥主跨1650米,似乎与日本明石海峡大桥1991米跨径的世界纪录已可比肩。

二十一世纪的第二个十年,湖南矮寨大桥、江苏泰州长江大桥、南京四桥、宜宾南溪长江大桥、郑州桃花峪黄河大桥、重庆青草背长江大桥、马鞍山长江大桥、武汉鹦鹉洲长江大桥、贵州普立大桥、贵黔高速鸭池河大桥、宜昌至喜长江大桥、重庆几江长江大桥、贵州都格北盘江大桥、重庆寸滩长江大桥、重庆驸马长江大桥……高塔、大跨、时尚的悬索桥不再神秘,不但成为许多城市的地标,也化身高山峡谷中的风景。

桥梁研究界却开始喊停。大跨径桥梁似乎在一场无形的竞赛中跑得太快了,快得把“灵魂”都落在了身后。桥梁的“灵魂”是什么?杨进曾经在许多场合都说过这样的话:桥梁建设中遵循“安全、适用、经济、美观、耐久、环保”六项原则,应当成为大家的共识。

2018年,桥梁及结构工程专家,中国工程院土木、水利与建筑工程学部院士项海帆撰文反思“中国桥梁界追求‘之最’和‘第一’”的现象,他说:2009年5月,在上海参加“当代大桥”国际研讨会后,部分国外代表参观了中国各地的新建大桥。在他们离沪回国时,国际桥协的领导曾问他:“为什么在中国长江内河航道上要建造那么多千米级的悬索桥和斜拉桥?为什么一些老桥跨度不大,而附近的新桥的跨度却增大了好几倍?你们长江航道的通航要求是如何定的?”他一时语塞,不知如何回答才好,只能回答:“中国桥梁界喜欢追求跨度的超越,一些官员也鼓励这样做,这可能是一个误区。”项海帆院士在文章中说:“根据我多年来参加方案设计评审会的经验,中国大桥追求跨度第一之风原因是多方面的,但通航净宽标准的不合理,可能是很重要的诱因,它迎合了桥梁界追求跨度的冲动,使桥下净高和净宽不成比例,并为失去比例美的大跨度悬索桥得以通过评审而实施提供了‘依据’,但却完全背离了国际常规,因而引起了外国同行的质疑。”

项海帆院士与杨进大师同庚,出生于1935年,1952年同济大学桥隧专业毕业后成为李国豪教授的研究生,长期从事斜拉桥的抗震和风工程学科研究。1994年,项海帆的“黄浦江南浦、杨浦大桥抗风性能研究”科研项目获上海市科技进步一等奖。随后,他主持的“上海南浦大桥工程”研究获国家科技进步一等奖。

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1991年12月通车的南浦大桥是一座双塔双索面叠合梁斜拉桥,主跨423米;1993年9月通车的杨浦大桥亦是一座双塔斜拉桥,主跨602米。这两座经典桥梁实现了上海人在黄浦江上“一跨而过”的梦想,对浦东发展和上海经济的推动作用显而易见。同时,这两座桥也是中国现代桥梁大跨径“竞赛”的发轫之作。

2008年11月在北京召开的“中美桥梁年会”上,邓文中发表了一篇题为《桥梁跨径世界纪录的竞赛》的文章,文章中说“人类喜欢竞争,竞争存在于各方面,当然也存在于设计建造破纪录的高楼和桥梁中。正如建筑师努力创造新的摩天大楼的高度一样,许多桥梁工程也热衷于不断改写桥梁的最大跨径纪录”。邓文中是林同棪国际集团董事长、美国国家工程院院士、中国工程院外籍院士,在这篇文章中,他用大量数据列举分析了近3个多世纪以来的、目前世界上尚健存的最大跨径桥梁,认为“创造桥梁跨径纪录似乎是多数桥梁工程师竞争的目标”,“虽然有些桥梁设计师会刻意去创造新的纪录,但绝大部分桥梁跨径的世界纪录却是非常‘自然’地被创造出来的——现场的自然条件常常会要求建设特别大跨径的桥梁”。

2016年国庆节前,新华社发布《大桥上的中国——我国桥梁建设发展调查》,在肯定和展示中国桥梁建设成就的同时,用一个章节的篇幅提醒国人“理性看待‘第一’‘之最’”。文章说,“桥梁建设大发展,得益于我国综合国力提升和科技水平的发展,得益于国家发展对桥梁建设不断提出的新需求,得益于博采发达国家桥梁建设技术成果带来的实践,更凝聚了我国桥梁建设者不断超越自我的勇气和智慧”。“随着科技发展和财力投入,我国有了建设大跨径桥梁的实力。然而,不容忽视的是,一些地方政府领导和桥梁设计者过度追求大跨度桥梁,在一些地方桥梁建设中出现了认识误区,把各种‘之最’‘第一’作为建设目标,过度追求大跨度方案”。

“建桥不是为了破纪录,也不是为建‘地标’,永远是为交通功能服务。”中铁大桥院董事长、时任中铁大桥局科委主任秦顺全在接受新华社记者的采访时说。这句话也被记者写进了新华社的《调查》中。

杨进生前常对他的学生和得力助手徐恭义说,每座桥有每座桥不同的地域特点,不能说在某个地方建了一座很出名的桥,就把它搬到别的地方去。建一座桥,如果它适合当地的特点,就不要多花钱让它与众不同,不要夸大求洋,要讲究经济、实用。

2006年,泰州长江大桥方案评议会在南京召开,参评的设计方案中有960米跨度的大小塔斜拉桥方案,也有一跨过江的悬索桥方案。会后,泰州大桥项目指挥长钟建驰征求杨进大师对桥式方案的见解,直率的杨进开门见山地说,这两种方案他认为皆不合适,因为桥位处水面宽阔,但河床地形却是中间高两侧低,最适宜的桥型是三塔两跨悬索,既减少水中墩确保航道、保持该江段现有的自然条件不发生变化,又相对省钱。最终他的建议被采纳,泰州长江大桥以2×1080米双主跨的身姿展现在世人面前,杨进作为泰州桥的总设计师开启了中国三塔悬索桥的建设。泰州桥之前,马鞍山长江大桥曾提出采取一跨2000米过江的方案,后来也接受杨进的建议,采用可大量节省投资的三塔双主跨方案。

不在跨度大小上比高低,要在经济、适用上细思量。作为年轻一代的设计大师,徐恭义在秉承老师的设计思想的基础上,更加精进。

徐恭义,1963年出生的山东人,有着齐鲁大地生成的淳朴品性,也有孔孟之乡浸润出的儒雅气质。1984年从西南交通大学毕业分配至当时的铁道部大桥局设计处、后来的中铁大桥院,就再没有离开,从普通的技术员到设计项目负责人,从工程师到全国工程设计大师,一直工作在桥梁设计的最前线。

作为“文革”结束恢复高考后的头几批大学毕业生,徐恭义常常觉得自己何其幸运,一工作就遇上方秦汉、陈新、杨进等一批老专家,他们丰富的实践经验、深厚的学术功底、开阔的专业思维和严谨的工作态度深深地影响着他自己这一代桥梁工程师。跟在方秦汉、陈新、杨进等老专家的身后,在上世纪80年代、90年代,青年徐恭义参与了武汉长江二桥、汕头海湾大桥、西陵长江大桥等一批具有开创性意义桥梁的建设;站在方秦汉、陈新、杨进等老专家的肩膀上,徐恭义创新地完成了澳门西湾大桥、武汉杨泗港长江大桥、连镇铁路镇江五峰山长江大桥等超级工程的设计。

徐恭义性格沉稳细致,跟随杨进“学徒”十二年,与“师傅”的大胆创新相得益彰,工作上配合默契,深得杨进赏识,杨进评价自己这个“大弟子”时,称“我们是忘年交”,他是我的得力助手。徐恭义经常把桥梁前辈的建桥理念放在心里咀嚼:陈新院士“要把专业融会贯通”,方秦汉院士“要淡泊名利,先要做到一专,再争取多能”,郑皆连院士“要平凡求真地工作,谦虚朴实地做人”,范立础院士“学理工科尤其要多看书,这样才能更有判断力”……每每重温,他总能受到启迪和教诲,总能获得潜心设计的力量。逐渐地,徐恭义形成了自己的桥梁设计理念:安全、实用、经济、合理。

有一年,中南民族大学请徐恭义为其校园的人造湖设计一座九曲桥,觉得曲折回转的造型独特美观。徐恭义去实地考察后,建议校方放弃原来的想法,因为他认为九曲桥适合放在公园里,与学校的整体环境并不协调,尤其是学校的建筑要考虑为在校大学生节约时间、提供交通方便,遂主张设计成桥面宽阔的九孔桥,既能方便学生出行,也节省了桥梁的造价。现在,这座九孔桥已成为中南民族大学的一处标志性建筑。

2006年,武汉市新的“城市总体规划”规划了武汉的第十和第十一座长江大桥,就是杨泗港长江大桥(2019年10月通车)和青山长江大桥(2021年4月通车)。徐恭义是这两座大桥的总设计师。在向团队讲述自己的设计思路时,他说,“桥,是水上的障碍物。修建一座桥,要尽量减少对水上交通的阻碍,为长江航运的未来发展留出更大的空间。最有利的桥型是悬索桥,它的特点就是跨越能力大、工程投资省、造价经济适用。”他还提出了一个“桥群”的概念。

当一座城市的河流上只有一座桥梁时,跨度再小,桥梁对航道的影响都是有限的可计算的。当一座城市有了多座桥梁,桥梁对水上交通的阻碍程度就不再是桥墩数量的简单相加。当一座城市有了十几座桥梁,且密集到每公里都有一座的时候,再修建桥梁时哪怕仅增加一个水中墩对航运来说可能都会是致命的。

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依据这两座大桥不同的地理位置和地质条件特点以及功能需求,经过实地考察,反复评估论证,徐恭义最终将上游的杨泗港长江大桥设计为跨度1700米的双层12车道公路悬索桥。对于下游的青山长江大桥,因跨越江心天兴洲,徐恭义将其主航道桥设计成主跨938米的双塔斜拉桥。

2015年,连镇铁路镇江五峰山大桥开建。这是中国第一座铁路悬索桥,也是中国第一座公铁两用悬索桥。作为总设计师,徐恭义几年前就开始为之工作,对桥梁的功能诉求和桥址处的地理、地质、水文、航运有充分的认识。该项目位于长江下游镇扬河段的大港水道,大桥地处江苏省内河道最狭窄的地方,是修建桥梁的绝佳位置。徐恭义知道,在江阔水深流急码头多的长江下游,适合建桥的位置并不多,要好好珍惜,每建一座都应该努力使之成为综合考虑交通、经济、政治、文化、历史等多方面因素,能带来多维度效益的桥梁,并将其对现有环境的不利影响降到最小,对其要可预期的未来发展估算到最大。

大港水道和畅洲汊道汇流点至五峰山,长约8.3公里,水道微弯,向南凹进,断面形态呈“V”字形,江面宽仅约1.2公里,平均过水断面积为29954平方米,水流急。河面的狭窄,致使此处水域船运繁忙,如果选用有水中墩的桥型就会占用河道面积,使河面更加拥堵,造成不便;同时,水中墩将立于“V”字最深处,经济成本会大大增加。综合这些实际情况,徐恭义认为此桥需采用1000米左右的跨度修建,以便一跨越过主航道。依据跨度要求,设计团队又对斜拉桥和悬索桥两种具备跨越能力的桥梁结构形式进行深入比较和测算,最后提出更具技术经济优势的单跨悬索桥方案,主跨1092米。方案确定后,徐恭义笑谈:“又逼出一个千米跨度。”

让我们回到本节最初的问题:大桥究竟一跨多长是极限?在目前或可预见的科技能力下,桥梁可以实现的最大跨径是多少?

肖海珠在回答记者的问题时介绍:目前我国对于2公里跨越能力的建桥技术是成熟的,甚至一跨3公里、4公里都是有可能的。“跨度大了以后,抗风就成为一个问题。”在这方面,中国有成熟的实验和科研条件,经过风洞实验模拟“吹风”,来测试和评估大桥的结构和性能。此外,主要用来受力的主缆的材料有了很大进步,施工装备也更加先进。整体的技术进步令大桥的跨越能力越来越强。目前,以中铁大桥院、中铁大桥局为主的业界已经在开展这方面的前沿研究,为将来挑战难度更大、跨越能力更强的跨江跨海峡大桥做准备。

 

四  速度与激情——风驰电掣的生活

中国有许多“俗语”是关于“出行难”的,“出门方知路难行”“穷家富路”“出门千里不拿针”等等,表达的都是长途旅行中的不易。“慈母手中线,游子身上衣。临行密密缝,意恐迟迟归。谁言寸草心,报得三春晖。”唐人孟郊的《游子吟》千古流传,是描写母爱和感恩母亲的经典名作,咏读它时我们除了对诗人深沉的内心情愫感同身受外,从字里行间也能体会到一个“游子”在旅途中经受的种种艰难。自古,就有许多如孟效一样的“游子”不得不耗费许多的时间“在路上”,不得不令家中亲人牵肠挂肚。千年之后的我们不妨大胆地设想一下,如果那时有高铁,孟郊们还会这么痛苦吗?

若说“游子”,比孟效晚三百年的苏轼算是最著名的一个,他的一生就是“颠沛流离”一词的注解。林语堂在《苏轼传》中详细地介绍了苏轼头两次出川入京的行程。第一次“父子便自旱路赴京,迢迢万里,要穿剑阁越秦岭,为时须两月有余”;第二次“举家东迁,要走水路出三峡,……这次行程全长一千一百余里,大概是七百里水路,四百里旱路,要从十月启程,次年二月到达。” 苏轼的老家在眉州眉山(今属四川省眉山市),北宋京城在汴梁,即今天的河南开封,以如今的高速公路里程计算,两地之间最短距离约1373公里。

现在乘高铁,从成都到郑州最快的一趟仅需5个小时零8分钟,而眉山到成都34分钟、郑州到开封21分钟,加上中转时间,早晨在眉山吃碗赖汤圆出门,傍晚到开封享用鲤鱼焙面当晚餐,时间上煞是富裕。

苏轼的旅行方式在苏轼之后又持续了八百年。至近代,火车、飞机的发明彻底改变了人类的出行模式,也由此对人类的生存状态产生深远影响,但长期以来,现化化的交通工具对中国的作用似乎仅停留于表面和浅层,因为无法惠及更多的普通人。铁路已出现两百年,进入中国亦百余载,真正的改变却是在最近的十多年。进入高铁时代的中国人出行之舒适、迅捷,别说孟效苏轼,目前超过30岁的中国人做一下自我对比,就会得出时间、空间固有概念遭颠覆的认知。

航空、水运、公路、铁路,一百年多来,这四大交通方式互为补充,交替进步,影响和改变着人们的生活,促进或牵制着国家的经济发展。

二十世纪50年代以来,中国的民用航空服务范围不断扩大,成为国家一个重要的交通、经济部门。改革开放之后虽然发展较快,但到二十世纪末,乘飞机出行对于绝大多数中国人来说仍是件奢侈的事。据民航有关部门公布的数据,截至2012年底,我国共有运输航空公司46家,年旅客吞吐量100万人次以上的运输机场57个,但其中北京、上海和广州三大城市机场旅客吞吐量占了全部机场旅客吞吐量的 30.7%。

中国内河航运史源远流长,千百年里,坐船,一直是长江两岸百姓首选的出行方式。至二十世纪90年代中期,重庆、武汉、南京、上海这些沿江城市的长江客运码头仍是人头攒动。进入新世纪,人们突然发现,长江上的客轮却只剩下稀疏的旅游专班,“东方红”号大型客轮的汽笛声已成为记忆中的鸣响。

显然,它们无法满足中国人日益增长的出行需求,这个需求很简单:快速、方便、安全、经济。而要满足这个需求,却很不简单。

1988年10月31日,上海到嘉定的沪嘉高速公路通车,全长约20公里,设计时速120公里,中国大陆高速公路建设实现“零”的突破。二十世纪90年代中期之后,伴随着私家车的渐增、物流业的发展、国家对各类假期的调整,高速公路如雨后之笋,在全国各地快速蔓延。根据相关部门发布的数据,沪嘉高速公路通车仅仅15年之后的2013年底,全国高速公路里程已达10.44万公里,而2013年当年,全国高速公路日平均交通量为20998辆,日平均行驶量为229416万车公里。

有一个反映交通繁忙程度的数值,叫“交通拥挤度”,2013年全国高速公路年平均交通拥挤度为0.34。高速公路的里程数不断增加,这个拥挤度数值竟也在逐年增长。2015年全国高速公路交通拥挤度是0.37,上海为0.98,北京则达到1.07,想想小长假时变身“停车场”的高速公里吧。看来,高速公路里程数的增长速度也跑不过人们出行需求的增长速度。

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高速公路将中国的普通百姓推入时速过百的快节奏生活。似乎,运力强大的铁路在速度上已远远落在了后面,1993年初,全国铁路客车平均时速是48.1公里。每年的春运,是铁路部门面临的一场场战役,更是许多中国老百姓的梦魇。其实,在二十世纪90年代中期,一场将改写中国交通历史、深刻影响中国经济发展的速度“革命”已开始酝酿。

1997年4月1日零时,中国铁路第一次大提速开始,京广京沪京哈三大干线最高时速达140公里,全国铁路客车平均时速提到54.9公里。78组快速列车和夕发朝至列车开行,40组特快列车开行。武汉人到北京出差,在家中吃过晚饭不慌不忙去火车站,车上睡一觉,清晨醒来刚好抵京,白天办完差事,当晚又在车上睡一觉,醒来就回到武汉了。赴一千公里之外出趟差,只需一个白天时间,省了住宾馆的费用,从从容容,与原来单趟就要在火车上耗20多个小时相比,实在是太方便太轻松了。

2007年4月18日零时,中国铁路第六次大提速,52对时速200公里以上的车组开行。快速铁路以应接不暇的发展速度刷新着人们对它的认知,并迅速地嵌入人们的生活。似乎在一夜之间,中国就拥有了6000公里、时速200公里的高速铁路。但,这场速度的革命还远未结束,准确地说,才刚刚开始。

写到这里,我们的主角也该出场了,桥梁。速度与桥梁有什么关系?对于这个问题,我们可以给予这样的回答:没有桥梁,就没有交通大发展的“速度与激情”。

中国铁路六次大提速的十年,是中国高速铁路技术的孕育期,中国第一批高铁人为之付出了艰苦卓绝的努力,而中国桥梁人的行动开始得似乎更早一些。2007年4月18日,中国自主品牌的CRH高速列车“和谐号”动车组通过50岁的武汉长江大桥、40岁的南京长江大桥跨越了长江。2008年8月1日,中国第一条高铁——设计时速350公里的京津城际开通,中国正式进入高铁时代,而京津城际铁路采用桥梁替代传统路基,桥梁长度占线路总长度的87%,这是让人惊叹的比例。

2009年12月23日,晨,刘芸与她的二十九位同事一起,早早地赶到新落成的武汉火车站,登上一列和谐号。他们是中铁大桥局的受邀嘉宾,去体验当时世界上行车速度最快的高速铁路——武(汉)广(州)客运专线。9点整,车窗外的景物开始缓缓地继尔快速地向后移动起来,刘芸惊喜地发现,在自己基本没有什么感觉的情况下,列车已经启动并很快提速了。车厢内速度提示屏上的数字不断变化,他们既兴奋又紧张,有的在互相讨论,有的凝望着窗外自己或同事工作过的地方,有的拿出相机互相拍照。刘芸觉得大家都有种如小孩子初次乘坐火车般的好奇和欢喜。

“啧,啧,真的好快哦!”不知是谁情不自禁地叫了出来,大家都齐刷刷地把目光锁定在显示屏上——153公里/小时、269公里/小时、343公里/小时……

“真的蛮快哦!”有人兴奋地叫了出来,有人激动地站起来,最快时速达到了348公里。

11点51分,列车到达广州北站,刘芸和同事们下到站台后的第一件事就是赶紧在车厢前合了张影。稍事休息,12点20分,刘芸们兴高采烈地踏上了返程的列车,15点10分回到了武汉。

三天之后,2009年12月26日,武广高铁正式通车运营,这条全长1068.6公里的客运专线,是中国第一条长大高铁线路,正线有大中桥梁691座、隧道226座,桥隧比例为66.7%。同时,中国第一座为高铁而生的跨江大桥天兴洲公铁两用长江大桥通车。从中国的交通发展来看,新世纪的第一个十年完美收官。

京津高铁和武广高铁的“以桥代路”几乎开启了中国高铁的一个建设模式。2011年6月30日通车的京沪高铁,桥梁占比达到80%,其中的丹昆大桥,自丹阳起,经常州、无锡、苏州,终到昆山,全长164.851公里,远超当时吉尼斯世界纪录所记载的世界第一长桥美国庞恰特雷恩湖桥,成为新的世界第一长桥;2015年6月28日开通运营的合福铁路,全线桥隧比是86.7%;2018年12月29日,京沈高铁承德至沈阳段投入使用,桥隧比接近70%;目前正在建设中的郑万高铁桥隧比达90%……相关统计结果表明,截止2018年底已开通运营的35条代表性高铁线路,桥梁占线路里程比例平均约54%,最高达到91%。其中标准梁桥占全部桥梁长度的98%以上,总长超过10000公里。可以毫不夸张地说,你乘坐高铁奔赴目的地的过程,不论千里、万里,基本都是在一座座大桥上飞驰。

“以桥代路”的原因究其根本,不外乎三点:第一,节省土地。据有关统计数据,与路基相比,通过采用桥梁代替路基,京津城际节省了土地4590余亩,京沪高铁少占用土地30000亩。武广高铁广州南站北部施工红线内曾是大面积的花卉苗圃,高铁通车后,桥下土地复耕,重新成为广州市的一个重要花卉树苗基地。在节省土地的同时,“以桥代路”还最大程度地减少了铁路对城市的切割。第二,节省时间。众所周知,作为承载铁轨的基础,传统铁路路基是一种土石结构的建筑物,由粘土、碎石等特定的填料填筑而成,初始时为松散状态,需要通过机具压实,并经过试运期的固结沉降和自主微调。若地基为软土,还得增加软土层沉降期。这都需要时间,而高速发展中的中国,最贵的就是时间。桥梁的基础则大不同,建成之后几乎不再会沉降,节省了大量施工工期。第三,也是最重要的一点,确保线路的平直和平顺。2018年下半年,一段运行中的“复兴号”上硬币竖立不倒的视频振奋了国人,也惊讶了许多国际友人,继尔相似的视频大量涌现。铁路线路平、直、顺才能确保高速行驶列车的平稳安全,和乘客的高舒适度。这就要求铁路线路尽量采用直线、不能有太多太急的弯道、不能有太多太陡的坡度,而桥梁,几乎一揽子解决了所有这些问题。

有“首部世界高铁发展史”之称的《高铁风云录》的作者在他的书中说:“我国高铁之所以建设速度快,一个很重要的原因就是‘以桥代路’。”其实他陈述的只是一个表层事实,更准确的表达似乎应该是:我国高铁之所以建设速度快,一个很重要的原因是,中国的桥梁技术先于高铁技术取得突破性进展,成为高铁的开路先锋。

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2010年6月,中国中铁大桥局时任总经理、天兴洲长江大桥指挥长胡汉舟从美国匹兹堡捧回了乔治•理查德森奖牌,这是国际桥梁协会颁发给武汉天兴洲公铁两用长江大桥的。国际桥梁大会的奖项被誉为桥梁界的“诺贝尔奖”,乔治•理查德森金奖是其中的“桥梁工程建设杰出成就奖”,主要就桥梁设计、工程建设以及学术研究等方面进行评比,天兴洲长江大桥之前,中国的桥梁仅苏通长江大桥于2008年获得过。两年之后,2012年6月12日,仍是在匹兹堡,又是一位中国人,站在了国际桥梁协会的领奖台上,他是中国中铁大桥局时任党委书记、大胜关长江大桥指挥长文武松。大会主席托马斯•理奇亲自为南京大胜关长江大桥颁发了乔治•理查德森奖牌。领奖之后,文武松代表中国桥梁人将一个精致的大胜关长江大桥模型赠送给了托马斯。托马斯接受礼物时的欣喜表情,令文武松很长时间都忘不了。

天兴洲长江大桥与大胜关长江大桥,这两座 “新中国桥梁建设第五座里程碑”代表着桥梁的建成,标志着中国高铁桥梁技术步入世界前列。中国工程院副院长、中国科协副主席、中国铁路总公司(原铁道部)总工程师何华武曾在回顾中国铁路六次大提速的历史时说,铁路建设取得九大核心技术突破,为2007年及其后的高铁发展提供了条件。其中,高速铁路基础建造技术的进步是九大核心中重要的一环,而高速铁路桥梁则是重要支撑之一。

2019年4月13日至14日,江苏南通,300多位高铁桥梁专家汇聚一堂,其中有中国工程院院士何华武、卢春房、周福霖、杨永斌、缪昌文、岳清瑞、杜彦良、欧进萍和中国科学院院士翟婉明,他们是为参加中国高速铁路桥梁工程创新技术论坛而来。

中国铁道学会理事长、中国工程院院士、原铁道部副部长卢春房在论坛的主旨报告中,公布了一组数据:截至2018年底,全国铁路运营总里程为13.1万公里,其中铁路桥梁总里程为2.3万公里;高铁运营里程2.9万公里,其中桥梁30949座、共计总里程18223公里。何华武在论坛开幕的致辞中说,中国高速铁路桥梁已经形成了设计、施工、制造等成套技术,工程的规模、技术水平、运营速度等均处于世界先进或领先水平。

2007年之后,中国建设了大量的高速铁路桥梁,大跨度(主跨200米以上)的高铁桥梁是其中最耀眼的明星。至2018年底,全国已建成和在建中的大跨度高铁桥梁已近70座,跨度超过1000米的2座,500-1000米的8座。

在桥型设计上,展开了多功能合建等经济性及效能性方面的研究和实践。一种是公铁两用桥,除武汉天兴洲长江大桥外,2010年竣工的京广高铁郑新黄河桥、2014年通车的黄冈长江大桥、2015年竣工的合福高铁铜陵长江大桥等是典型代表;另一种是多条铁路共用,除大胜关长江大桥之外,2016年建成的宁安铁路安庆长江大桥、2018年通车的渝贵铁路新建白沙沱长江大桥等是代表桥梁。

在施工技术上,大跨度混凝土梁施工采用移动模架、悬臂拼装、节段预制拼装、大节段吊装技术,其中移动模架跨度已达50米,悬拼主跨达230米,节段预制达64米;整孔制运架钢结构大节段钢箱梁或钢板梁,其跨度已达115米;钢桁梁全焊整孔吊装(公铁两用),跨度已达150米(孟加拉帕德玛大桥)。吊重可达3600吨,吊高达100米。转体施工技术日趋成熟,可同时完成平转和竖转,转体重量达万吨级;顶推技术不断推广,如郑黄铁路1680米主桥顶推、京张官厅水库桥钢桁梁顶推等;施工过程的变形控制、合龙精度均达到毫米级。

在桥梁结构方面,进行了一系列复杂空间结构的研究和应用。在大跨高铁桥梁建设实践中,各种复杂的组合结构形式被探索并得到成功运用。天兴洲长江大桥曾创新使用了世界首创的三索面三主桁结构;在郑新黄河大桥、黄冈长江大桥施工中斜主桁结构的运用趋于成熟,而黄冈桥、铜陵桥等项目结构更趋复杂,不仅有公路桥面板与主桁的结合,还有铁路桥面板与主桁的结合;2020年通车的沪苏通公铁两用长江大桥、平潭海峡公铁大桥还采用了双层钢—混凝土等组合结构。

……

如此高端的论坛为何会选择在小小的南通举办?因为这里,有两座代表世界先进水平的千米大跨高铁桥梁在建设中,院士、专家们正是为它们而来。这两座堪称超级工程的大桥,一座位于南通如皋和苏州张家港之间,叫沪苏通长江公铁两用大桥;一座在沪苏通桥上游130公里处,叫连镇铁路五峰山长江大桥。此次论坛的主旨即:结合这两座高铁桥梁的建设实践对中国高铁桥梁进行先瞻性研讨。

郑皆连院士曾评价五峰山长江大桥桥位:“留了几十年的一个难得的桥位,是费了好大的劲保留下来的。这是我们国家经济发展最热的长江三角洲呀,这样一个珍贵的通道资源,应该让它用得充分一些,将来对沿线经济发展的作用是非常非常大的。”

于是,五峰山长江大桥的建设聚万般关注于一身,也集多条通道于一体:它是连(云港)淮(安)扬(州)镇(江)铁路的过江通道,是京沪高铁南延的关键节点,它得为未来京沪高铁的升级改造留下巨大空间,它还需要搭载多条高速公路过江。因而,它的规划由最初的铁路两线,到铁路四线,到最终的上层双向八车道高速公路、下层四线高速铁路。这样一来,这座双层公路两用桥仅钢桁梁重量就达到17万吨,超过辽宁舰航母重量的两倍。

而要命的是,这里的航道繁忙度和地质条件只允许修建千米一跨过江的桥梁,高速度、大跨度、重荷载,又一组世界级的桥梁纪录将在这里被“逼迫”产生。此前,日本历时近十年建成、于1988年4月通车的懒户大桥之南备赞桥是世界上唯一的一座公铁两用悬索桥,其跨度虽长达1100米,但其双钱铁路设计时速是180公里,四车道公路设计时速为100公里,荷载自然远小于中国的五峰山长江大桥。接到铁道部门的设计委托书时,徐恭义既兴奋又平静,严谨细致的他知道,一座桥梁,并不是速度高了、跨度长了、荷载重了、规模大了就成为超级工程了,所谓超级工程的概念里更应该包含的意义还有:为满足超常规的速度、跨度和荷载而激发出来的工程师的创造力,以及由这些创造力而产生的新技术、新工艺、新方法、新材料、新思维。量变之下必然催生质变,怎样认识并把握这些变化,是桥梁设计师、工程师首先要面对的问题。

徐恭义召集他的团队开了一个会,他首先说的是几句题外话:有一天我们不在了,这座桥一定还在。到那时候,没有人知道造这座桥的设计师是谁、工程师是谁,但这座桥还在,还在被使用,就说明了所有问题。

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建一座特大桥,以中国现在的技术和能力,最多只需要四五年,如港珠澳大桥那样的超级工程也不过十年。设计一座桥需要多长时间?五峰山桥用了八年。八年,可以让一个孩子从呱呱坠地长成一名小学生。徐恭义带着他的团队用八年时间完成了五峰山长江大桥的设计,其中的艰辛与快乐、探索与发现、困扰与突破、坚持与放弃、循律与创新可以写成另一本厚厚的书。

2015年底,五峰山长江大桥开建,历时八年完成的设计图纸交到施工单位手里。作为五峰山长不大桥工程项目的总工程师,48岁的冯广胜知道,属于他的战役开始了,他和他的团队的任务是,让大桥从图纸上走下来,真实地跨越到长江上。

出生于1967年的冯广胜是河南卫辉人,离开家乡去兰州上大学之前一直都是个学习认真的读书郎,从村里一路读到县里。虽然那时中国农村整体的经济发展较弱,但富庶的豫北大平原没有让冯广胜饿过肚子。对这个家里唯一的儿子,务农的父母亲也从不要求他参与农活儿贴补家用,只一心一意努力供他读书。这都给冯广胜提供了平稳、健康的成长环境,让他的思维触角早早地就探出了小小的县城。卫辉县有两条小河,其中一条叫孟姜女河,孟姜女河上有一座混凝土简支梁桥,那是冯广胜见到过的第一座桥。在县城读高中时,数、理、化常拿满分、物理成绩尤其突出的冯广胜迷上了桥,常常自己一个人琢磨桥梁的结构形式推演桥梁的受力数据,这是否与经常要经过的那座小桥有关,已无法推测,但这种痴迷最终左右了他高考志愿的填报。

1990年从兰州铁道学院桥梁工程专业毕业后,冯广胜被分配至当时的铁道部大桥局第一工程处(中铁大桥局第一工程公司前身)工作,从工程队的见习生开始做起,技术员、助理工程师、工程师,直至高级工程师。1998年,31岁的宜昌夷陵长江大桥工程副总工程师冯广胜,第一次接触长江大桥。2015年,已经有多座黄河大桥、长江大桥施工经验的他,从杨泗港长江大桥总工程师任上被调至镇江,担纲五峰山长江大桥总工程师。

一座悬索桥,它的关键构件主要是这样几个部分:锚碇、主塔、主缆和梁体。其中,主缆要承载全部桁梁的重量,它对全桥的荷载、跨度起着至关重要的作用。主缆由索股组成,索股是由一根根平行排列的钢丝组成。在设计时,徐恭义就精确地计算出每根钢丝的长度、半径、强度,以及它成索成缆之后的直径、强度、重量和受拉的能力。

我们知道,直径5.5毫米粗细的钢筋如果仅筷子那么长,就是一根直直的小棍子;如果这根钢筋的长度达到1934米,它必然不再是棍子,而是一根如面条般柔软的“丝线”了。五峰山长江大桥的主缆便是由这样尺寸的“丝线”组成的。经过徐恭义的严格计算,127根直径5.5毫米的钢丝组成一根索股,352根索股组成一根主缆。这样的主缆直径为1.3米,每根重46吨、拉力高达9万吨,吊起一艘满载的航母还绰绰有余。

不过,这些钢丝可不是普通的材质,而是镀锌铝高强度钢丝,它的强度超过1960兆帕,也就是2000兆帕级别的钢丝。唯有这样,主缆才不会变得更粗更重。

当时,世界上还没有这样的高强度钢丝。建设中国第一座现代悬索桥汕头海湾大桥时,主缆用的是进口材料,二十多年过去,中国桥梁的材料基本已实现国产化,但这种特殊的钢丝能国产吗?徐恭义、刘澄对此是有信心的。早在五峰山长江大桥开始立项时,青岛特殊钢铁有限公司就勇敢地承担起研制这种钢丝的任务。他们组织力量,从源头开始潜心研究,不断调整冶炼工艺和原材配比,经过无数次的失败,终于生产出了符合需要的钢坯。但要把这些钢坯拉成满足需要的钢丝却成为又一道难题。青岛特钢技术中心副总工刘澄发现,厂里原有的设备根本拉不动这些钢坯,更别说成丝了。对设备进行调整后,勉强可以拉出丝了,但不是拉断就是粗丝不均。青岛特钢决定为这些钢丝上一条新的生产线。

2016年4月,青岛特钢新的钢丝生产线初具规模,按原计划,这时应该开始投入生产了。刘澄却又遇到了一件麻烦事儿:生产线上的主体核心设备迟迟未能到货,生产厂家表示这些定制设备的制造难度太大,准备撤单。刘澄急了,只好放下手里的活儿,开始跑设备生产厂家。2016年8月,设备终于到位。拉出的钢丝均匀了,但抗弯抗扭能力不能满足需要。又一轮技术攻关开始。

终于,完全符合要求的钢丝生产了出来。虽然比计划晚了一个月交货,但刘澄他们的努力,让徐恭义和冯广胜感同身受。

2019年5月10日,五峰山长江大桥主缆的第704根索股架设完毕,对于这一重要施工节点的完成,《人民日报》、新华社、中央电视台、《经济日报》、央广网、中国科技网、中工网、《人民铁道》《新华日报》均于当天发布了消息,江苏、湖北、四川等地方媒体也争相报道。总设计师徐恭义和总工程师冯广胜的脸上一如往常,挂着平静的笑容,远不如媒体表现出来的关切和激动。

作为工程师,冯广胜的性格与徐恭义有许多相似之处,比如沉静,比如细致,比如超前谋划。

冯广胜对施工组织的谋划会提前一年甚至两年。2015年,五峰山长江大桥的施工刚刚开始,在进行施工场地的三通一平时,他的注意力聚中在主塔和锚碇的基础施工方案上;2016年,基础施工还在进行,他的关注点已盯到上部结构的施工组织方案上了;2017年,他考虑最多的是工艺措施的细节;2018年,南岸主塔封顶正待封顶,钢梁架设和桥面系的施工组织细化方案已经他手修订了多次……

徐恭义的超前谋划的提前量会更大,大到几年,几十年,甚至上百年。关于五峰山长江大桥,他曾这样表述:安全、经济、适用、美观,这四个指标要求设计师、工程师均衡地去把握,还应该考虑终身的使用寿命、终身的使用费用、日常的养护费用等等。那么,到100年以后,养护费用占比、先期投入占比等综合计算出的数据,才能得出一个衡量这项建筑是否一个好的设计、好的结构的关键指标。


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五  江上的风景

2014年12月28日,江城武汉。在明亮温暖的冬日阳光照耀下,江水闪着粼粼的波光,沿江的那些楼宇,也用或玻璃或金属的墙面回应出焕然的色彩。上午9点45分,冯广胜乘坐的“黄鹤楼号”游船准时从汉口粤汉码头出发,往上游驶去。

与冯广胜同船的还有近百人,他知道,同行者有一半儿是受邀的市民,另一半儿除了媒体的记者外都与他一样,是建设鹦鹉洲长江大桥的中铁大桥局职工。没有在船舱里停留,冯广胜直接上了甲板。依着船舷,顺船行方向,他看见武汉长江大桥渐渐近了,心情不由得迫切起来,希望船能开得更快一些。

这艘游船将从武汉长江大桥下穿过,驶至其上游1.8公里处的鹦鹉洲长江大桥,绕中塔一圈后调头折返。这是“黄鹤楼”号看桥航线的首航。甲板上的人越来越多,船舱中的似乎都上来了。大家在以各种组合和姿态与武汉长江大桥合影,欢笑声、呼唤声随船在江面飘荡。散在人群中的媒体记者们开始工作,或“占领”有利地形架起采访设备,或随机捕捉有特点的采访对象。冯广胜听到有位老人在给记者唱一首曲调欢快的陌生歌曲,他凝神听了一会。老人说那歌是武汉长江大桥通车时老师教的,那时他还是一个小学生,后来他当了教师,又教自己的学生唱,歌名是《我们去参观长江大桥》。

“看哪看哪!噢!”鹦鹉洲长江大桥出现在前方了,人群兴奋起来。橘红的大桥那么美,美得令周遭的一切都暗淡成了背景。冯广胜眼睛有些热。电视台的记者找到他,架起机器,遵照约定,鹦鹉洲长江大桥工程的总工程师冯广胜该接受现场采访了。

与此同时,罗瑞华正站在桥面上。9点45分,同样站在桥面的湖北省委常委、武汉市委书记阮成发大声宣布:“武汉鹦鹉洲长江大桥正式通车!”罗瑞华知道,这声宣布,不仅仅是桥面上通车典礼现场的人听见了,全国乃至全世界都听见了,中国又有了一座长江大桥。他向下游的武汉长江大桥望去,那是中国的第一座长江大桥,它快六十岁了,依然健硕,端庄伟岸如初,他用目光默默地向它致敬。作为鹦鹉洲长江大桥工程的项目经理,他完成了自己该做的,把一座高品质的桥梁交给了武汉市民,把一座美丽的建筑架在了长江上,架在了万里长江第一桥的身旁。

武汉市第8座长江大桥通车。

武汉市第8座长江大桥,也是长江(宜宾合江口以下)上建成通车的第94座大桥,是距离第一座长江大桥最近的长江大桥。

鹦鹉洲长江大桥通车的3天之前,2014年12月25日,在长江上游,重庆永川长江大桥,一座主跨608米的双塔双索面斜拉桥通车,这座高等级公路桥一端连着重庆江津,一端牵着重庆永川,是重庆市三环高速公路西线的跨江通道,成渝高速公路、渝泸高速公路、渝黔高速公路与之联通,永川港、永川矿将大大受益于这座桥。

鹦鹉洲长江大桥通车的3天之后,2014年12月31日,在长江下游,南通东沙大桥通车,这是一座长1838.8米、主跨270米的双塔双索面混凝土斜拉桥,跨越在东沙岛与南通如皋之间的长江北汊河上。分隔开南通市与苏州市的广阔长江水域之上有许多岛屿,其中最大的岛叫长青沙,与之相邻的还有开沙岛、东沙岛,几个洲岛之间似断非断,似连非连。在长青沙岛于上世纪90年代有了与陆地相接的长青沙大桥之后,这里又继续修建了长青沙新桥、华沙大桥和如皋长江大桥,东沙大桥是第五座连接这一组江中岛屿与北岸南通市区的跨江桥梁。可以预见,江岛居民的生活便利程度和南通对江岛的开发程度都将得到更大提升。

 

桥是便利的。每一座桥梁的建成都将影响和改变当地的交通,促进并拉动当地的经济,辐射周遭甚至更大区域的人民生活,使之更加趋向美好。因而人们爱桥,爱建桥,爱在桥畔生活。

桥是美观的。每一座桥都融入了规划者、设计者、建造者的认知、学识、审美和修为,每一座都映射着当地的文化、历史和人民的期望。总能成为区域内的地标建筑。

长江大桥数量的增加速度足可以说明人们对桥梁的需求和欢迎程度。前文已写到,武汉长江大桥过半百生日的当月,长江(合江口以下)上建成了第51座大桥。7年之后,在武汉长江大桥身边通车的鹦鹉洲长江大桥已是第94座。是的,7年的时间,长江上,仅合江口以下就增添了43座桥梁。

目前(注:2020年12月31日),长江上到底有多少座桥梁?它们又是如何分布的?

2017年5月至8月,有一队人,背着相机、扛着无人机、拿着地图、开着一辆越野车,从上海到丽江,沿江走访了200多座跨越长江水域的桥梁,历时4个月,行车里程逾2万公里,沿途采写、拍摄,坚持每天发稿,是为湖北日报传媒集团与中铁大桥局联合举办的“万里长江·大桥行”。2017年11月4日至6日,在武汉举行的首届中国桥博会上,“万里长江•大桥行”的部分资料以25米长巨幅展版的形式首次公诸于众,引来高频的关注度。本文作者参加了这次活动。现在,让我们暂且离开鹦鹉洲长江大桥通车现场,跟随“万里长江•大桥行”的步伐,去细数长江上的那些桥梁。

长江上游。

按照三峡最东端西陵峡口南津关是长江上游和中游分界点的认知,我们这里所说的长江(合江口以下)上游指的就是合江口到南津关之间1040公里的江段,这一段长江流经四川和重庆,又称川江。如果川江是一根链子,宜宾和泸州就是链子最上头的两颗珠子。这两颗蜀南明珠,有着显著的共同特点:酒香、桥多。

水好,则出佳酿。宜宾、泸州段的江水、河水清澈透亮,水底卵石堆列,鱼儿在石间自在游弋,那景象会让来自长江下游见惯浑浊江水的人叹为观止。除了国人熟知的五粮液、泸州老窖、沱牌大曲,宜宾和泸州还有许多其他的酒品和大大小小的酒厂,而宜宾、泸州的老百姓几乎家家都会酿酒。因此,在这两座城市,空气中终日弥漫着酒香,随着风力和风向的变化时浓时淡。似乎整座城市都被浸在酒里,时时处于幸福的微醺状态。

河多,自需桥密。岷江在宜宾注入长江,形成宜宾两江四岸的城市格局。除岷江外,长江的宜宾段,还有南广河、磨刀溪等多条小支流汇入,因此,在大的格局之内,宜宾有许多河岸给各类桥梁提供了跨越的平台。仅长江上的桥梁,宜宾境内就有20座之多(其中3座在建)。宜宾的长江桥有一个不同于其他任何沿江城市的特色——从名称上严格区分了金沙江段和“长江”段。金沙江段的桥,一律冠以“金沙江”,如市中心的南门大桥、戎州大桥,桥上悬挂的桥名牌上都有两排字,下排是各自桥名,上排都是相同的三个字“金沙江”;岷江入江的合江口下游的桥,则被“承认”为“长江大桥”,如合江口下游700米处的宜宾长江大桥,其名称竟然是“万里长江第一桥”——这名字一定令青海的、上海的、武汉的桥们不以为然——上排字为“万里长江”,下排字为“第一桥”,这桥名体现出宜宾人的自信和自豪。

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泸州有沱江汇入长江,有趣的是,长江在泸州绕出一个“几”字形的大弯,沱江似乎觉得自己的里程还不够长,汇入之前也“画”了一道弧,成字母“U”形,于是,泸州的城市格局就不是简单的“两江四岸”,而是曲曲折折的两江多岸了。桥,成为泸州人的生存必须。目前,泸州境内有11座长江桥,其中2座在建。2018年4月12日,第十六届中国土木工程詹天佑奖在北京颁发,有三座桥梁获奖,其中一座就是泸州的合江长江一桥。

合江长江一桥是成渝高速跨越长江的通道,这座跨径530米的中承式钢管混凝土拱桥,于2013年建成通车,又名“波司登大桥”。说到桥名,我们不得不要赞叹泸州人为桥梁命名时的独创性。位于中心城区的一座造型独特的低塔斜拉桥名叫“国窖大桥”;城东的一座独塔斜拉桥则叫“1573长江大桥”,“1573长江大桥”桥长1573米,塔高157.3米,可见这座桥的建设方是多么热爱“1573”这一琼浆。

不仅是桥名,会酿酒的泸州人还给他们的桥赋予了许多酒的元素。在“1573长江大桥”下游不远处,还有一座名叫“黄舣长江大桥”的高速公路桥,桥身上没有如“1573长江大桥”那样悬挂桥名,但其桥墩是酒杯形状的。莫非,“1573长江大桥”就是一壶美酒,“黄舣长江大桥”则是与天共饮的金樽?

川江的大部分水道穿行在重庆市境内。目前,重庆境内有55座长江大桥(9座在建),再加上嘉陵江上的几十座,无怪乎重庆人能豪气地称自己的家乡是“桥都”,挤兑得长江大桥的发端城市武汉不得不谦称“建桥之都”。

重庆市境内的桥梁大致可分作两类:与三峡有关的、与建直辖市有关的,建设时间相对集中。

三峡大坝在湖北宜昌,但三峡水库的库尾在重庆西端的江津区,因而,几乎整个重庆市的沿江区域都属三峡库区。

1994年12月14日,时任国务院总理李鹏在宜昌三斗坪宣布:三峡工程正式开工。既是“正式开工”,就说明其实在那天之前许多配套工程业已开工,比如移民,比如桥梁。1997年11月,三峡工程成功实现大江截流。2006年5月,三峡大坝全线建成。2009年,长江三峡工程全部竣工。

2003年6月,三峡工程首次蓄水,坝前水位达到135米。2006年9月,三峡工程实行第二次蓄水,成功蓄至156米水位。2008年9月,三峡工程开始首次175米试验性蓄水,当年水库水位达到172.8米。2018年9月10日,三峡水库第11次175米试验性蓄水。

在三峡工程十数年建设期内,库区水位按计划一次次上升,库区的长江大桥也按计划一批批建起来。1997年,一年内就有丰都长江大桥、涪陵长江大桥、万州长江大桥3座桥梁建成。2005年至2006年,两年内巫山长江大桥、渝怀铁路长寿长江大桥、云阳长江大桥、广阳岛大桥、夔门长江大桥和重庆长江大桥复线桥6座桥梁通车。

1997年3月14日,八届全国人大五次会议批准设立重庆直辖市,1997年6月18日,重庆直辖市政府机构正式挂牌。为推进城市化建设,桥梁建设成为一个关键。从2000年12月到2010年12月,鹅公岩长江大桥、忠县长江大桥、马桑溪长江大桥、大佛寺长江大桥4座桥梁通车,马桑溪长江大桥、大佛寺长江大桥两座位于中心城区的桥于2001年11月26日同一天举行通车仪式,桥名均由时任国家主席江泽民题写。根据桥梁的建设周期,这几座桥梁应该是重庆成为直辖市后最早建设的一批城市桥梁。

从2004年开始,重庆市每年都有数座长江大桥建成通车。“到重庆看桥”渐成重庆的一个旅游品牌。

 

长江中游。

按长江水利委的划分,从宜昌南津关到鄱阳湖入江口为长江中游,全长955公里。长江中游全部在湖北境内,其中部分江段与湖南、江西临界。

2017年12月28日,沌口长江大桥通车,这是一座主跨760米的双塔双索面钢箱梁斜拉桥,承载武汉市四环西线的过江任务。沌口长江大桥是武汉市境内建成的第9座长江大桥、湖北省境内建成的第26座长江大桥,长江(合江口以下)上建成的第110座大桥。

湖北,古云梦泽生成之地,河湖沟汊无以计数,自古有“九省通衢”“千湖之省”美誉。长江湖北段,又称荆江,自西向东贯穿湖北全境,流经了恩施、宜昌、荆州、咸宁、武汉、鄂州、黄石、黄冈等全省一半儿以上的地市,长度逾1000公里(南津关以西有近100公里属于长江上游,有2004年7月建成的巴东长江大桥和2019年9月通车的香溪长江大桥)。

湖北的长江大桥,从武汉长江大桥开始,座座都有不凡的身世。

武汉长江大桥通车之后的十多年时间里,湖北的江面上没有新的桥再“长”出来,直至1971年9月,枝城长江大桥通车。枝城长江大桥位于湖北省宜都市枝城镇和枝江市顾家店镇之间,是焦柳铁路线跨越长江的通道,原本是一座单纯的连续钢桁梁铁路桥,建设过程中为方便两岸百姓,在两侧增设了公路桥面,变身为公铁两用大桥。它是长江上的第4座大型桥梁,第3座公铁两用桥。建设过程正处于“文革”期间,许多技术人员和管理干部受到“造反派”的冲击,工人们想方设法保护他们,使大桥得以建设完成。

枝城桥之后千里荆江又沉寂了十年,1981年葛洲坝三江桥的悄然建成。这座混凝土梁桥位于宜昌市西陵区,连接北岸和江中的西坝岛,曾是为运输葛洲坝建筑材料而建的专用桥梁,葛洲坝建成后转为民用,因为并未完全跨越长江,它的建成没有引起人们的关注。

又是十多年,到1990年代中期,湖北的长江江面热闹起来了,武汉长江二桥、黄石大桥、西陵长江大桥、九江长江大桥陆续建成通车,至20世纪末,湖北拥有了7座长江大桥,当时,宜宾合江口以下长江干流上全部桥梁的总数是20座。

新世纪的第一个十年(2000年-2009年),长江(合江口以下)上增加了46座桥梁,湖北的贡献额是9座,就此拥有了16座长江大桥。

新世纪的第二个十年(2010年-2019年),长江上桥梁数量迅速增加,截至2020年12月,湖北的已建在建长江桥数量已增至39座,其中,在建桥梁中预期2021年通车的有5座。

湖北是长江大桥建设开先河的省份,且一直葆有这样的荣誉。武汉长江大桥是万里长江第一桥,武汉长江二桥是长江上的第一座斜拉桥,西陵长江大桥是长江上第一座悬索桥,天兴洲长江大桥是长江上第一座公铁两用斜拉桥,宜万线宜昌长江大桥是长江干流上第一座铁路拱桥。

西陵长江大桥建成时,是中国最大跨度的悬索桥,获誉“神州第一跨”;宜万线宜昌长江大桥,在世界同类桥梁中跨度最大;荆岳长江大桥建成时为世界最大跨高低塔斜拉桥,其三八滩桥时为国内连续长度最长的连续梁桥;鹦鹉洲长江大桥建成时为最大跨度的三塔四跨悬索桥;二七长江大桥时为世界最大跨度三塔斜拉桥和最大跨度叠合梁斜拉桥;天兴洲长江大桥开建时,超越丹麦海峡大桥成为当时世界最大的公铁两用斜拉桥,建设过程中更是创造了跨度、荷载、速度、宽度4项世界第一;阳逻长江大桥的南锚基础曾被誉为“神州第一锚”。

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夷陵长江大桥为长江上首例倒Y型三塔斜拉桥,开拓了新型斜拉桥结构,使之从理论到实践得到认可并得以推广应用;宜万铁路宜昌长江大桥是一种创新的梁拱共同受力的组合桥,主桥钢管拱竖转跨度达264米,是当时国内同类型桥梁中最大的竖转跨度。

杨泗港长江大桥是长江上第一座双层公路大桥,1700米主跨,一跨过江;青山长江大桥基础施工中的哑铃型钢围堰为亚洲最大;蒙华铁路荆州公铁两用长江大桥是蒙西至华中地区铁路煤运过江通道,上层高速公路,下层双线电气化铁路,是跨江两用重载第一桥。

天兴洲长江大桥获国家科技进步一等奖、乔治•理查德森国际大奖、FIDIC百年重大土木工程项目杰出奖;九江长江大桥获国家科技进步一等奖,詹天佑奖、鲁班奖;武汉长江二桥获国家科技进步奖、鲁班奖;军山长江大桥、宜昌长江公路大桥、夷陵长江大桥获詹天佑奖;黄冈长江公铁两用大桥获国家优质工程金质奖。湖北的长江桥几乎座座都是获奖大户。

在中国桥界,有个有趣的现象,叫“中国桥梁汉阳造”。因建造武汉长江大桥,铁道部大桥工程局(中铁大桥局前身)落户武汉,改革开放之后,中交集团、中建集团的多个驻鄂二级企业陆续进入桥梁建设领略,长江上、黄河上、海岸边、深山里的中国桥梁,多出自中铁大桥局等几家驻鄂央企。也因此,武汉被称为中国的“建桥之都”。

 

长江下游。

所谓长江下游,是指自赣、鄂、晥三省交界处的湖口至入海处吴淞口之间的长江段。此段江水流经江西、安徽、江苏和上海4个省市,全长938公里。目前,下游江段上已建在建的桥梁有40座,其中6座在建。

古老的长江源远流长,沿途贯穿若干不同线系的山地和不同时代的地质构造,形成和发育历史非常复杂。亿万年里,上游地区不断上升,形成高山、高原、峡谷,相对来说,中、下游地质上升的幅度要小得多,其间还出现过间歇下沉,于是,现在的长江中下游多丘陵和山地,同时湖泽河溪众多。其中下游江段,河道流动于山丘阶地的广阔堆积平原上,汊道纵横,河湾发育,又有着与中、上游不同的独特状态。而以中国第一大经济区——长江三角洲为龙头的长江下游地区正是我国经济积累和经济发展最优良的区域之一。由是,此处对桥梁的需要和要求都极高。

长江下游河道宽阔,地质复杂,修建跨江桥梁难度非常之大,以至第一座大桥于1968年9月方得以诞生,那就是被写入小学课本的南京长江大桥。而在这之后的20多年里,南京长江大桥都是下游长江上的唯一。直至改革开放十多年后的1990年代中后期,才陆续建成了扬中一桥、铜陵长江大桥、长青沙大桥和江阴大桥。因而长江下游目前拥有的已通车桥梁中,有29座建成于21世纪。

下游江面宽阔,长江大桥个个体型巨大,座座都有世界纪录。如,主跨630米的合福铁路铜陵公铁长江大桥,刷新了公铁两用斜拉桥跨度的世界纪录;马鞍山长江大桥之悬索桥两主跨均为1080米,润扬长江大桥之悬索桥主跨1490米;连镇铁路五峰山长江大桥是一座双层的双塔钢桁梁悬索桥,主跨1092米,是我国首次在公铁两用桥上采用主跨千米级的悬索桥结构型式;沪苏通长江大桥主航道桥为主跨1092米钢桁梁双塔斜拉桥,是世界上公铁两用斜拉桥中的最大跨;宁安城际安庆长江大桥主塔高度达210米,苏通长江大桥主塔高300.4米,时为世界最高桥塔,2020年7月1日通车的沪苏通长江大桥主塔高325米,为世界上最高公铁两用斜拉桥主塔;崇启桥正桥长达9440米,上海长江大桥正桥长达9970米,沪苏通长江大桥正桥长11072米,这都是一眼望不到头的距离。

长江下游桥梁令人惊叹的数据举不胜举,而这些桥梁对当地经济发展的影响也是座座了得。

宁安城际安庆长江大桥是南京至安庆城际铁路的过江通道,开通后,从安庆到南京从原来的6小时缩短为2小时,到上海,由原来的11小时缩短为4小时。

合(肥)福(州)高速铁路依靠铜陵长江公铁两用大桥过江,于2015年6月28日开通运营,安徽腹地通往海峡西岸经济区的高速通道就此打通,实现了人们“福州至合肥4小时直达,北京至福州8小时直达”的愿望。

润扬长江大桥连接京沪高速公路、宁沪高速公路、宁杭高速公路三条高速公路,并使这三条高速公路和312国道、同三国道主干线、上海至成都国道主干线互连互通,成为长江三角地区的一个重要路网枢纽。

以沪苏通大桥为咽喉的沪通铁路不仅将使江苏南通融入上海一小时都市圈,促进长三角经济的一体化进程,还连接起鲁东、苏北与上海、苏南、浙东地区间的沿海铁路,贯通中国东部最便捷的铁路运输通道,为长三角经济辐射中西部地区提供便利条件。

……

在长江下游,几乎建一座桥就打通了一处关隘,就使长三角的经济影响力拓展出新的广度和深度。

这里地质复杂,岩岸沙岸、陡崖漫坡交替出现,致使江床时宽时窄,水流也时急时缓,窄而急时江水易夹带泥沙,宽而缓时则导致泥沙淤积形成江心洲,从而引起河道分汊。因而此段长江江心洲多,汊道河多。

这样的江流状况促使了夹江桥——也就是汊河道桥——的出现。目前长江下游已建在建的39座长江大桥中,有13座是汊河河道上的夹江桥,还有3座由两座汊河道夹江桥组合而成。

在江苏省会南京市,就有两座漂亮精巧的夹江桥连接江心洲与南岸陆地,其中一座是颜值高、名声响的南京眼步行桥,这是长江中下游唯一的一座步行桥,它建成于2014年6月,是为当年的青奥会而建。这座双塔钢箱梁斜拉桥,两个环型的桥塔似明眸,斜拉索形成的空间索面如羽翼,夜幕降临,灯光变幻,大桥就似振动翅膀的精灵,行人穿行其间,遂成为琴弦上跃动的音符。目前在建的南京五桥则是江心岛与北岸陆地间的夹江桥。

下游岛多,且越临近入海口面积越大,但一岛便是一座城、一洲便是一个县的却是不多,扬中算是一个。扬中市隶属江苏镇江市,位于镇江市东部的江心,由太平洲、中心沙、西沙岛、雷公岛四个江岛组成。西岸与镇江市京口区、丹阳市隔水相望,东岸与泰州市以江为界。千百年来,扬中都孤悬江中,与两岸介舟辑往来,直到1994年10月扬中长江大桥建成。这座汊河桥连接了扬中主岛太平洲与镇江京口区,是目前扬中最西端的一座桥。扬中大桥建成之后,扬中与两岸的往来更多了起来,扬中二桥、扬中三桥陆续建成,人们也就渐渐习惯把它称作“扬中一桥”了。

扬中岛下游,在南通市与苏州市之间广阔的长江水域内有许多岛屿(其中最大的岛就是长青沙),目前与北岸的陆地之间有5座桥梁相连,它们自然皆为夹江桥,分别是长青沙大桥(新老两座并行)、如皋长江大桥、华沙大桥和东沙大桥。

再往下游,就是吴淞口上的崇明岛了,这座中国第三大岛屿除西北部一小部分之外皆隶属上海,岛上现设崇明区。千百年来,崇明一直孤悬在大陆之外,北岸与江苏一衣带水,南岸与上海隔水相望,靠渡船与南北陆地联系,直到2009年10月31日上海长江隧桥通车,崇明岛才不再孤独。两年后,崇启大桥通车,终于,崇明岛“长”出来的两只手都被陆地紧紧地牵住了。

下游还有3座穿越了江洲由两座夹江桥组合而成的大桥,它们是马鞍山长江大桥、润扬长江大桥和泰州长江大桥。

 

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跟随“万里长江•大桥行”的足迹浏览了一遍长江(合江口以下)上的大桥之后,让我们再回到2014年12月28日的鹦鹉洲长江大桥通车现场。

上午10点,阮成发宣布鹦鹉洲大桥通车不过一刻钟,通车仪式的平台还未完全拆除干净,按捺不住激动心情的市民们已涌上了大桥。10点30分,八条车道完全被滚滚车流占据。人行道上,则布满或徒步或骑行的市民,不少人拿着相机、手机在拍照留念。同一时间,“黄鹤楼号”行至桥下,甲板上的人群中不时发出欢呼声,或与依靠在桥栏边的市民挥手互动。罗瑞华和冯广胜一个在桥面,一个在船头,分别被记者包围。

此时,还有一个人正怀着别样的激动心情在关注通车典礼。他就是鹦鹉洲大桥的总设计师、中铁大桥院副总工程师万田保,他的名字与罗瑞华一起被刻在了大桥的铭牌上。不论是总设计师、总工程师、工程项目经理,还是普通的技术人员普通的工人,所有参与了一座伟大桥梁的人,都愿意自豪地称这座桥为“我的桥”,因为他们倾注了心血。

对于万田保来说,“我的鹦鹉洲桥”是最美的,这个美丽还是可以用数据说话的:悬索桥三塔四跨,两个边塔高129.2米,中塔略略高出21米,且边跨无桥墩支撑,就使连续起伏的主缆向锚碇方向与地形顺接,过渡匀顺,线型简洁而富有韵律,自然又协调;而各主塔于桥面以上只设置一道上横梁,又使大桥纵向拥了有极好的通透感。

整座大桥不高不矮,规模适度,既不会形成对武汉长江大桥、黄鹤楼等临近地标建筑的压迫感,又透露着现代化桥梁的时代气息,与它们相得益彰;国际橘外衣色调温暖醒目,适合远眺;栏杆雕塑突出武汉标志性建筑和代表性的桥梁,宜于近观。

鹦鹉洲长江大桥无疑是美丽的。但是,犹如对一个人的评判,美丽的外表虽会让人眼前一亮,若没有一个美丽的心灵,处得久了就不会感觉到她的美了。鹦鹉洲桥是有内在美的。万田保、罗瑞华和冯广胜对此无比自信:鹦鹉洲桥的内在美体现在“实用、经济、耐久”的总体把握和结构简单、受力明确、质量上乘的精心设计与施工上。坐落在河北赵县、建于隋朝的赵州桥,距今已有约1400年的历史,尽管其跨度仅37米,但至今仍受到人们的称赞;鹦鹉洲桥下游、“年过半百”仍在承担过江大交通重任的武汉长江大桥,也得到了大量的赞誉。这些桥梁得到认可,绝不仅仅是其外表美,更重要的是它们“实用、经济、耐久”的内在品质与人们产生了共鸣。他们相信,鹦鹉洲桥也是一座经得起历史检验的精品工程。

据《桥梁建设报》的最新统计数据,截止2020年4月底,长江(合江合以下)已建在建桥梁的数量已达143座。不仅仅是鹦鹉洲桥,长江上一座座桥梁是交流通达的要津,是经济发展的关键,也是幸福生活的代言。

2014年3月26日,鹦鹉洲大桥通车半年前,时任湖北省委常委、武汉市委书记阮成发首次登上合龙后的桥面,第一次以全新视角尽览两江四岸的城市风光时,脱口而出:“‘神女应无恙,当惊世界殊’。”

 

六  诗和远方

“这个世界不只有眼前的苟且,还有诗与远方。”

美丽而遥远的云贵高原是诗还是远方?

金沙江岸多崖壁,在四川凉山与云南昭通、昆明之间尤甚。宋家二嫂记得小时候想出趟门要么“登天”要么“入地”,“登天”是翻山去茂租镇,“入地”则是下到崖底坐小船过江去对岸的四川。

宋家二嫂是云南省昭通市巧家县茂租镇鹦哥村人,家就住在山崖上。隔江相望、呼之即应的是四川省凉山州布拖县龙潭镇冯家坪村。崖岸上的村子海拔约800米,距江面200多米,到茂租镇要翻过的山最高处海拔有2200米。

鹦哥村与冯家坪村之间自古通婚,有不少姑娘嫁往四川,也有不少娘家在江对岸的媳妇,宋家二嫂的妯娌中就有。很多年前村子外建了条溜索,不论是人还是牲畜还是货物都能乘坐大铁笼子过江,方便了太多。前些年开始,有一些洋气的外地人翻山越岭地来到他们村看溜索,她才知道这个溜索竟还是个稀罕物。她大儿子外出打工在攀枝花安了家,她去过,儿子告诉她,他们村的鹦哥溜索是“亚洲第一溜”。

确实,这样的过江溜索在金沙江上有好几条,“鹦哥溜索”是最长最险的一条,距水面约300米,有470米长。2015年四川省政府出台了一个计划——“溜索改桥专项工程”,开始对省内过江、河、沟的溜索进行“溜索改桥工程”施工,鹦哥溜索自然上了榜。

鹦哥溜索下游400米,新建的桥叫“冯家坪金沙江大桥”,南岸桥头正落在宋家二嫂他们村里。大桥开建前,施工单位先建了一座过江的索桥,说是施工栈桥,栈桥对村民开放,村里人就基本放弃了溜索,都改走栈桥过江,毕竟走“桥”更自由更方便更安全。桥还没建起,村民已在享受过桥的幸福了。

杨如刚自诩也是走南闯北的人,尤其是做了四川路桥的主要领导之后,更是天南地北地飞、上山钻地地跑,路途多么颠簸坎坷都能适应,事务繁多的他,正可以利用车上的时间思考或休息。2016年初,“冯家坪溜索改桥工程”开工前一天,他晕车了。从成都乘飞机到达西昌已是下午,再坐车往工地赶,200公里的路竟走了12个小时,半夜才到金阳县城,距离巧家还有2个小时山路。身体实在受不了了,不得不在金阳住下。累得够呛的杨如刚第二天看到施工现场笔直陡峭的山崖,忍不住感慨:当年红军从这里过,毛主席说“乌蒙磅礴走泥丸”,几十年过去了,怎么还是这个样子哟!站在逶迤的“五岭”之间,伴着金沙拍崖的万古轰鸣,杨如刚与“冯家坪溜索改桥工程”的项目团队一起确定了大桥的施工组织方案:没有路,就一点点修进来;没有场地,就充分利用每一块平地,哪怕只巴掌大;材料运不进来,就肩挑手抬。只一个宗旨,多难,也得把这座桥尽快建成建好。

2018年9月1日,在冯家坪金沙江大桥下游40公里处,四川对坪镇和云南东坪镇之间跨越金沙江的对坪金沙江大桥通车,这是四川省77座“溜索改桥工程”中的最后一项。这座桥面宽10.5米、主跨280米的上承式箱板拱桥,不论外型还是规模都是如此普通,但这座普普通通的拱桥,必将颠覆两岸村民持续了千百年的出行方式和生活状态,使更多的人能走出去,也使更多的外界物品、信息能进到山里来。

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这座普普通通的拱桥也给郑旭峰、刘洋烙下终身难忘的记忆。四川公路设计院桥梁分院副总工程师郑旭峰是对坪金沙江大桥的设计负责人之一,他忘不掉的,是这里山谷间常年6级左右的大风。第一次去现场勘察时,被山风吹得摇来晃去的溜索让他忘而生畏。因而在设计中,抗风成为一项重要指标。刘洋是四川路桥“对坪溜索改桥工程”项目总工程师,对于在这里坚守了三年的他,除了风,心悸的还有雨。2017年夏天,一场大雨过后,山洪瞬间冲毁了一公里的山路,修复这一公里刘洋他们花了半个多月,物资运输也因此中断了半个多月,那是怎样困窘艰难的半个月呀!    如果说每一座山区桥梁的修建过程都是一首可歌可泣的长诗,杨如刚郑旭峰刘洋应该不会反对。

 

山区桥梁自古就是人类战胜自然阻碍的最伟大构造物之一,有藤桥、竹桥、独木桥、栈道等各种材料各种型式。新中国成立后,曾有过几次相对集中建造现代化山区桥梁的时期,一次是修建川藏公路,伴随着中国人民解放军第18军前进的步伐,交通部西南工程局的10万筑路大军把公路从四川修进了西藏,一路上逢山开道、遇水搭桥,据后来的统计,平均每一公里的推进都付出了12条生命的代价。筑路大军中的西南工程局桥梁处后来发展成为现今的四川路桥集团,因而现任总经理杨如刚对于四川路桥修建山区桥梁的能力总是颇为自信也很是自豪。另一次是西南三线建设时期,随着成昆、宝成等铁路干线及诸多支线的修建,金沙江及其支流上建成了许多铁路桥梁,如成昆铁路三堆子金沙江大桥,成昆铁路宜珙支线金沙江大桥、岷江大桥等等。改革开放之后,国家开始有计划地对金沙江中下游及其大型支流进行水利开发,为配合水利工程施工,往往先要造桥,这些桥梁中的一部分是临时设施,另一部分则被设计成永临结合的,成为当地百姓过江越河的通道,如向家坝金沙江大桥、溪洛渡金沙江大桥等。

山区,是相较于平原的概念,一般来说,人们把山地、丘陵、高原都称为山区。根据相关部门公布的数据,中国的山区面积有663.6万平方公里,占国土总面积的69.1%,也就是说中国国土的三分之二属于山区,它们主要分布在东北、西北、西南、华中地区,以西部为重,这与中国西高东低三个台阶式的整体地势有关。著名的有横断山区、乌蒙山区、武陵山区、吕梁山区等。

山区的特点是地形崎岖、交通不便、经济欠发展,距城市远的深山区尤甚。2011年底国家发布《中国农村扶贫开发纲要(2011—2020年)》,11个连片特困地区全部是山区:六盘山区、秦巴山区、武陵山区、乌蒙山区、滇桂黔石漠化区、滇西边境山区、大兴安岭南麓山区、燕山-太行山区、吕梁山区、大别山区、罗霄山区。

进入新世纪,中国西部大开发号角吹响。作为一项国家政策,“西部大开发”的目的是“把东部沿海地区的剩余经济发展能力,用以提高西部地区的经济和社会发展水平、巩固国防”。2000年1月,国务院成立西部地区开发领导小组。由时任国务院总理朱镕基亲任组长。发展经济,交通先行,一条条新建铁路和新建高等级公路开始修建,这些穿山越涧的铁路、公路自然有极高的桥隧占比。青藏铁路的建设和全线通车,使以拉萨河大桥为代表的沿线桥梁成为二十一世纪第一个十年期间高原山区桥梁建设成就中最耀眼的明星。2012年4月,雅安到西昌的雅西高速通车,全程240公里,竟然有270座桥梁。

 

如果说大江大河上的桥梁,跨度是其重要技术参数的话,山区桥梁则有一个与众不同的数据值:高度。2009年11月15日,位于湖北省宜昌市与恩施州交界处的沪蓉西高速公路四渡河大桥通车,这座主跨900米的悬索桥桥面距桥下谷底496米,相当于160多层楼高的惊人数字使漂亮雄伟的四渡河大桥当之无愧地成为世界第一高桥,吸引了来自全世界的关注目光。一个月之后,2009年12月23日,位于贵州省安顺市关岭县的沪昆高速公路坝陵河大桥通车,这是一座主跨1088米的钢桁架悬索桥,桥面至坝陵河水面370米,虽然距四渡河大桥新创的世界纪录差了100多米,但这个高度也相当于120多层楼高了。

山区桥梁之所以会有这样一个平源上的桥梁不可比的数值,完全“受益”于山区的特殊地形特点,似乎与桥梁本身没有什么关系。

与平原上相比,山区桥梁的建设需要面对几个难题:美丽风景掩盖下恶劣复杂的地理环境、变化多端的气候条件、随时可能发生的地质灾害。

山区往往峰高林密,景色或秀美或壮丽或雄浑,吸引着旅游者、摄影人和探险家。对于工程人来说,山区,往往是艰苦、困难的代名词。

2008年春天,29岁的肖世波调任中铁大桥局大瑞铁路澜沧江大桥项目部副总工程师。4月21日傍晚,用了三天的时间刚刚折腾到目的地的肖世波,站到了桥位处的悬崖边。这三天,飞机、火车、汽车坐得让人呕吐,特别是从云南保山乘越野车进山的那最后一段路,剧烈的颠簸让他五脏六腑都像翻了个儿,还途遇高山滑坡,巨大的石块毫无征兆地从山上突然滑落,幸好司机反应快,石块几乎是擦着车尾滚入了深涧。现在,站在景色怡人的山崖上,看看脚下,薄薄的云朵之下,是墨绿色的澜沧江水;望望对岸,是夕阳映照中不断变幻着斑斓色彩的山岩;环顾周遭,山连山、峰抵峰……暮色四合,天还没有完全黑下来,星星就突然明亮起来,闪烁着越来越耀眼的冷峻的光。谁知脚下一滑,一块石头滚下崖去,很久很久,听不到回音,肖世波的手心开始冒汗。

站在山顶上,年轻工程师肖世波给他的领导打了个电话,先汇报自己到工地了,然后小心翼翼地表达出想离开的心思,得到的回答是一顿臭骂。

第二天早晨,天刚亮,肖世波就穿上物机部配发的解放鞋,叫上工程部、测量组的几个小伙子去“走山”了。

两个月后,他们以每周每人穿坏一双解放鞋、每个人的大脚趾尖都生出厚茧的代价,踏遍了周围可布置测控网的山头。日出而出,日落而归,那被当地人称之为梯云路的“路”——就是没有路,人在山下,云在山上;人到山上,云到脚下——让他们身轻如燕,以至于五年之后,肖世波被调至港珠澳大桥工地时,不由感叹:珠海这个地方真好,真平坦!

准备建桥的地方往往没有路,山区里的河流又往往水深道狭落差大,水利价值高而航运能力低,施工用的材料无法用车用船运抵现场不说,水上施工也不能借助船只。首当其冲受影响的就是对桥位、桥型和材料的选择。曾经,桥梁施工技术和材料无法满足桥梁的跨越需求时,“赖桥梁以渡”对于许多山区百姓都只能是梦想。而跨越的瓶颈被突破之后,桥梁就像能打破山区闭塞和贫困的破冰船,一艘艘开进山去。

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近些年来,随着中国桥梁的跨越能力越来越强,山区的超级桥梁工程也越来越多。这些大跨桥梁可以站在山顶,从一座山峰直接迈向另一座山峰,拉直了道路,避免了在山脚下建桥时道路的迂回曲折。这也是山区桥梁越来越高的原因吧。四渡河大桥496米的第一高桥世界纪录保持七年之后,被另一座中国山区桥梁刷新。2016年12月29日,杭瑞高速北盘江大桥通车,这座主跨720米的双塔斜拉桥桥面与其跨越的尼珠河河面相距565.4米。

而这七年间建成的山区桥梁也都有着惊人的“站位”高度。

2012年3月31日,湖南湘西,矮寨大桥通车,这是一座主跨1176米的钢桁加劲梁单跨悬索桥,桥面跨谷底355米;

2012年9月30日,重庆涪陵,渝利铁路蔡家沟大桥竣工,形似艾菲尔铁塔的主墩高达139米,为当时世界最高双线铁路桥;

2015年8月25日,云南普立,普宣高速普立大桥通车,这是中国首座山区钢箱梁悬索桥,628米的主跨之下是深不见底的普立大沟,桥面距沟底约340米;

2015年12月26日,杭瑞高速毕节至都格段通车,不到140公里的线路上有多座亮眼的高桥,其中位于水城县董地乡的抵母河大桥是一座跨径538米的单跨钢桁梁悬索桥,桥面距抵母河谷底360米;

2015年12月31日,贵州开阳县与瓮安县交界处,贵瓮高速清水河大桥通车,这座主跨1130米钢桁梁悬索大桥,桥面据峡谷垂直高度406米,主塔塔顶至清水河江面垂直高度达到540米;

2016年10月28日,湖南郴州,厦蓉高速赤石大桥通车,这是一座跨径380米的多塔混凝土斜拉桥,其双曲线造型的4个主塔被称为“小蛮腰”,最高一座有287.63米。

2016年12月28日,沪昆高铁贵阳至昆明段通车,位于贵州安顺的沪昆高铁北盘江大桥也随之投入运营,主跨445米是当时钢筋混凝土拱桥的世界最大跨度,上承式的桥面距北盘江江面约300米。

……

这些桥面与桥下的水面、谷底之间高差数据值与桥梁本身无关吗?这些看似单纯的数字,实则是桥址处山区特征的一个重要标识。

首先,它影响设计决策。

一两百米的旱地山谷可以修建高墩桥,比如渝利铁路蔡家沟大桥,比如厦蓉高速赤石大桥。此外,则必须选择一跨过谷的桥型。

 

马庭林认为“拱桥是山区大跨度铁路桥梁主选桥型”。他在接受《桥梁建设报》记者专访时说:拱桥不但具有较大的跨越能力,而且结构刚度大,这与目前高速铁路对桥梁“变形小、刚度大”的总体要求很贴合。另外,拱桥抗压性能好,超载能力也很强,而且抗震性能也比较好。

曾任中铁二院副总工程师的中国工程勘察设计大师马庭林主持过许多山区铁路桥梁的设计。1996年8月建成通车的南昆铁路清水河大桥的计算和梁部设计图纸是他亲自完成的,大桥后来获贵州省科技进步一等奖、鲁班奖以及詹天佑土木工程大奖,成为那一时期西南山区铁路桥梁的典型代表。马庭林记得,关于那座大桥桥型的选择,讨论了很久,曾有3种方案,由程庆国院士和陈新院士为组长的专家组讨论投票,结果很有趣,3种方案各得3票。最终经过反复论证,决定采用预应力混凝土连续刚构桥型。后来,在内(江)昆(明)铁路的建设中,马庭林又主持了多座桥梁的设计,例如李子沟、花土坡大桥等,基本都是采用高墩大跨跨越峡谷,主桥采用预应力混凝土刚构-连续组合梁桥。正是因为有了这些积累,马大师更明确地认为刚性良好、跨越能力强的拱桥是山区铁路桥梁的发展方向。

目前,随着高速铁路在西部山区的推进,已建和在建的山区铁路拱桥越来越多。前文中提到的沪昆高铁北盘江大桥就是一座钢筋混凝土拱桥,2017年初竣工的云桂铁路南盘江大桥,全长852.43米,主跨416米,也是一座上承式钢筋混凝土拱桥,结构形式与沪昆高铁北盘江大桥类似。

2018年8月贯通的成贵铁路鸭池河大桥位于贵州省黔西县与清镇市交界的鸭池河上,桥址处地质状况为典型的喀斯特高原、峡谷地貌类型,河道两岸岩崖陡峭,地势险峻,地质复杂,部分岩崖与河面夹角甚至达到90度。根据这些客观情况,中铁大桥院创新地提出了中承式空腹钢混结合提篮拱桥的桥型方案,桥长971米、主跨436米。

随着山区对桥梁跨越能力需求的增强,悬索桥这种柔性结构的桥型也日益成为设计师的重要选择。四渡河大桥、坝陵河大桥、矮寨大桥、普立大桥、抵母河大桥、贵瓮高速清水河大桥都是大跨悬索桥,但它们也无以例外皆为对荷载要求不高的公路桥梁。2016年元月,在云南丽江虎跳峡景区,一座有特殊意义的桥梁开工建设,它就是丽香铁路虎跳峡金沙江桥,其特殊性在于,它是中国第一座山区铁路悬索桥。

全国工程勘察设计大师、中交二公院总工程师廖朝华认为,现在很多山区桥梁的跨径、布局和结构的复杂程度已经远远超过大江大河上的桥梁。比如沪蓉西高速公路上的桥型就包括了拱桥、悬索桥、斜拉桥,它们的跨度、高度和难度都不亚于非山区的水上桥梁。是到了我们应该把更多关注投向山区桥梁建设的时候了。

其次,它严重影响施工过程。

平原上建桥的设备和工艺都比较成熟和齐全,而在山区,大型的机械很难施展开,原材料和构件的运输、许多工艺的运用都成了问题。工程师们不得不创造出许多新的工法,比如“先导索火箭弹抛掷法”。

我们来看普立大桥建设初期的一个场景。2014年1月11日下午,云南普立乡普立大沟宣威侧,3点10分,有人在倒计时并下达指令:“5、4、3、2、1,发射!”一枚火箭弹瞬时腾空而起,从深沟上空呼啸而过,快速向对面的普立岸飞去,10秒钟后成功落在预定位置,火箭全程飞行距离1020米。25分钟后,15时35分,又一枚火箭弹发射过沟。

这可不是在进行军事演习,两枚火箭弹也不是武器,而是运输工具,它们的身上牵带着一根直径14毫米、长1350米的尼龙绳,那是大桥施工用的先导索。悬索桥进入上部结构施工前,必须抛送先导索,才能架设空中便桥(又叫猫道),开辟主缆和桥面施工工作平台。

在平原上施工,先导索过江过河一般靠船舶拖拽或直升机牵引。一些山区桥梁施工中,先导索过山谷、河谷也可以用人工拽拉、船舶运送或直升机牵引的办法,但普立大桥要跨越的普立大沟从山顶到沟底约有500米,树木密布、藤蔓遍生,当地山民都少有人下去过。如何让先导索过沟令施工人员头疼了很长时间,最后琢磨出用火箭弹抛掷的办法。这个方法在国内虽然不是首次,但在云南的桥梁施工中还是第一次运用。这个方法成本低、精确度高、安全可靠,还不破坏自然生态环境。在现场指挥发射的普立大桥工程项目部经理谢守杰计算过,这个方法相较于其他方法还节省了3个月工期。

普立大桥之前,沪蓉西高速四渡河大桥和张花高速澧水大桥施工中,也是利用火箭弹将先导索抛过峡谷的。

 

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除了地形上的特殊性之外,大风、大雾、暴雨、山洪、过于潮湿或过于干燥等极端天气,泥石流、山体滑坡、地震等地质灾害,以及高海拔、低氧量这些山区、高原专属的恶劣建设环境,给施工过程带来极大的困扰和风险。

2008年5.12汶川大地震、2013年4.20芦山地震在当地和周边的极大范围内摧毁了原有的建筑和交通设施,灾后修复和新建工作自震后起就一直在持续。四川路桥参建的绵(竹)茂(县)公路,于2009年9月18日动工,至今仍在艰苦进行中。这条长不过56公里的山区公路,桥隧比为68%,穿越龙门山脉的前山断裂带、中央断裂带、九顶山支断裂带、后山断裂带4个地震断裂带,沿线因地震后山体崩塌造成的塌方、泥石流、堰塞湖比肩接踵。四川路桥承建的一期工程中的一段,每年6月至8月,山洪和山体滑坡都会把施工便道完全毁坏,9月之后项目部需要重新修筑便道,然后加紧施工。第二年6月开始,同样的“剧情”再次上演。如此循环,五年过去,工程进度才终于过半。

在一首首山区桥梁的建设诗篇中,有一首写得特别长。

在云南保山的那个山顶上,在茶马古道的遗址旁,肖世波工作了五年,岗位履新了三次,从项目部副总工到总工到项目经理。2013年春节前,他调离时,大瑞铁路澜沧江大桥仍在艰苦施工中。

2014年夏,刚刚大学毕业的倪小灿站在了肖世波六年前曾站立过的山崖上。也是傍晚,刚下过雨,河谷中腾起的雨雾在阳光的照射下,形成一道彩虹,正跨在山谷间。云雾中,远远近近的山峰,宛若翩翩起舞的仙女,灵动而清秀。“我的远方,我的诗!”站在山崖上的倪小灿不由地张开双臂,来了一个深呼吸,还兴奋地高喊了一声,似乎要与仙山共舞。领着他去工地看现场的“师傅”比倪小灿年长不了几岁,走在前面没回头,忍着笑说了句:“小灿呀小灿,我看你还能乐呵多久!”

又是五年过去,90后倪小灿不仅坚持了下来,还依然成天乐呵呵的,并且担任了项目部的工程部长。这期间,倪小灿经历了大瑞铁路澜沧江大桥施工中最特别最精彩的施工工序——钢拱的两次竖转。

大桥跨越的澜沧江两岸属横断山脉西段,两岸山体的坡度基本在60°到80°,有些地方甚至是直立状态,用“壁立万仞、地势险峻”来形容再贴切不过。施工现场真的只有巴掌大,还是立体多层交叉。大桥的钢管拱既无平整的场地拼接,也无法安装大型设备来吊装,于是“逼”出一个世界第一:全球首次采用的钢管拱二次竖转技术。简单地说,这座拱桥的钢拱,需先在两岸顺靠着山体坚向拼装,拼装完成后,再垂直向江心分两次转动,然后在山谷中间对接合龙。

2016年6月28日,大瑞铁路澜沧江大桥钢管拱竖转开始,持续20多天作业后,于7月26日完成第一次竖转。这个过程中,倪小灿负责千斤顶和钢管拱之间的钢筋穿连,每穿一根钢筋就要上山下山来回跑一趟,每次需要一个小时。每一趟经过在山风中飘荡的施工栈桥,活泼的倪小灿都会笑嘻嘻地高喊一句什么,有时是;“扎紧衣服,系好安全带,没事,勇敢点!”有时是:“好美呀!”

2016年11月15日上午10点18分,大瑞铁路澜沧江特大桥钢管拱实现零误差高精度合龙。2019年3月11日下午3点,大桥钢管拱外包混凝土施工完成。倪小灿都在现场,还是会偶尔笑嘻嘻地高喊一句什么,或者与桥来个自拍。

大瑞铁路澜沧江大桥的建设者在持续鏖战的时候,距他们不远处,云南龙陵县龙江乡与腾冲县五合乡之间的龙川江河谷之上,一座主跨1196米的钢箱梁悬索桥正在迅速成型,那就是建成后成为腾冲新景点的龙江大桥。

2016年4月初,龙江大桥通车前一个月,“西部山区桥梁建设技术研讨会”吸引了多位桥界院士和专家赶赴美丽边城腾冲,交通运输部原总工程师凤懋润在致开幕辞时说:“世纪之交这20年,中国路桥大规模建设,继东中部地区跨越水网江河、长三角、珠三角地区,跨越海峡海湾两个桥梁建设高潮之后,西部大开发中跨越峡谷沟壑的山区桥梁建设成为了新的亮点。”

高速公路上的四渡河桥、坝陵河桥、矮寨桥、清水河桥、龙江大桥,新建铁路和高速铁路上的北盘江大桥、南盘江大桥、新白沙沱长江大桥、金沙江大桥、鸭池河大桥,这些山区大跨径桥梁在新的技术进步的推动下陆续建成,为中国的西部大开发、“一带一路”区域交通发展和精准扶贫做出了自己的贡献。现在,在中国的西南、西北、华中、东南,有更多的“诗篇”正在被桥梁人书写,例如项目已经启动的川藏铁路。值得期待。

 

七  超级工程

“东海大桥和杭州湾大桥都参加过吗?”2018年10月23日上午,港珠澳大桥开通首日,中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平在东人工岛接见建设者代表,听介绍说谭国顺参与过多座跨海大桥建设,主动跟他拉起了家常。

“都参与过。我的建桥工龄已经有47年了!”谭国顺自豪地回答。

“实在了不起!”习近平总书记认真地听谭国顺说完,夸赞道。并再次主动向他伸出了右手。

“当我的手被习总书记握住的那一瞬间,我感到了一股热流冲进心里,这是被党和国家信任的自豪感。只有国家的实力有了充分的提高,我们才有能力把这座大桥建起来。”开通仪式结束后,和同事们聊起习近平总书记接见时的感受,谭国顺仍激动不已。

谭国顺的经历和成绩的确值得他自己,也值得他的团队为之骄傲。1971年,不满19岁的知青谭国顺因招工成为铁道部大桥局的一名桥工,他的建桥生涯开启。从装吊工到工程师,从工程队长到跨海大桥的指挥长。他参加了长沙湘江大桥、九江长江大桥、长东黄河大桥等几十座桥梁的建设,他指挥了东海大桥、杭州湾跨海大桥、青岛胶州湾跨海大桥等多座跨海大桥工程重要标段的施工。但这一切似乎都只是积累,都只是储备。2012年,谭国顺60岁,在桥梁工地奔波了41年,到了退休年龄的他迎来了自己建桥生涯的巅峰。6月21日,中铁大桥局收到来自港珠澳大桥管理局的通知:承担港珠澳大桥桥梁主体工程CB05标段的施工任务,工期57个月。前期一直参与港珠澳大桥相关科研的谭国顺,受命担任CB05标段指挥长。

如果说谭国顺是人类桥梁建设史这条长河中的一滴水珠,那么这滴水珠的经历映射出的正是改革开放四十年里中国桥梁建设快速发展的历程。尤其是在中国桥梁走向海洋的进程中,谭国顺是历史的见证者,更是重要的参与者。

 

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新中国成立之初,随着武汉长江大桥的建成通车,中国人持续千百年 “让长江天堑变通途”的理想成为现实,跨越的梦想便有了新的目标:不依赖舟楫,不仰仗天气,大步走过海峡去。中华文明曾被称为“黄河文明”,似乎基因里就有对海洋的向往和敬畏,中国的跨海大桥是从汕头海湾大桥等沿海岸线的跨海域大桥,以及一些小规模的连岛工程小心翼翼地开始的。徐恭义跟随老师杨进参与汕头海湾大桥建设时刚从大学毕业不久,从科技咨询、桥址踏勘、确定桥位到设计、施工,到1995年12月28日大桥通车时,与汕头海湾大桥亲密接触了11年,一大摞工程日志和工作笔记他至今一直珍藏着。汕头海湾大桥是中国第一座现代大跨度悬索桥,初建时人们的关注点并没有放在其“跨海桥梁”的属性上,这从大桥桥名选定的有趣过程中就可知一二。汕头海湾大桥位于汕头市东部汕头港湾出入口的海域,因为经过妈屿岛,开始时人们就称之为“妈屿大桥”或“妈屿岛大桥”,随着前期科技、勘探和工可研究的展开,杨进等一些专家提出根据桥址处的地理位置和自然环境,以“汕头”“海湾”等关键词确定桥名的建议。1992年3月,大桥奠基,时任中共中央总书记江泽民为它题写桥名“汕头海湾大桥”,桥名乃定。这几乎是中国第一个以“海湾”入名的大桥。

沿海连岛工程也是在二十世纪90年代开始的,例如1996年开工的温州连岛工程,建4座桥将5个小岛连接起来。杨如刚至今都记得当时参与这个工程施工时的艰辛和经受的磨砺,那份痛苦和折磨曾让年轻的他想一走了之逃之夭夭才好,最终坚持下来之后,他感觉到了自己的成长。这份成长不仅是他个人的,更是被赋予了历史使命的新一代中国桥梁人的。

业界公认的中国第一座真正意义上的跨海大桥,是2002年6月26日与上海国际航运中心洋山深水港区、海港新城一同开工建设的东海大桥。谭国顺担任位于深海区的Ⅲ标段的指挥长。2008年5月1日杭州湾大桥通车,中国拥有了“世界最长的跨海大桥”。谭国顺指挥施工的Ⅷ合同段是杭州湾大桥工程13个标段中工程量最大的。2011年6月30日,全长41.58公里的青岛胶州湾大桥通车,刷新杭州湾大桥保持的最长跨海大桥世界纪录。谭国顺担任项目经理的第十一合同段项目部获得全国“五一”劳动奖状。

现在,我们站在2019年这个历史的节点上,回望,汕头海湾大桥、海沧大桥、沿海连岛工程,东海大桥、厦门跨海大桥、杭州湾大桥、连山跨海大桥、胶州湾大桥、西堠门跨海大桥,以及桥梁人的能力和心理成长、中国桥梁技术的快速进步,似乎都是在做准备,准备着迎接一座世纪工程的到来。

2009年12月,澳门回归十周年。15日,在与澳门一水之隔的珠海,国务院总理李克强宣布:连接粤、港、澳三地的港珠澳大桥工程开工。

 

港珠澳大桥是一座桥吗?

当然不是。港珠澳大桥管理局总工程师苏权科说,它是一个连接,一个LINK,它连接的是被伶仃洋分开的两岸三地,连接的是粤港澳大湾区;它连接的是文化、思想和心理;它连接的是过去、现在和未来。这或许是港珠澳大桥工程建设的初衷,更是随着工程的完成,在两岸三地间以及在更多的中国人心中逐渐形成的共识。这或许就是港珠澳大桥工程的经济、社会、历史意义。如果我们拂去这些“意义”,回归建筑本身,再问:港珠澳大桥是一座大桥吗?又会得到怎样的回答呢。

港珠澳大桥是在“一国两制”框架下粤港澳三地首次合作共建的超大型基础设施,工程全长55公里,东起香港国际机场附近的香港口岸人工岛,向西横跨伶仃洋海域后连接珠海和澳门人工岛,止于珠海洪湾。包括连接线、山体隧道、人工岛、海底隧道、航道桥、非通航孔桥、通关口岸等多类别工程项目。我们在说高铁线路和山区高速公路线路的桥隧占比越来越高,其实,没有哪一条线路有港珠澳大桥工程这条55公里长的城际高速公路线路的高,它的桥隧占比接近100%。它得以建成的背后,有几十个学科最新研究成果做支撑,涉及化学、物理、生物、桥梁、隧道、机械、船舶、航运、航空、环境、能源、海洋工程、地质、水文、经济、管理、历史、文学、美学……有诸多领域的精英团队在为之努力:科研、设计、施工、管理、金融……港珠澳大桥工程是中国的经济、交通经过几十年的高速发展之后的一个集大成之作,谓之“超级工程”毫不夸张。

港珠澳大桥是一座桥吗?当然不是,它是一个交通建筑工程群。2012年6月,港珠澳大桥之桥梁主体工程开工。三年前总体工程宣布开工时,启动施工的只是岛隧工程,现在,真正的桥梁施工开始了。自珠海岸起一路向东向伶仃洋深处,20多公里的主桥将如一条巨龙踏波前行,这是中国桥梁人要做的一份试卷,当时,赵传林、余立志、谭国顺心中都有了上考场前的激动、兴奋和紧张。他们分别是CB03、CB04、CB05三个桥梁标段的项目经理,他们知道这份考卷的难度和份量,但不论多难,几年之后,“中国结”“海豚”和“风帆”必须要在他们和他们的团队手中精准坚挺又优雅地竖起来。

做过学生的人都知道,不论多难的试卷都有得满分的可能,只要你学习得足够扎实、练习得足够充分。可是,如果这份试卷有超出大纲的附加题呢?港珠澳大桥之前,中国所有桥梁的设计寿命都小于或等于100年,港珠澳大桥的设计寿命却是120年。这多出来的20年就似一道具有高挑战性的附加题,它要考的不仅仅是你掌握知识、技能的多少,更是你对所掌握知识、技能融会贯通使用的能力、你在解决施工中出现的问题时的思维创新程度。

做工程都是要吃苦的,桥梁人不怕吃苦。做工程都是要创新的,桥梁人最能创新。因而,对于做好这份答卷,从一开始谭国顺他们就充满了信心。这份信心来自于数十年里中国桥梁技术的持续进步,来自于十多年来修建跨海桥梁的经验积累。

 

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这些进步和经验里有一项叫“装配式施工”。

中国桥梁的装配式施工在陇海铁路复线建设时就开始了,陇海复线上的部分桥梁采用了预应力混凝土简支梁。建设南京长江大桥时,大桥引桥梁体为预制、架设的预应力混凝土梁,那是我国桥梁建设中首次大规模地采用预应力梁。装配式施工,顾名思义是像搭积木一样用拼装组合的方式完成建设。它的好处是低碳、快速、标准,受现场环境影响小、质量可控。这些特质恰好可以规避海上施工中风、浪、涌、流等高不确定性因素的影响,满足跨海大桥“大型化、工厂化、标准化、装配化”的施工要求。东海大桥、杭州湾大桥、青岛胶州湾大桥建设中,墩身部件、大型箱梁都是在岸上的工厂里预制完成,然后运送到海上安装的。从这个过程中不难看出,装配式施工有两个关键的工序:预制和安装。

我们先来看看预制。东海大桥建设中,完成了中国桥梁史上的首次超大型预应力箱型梁预制。第一片箱梁预制完成于2003年7月20日,制作钢筋龙骨和拼装模板花费数月时间,混凝土灌注持续进行了15个小时,灌注结束时恰好第一缕晨光从东海升起,伴随着晨曦升起的还有现场施工人员的欢呼声。那是一片高4米,宽15.2 米,长70 米,重2000吨的箱型梁,用去钢筋110吨、混凝土800多立方米,梁面大小超过两个半篮球场面积,停在预制厂里时,就像一节火车车皮,被媒体称为“梁王”。到杭州湾大桥时,70米箱梁的规模更大了,重量达到2200吨。显然,这样的大家伙,只有在工厂里稳定的环境中制作才能确保其质量。

2012年6月港珠澳大桥桥梁主体工程开始施工,这份摆在中国桥梁人面前的富有挑战性的试卷中的附加题,并不是一道独立于其他试题之外的题目,它渗透到整个工程建设中,使每一个环节的精度难度都水涨船高。仅就墩身预制来说,就与以前的跨海大桥大有不同。我们以CB05标为例。

桥梁工程CB05标是港珠澳大桥距离陆地和澳门机场最近的标段,自然就成为展现大桥风采的窗口性工程。伫立海边朓望大桥,目力所及处只有CB05标的非通航孔桥和九洲航道桥,因而这一标段在建设中受关注度最高,也被要求最多。“露腿不露脚”的要求就是首先在九洲航道桥得以实现的。如果说桥墩是桥梁的腿,桥墩下面的承台就是桥梁的脚啦。港珠澳大桥最直观的一个美丽之处便是“露腿不露脚”,一根根线条柔和色泽均匀的桥墩玉立碧波之中,宛若在海边嬉戏的女子裙裾下露出的美腿,纤巧、有力、健康。为确保大桥的高颜值,港珠澳大桥在设计时就被要求,桥墩以下的承台不得露出海面(通航孔处的桥墩除外,因为那里还有防撞要求)。当然,“露腿不露脚”并不仅仅是为了美观,更为了在伶仃洋这片黄金航道海域,最大程度地降低大桥的阻水率,减少人工构造物对海洋的影响。

承台浸入海面之下,为防海水对混凝土内部钢筋的腐蚀,墩实的承台与纤细的桥墩之间就不允许有施工接缝,犹如浸在水里的脚踝不能有任何破口一样。这意味着承台和底节墩身必须一次性预制,成为一个囫囵的整体。而底节墩身的高度也必须高出浪溅区,才能确保所属海域内不论风浪多大,都不会有海水侵入最低处的施工接缝。

众所周知,为满足装配式施工,施组设计时会通过计算将建筑物拆分成诸多规则的标准部件,以便于预制,预制厂最怕碰到超大部件和异型部件。港珠澳大桥的承台+底节墩身就是超大的异型部件,这种难度的预制作业在国内尚属首次,经验丰富的谭国顺也没遇到过。CB05标甫一开工,他就带领技术人员着手琢磨这个问题。经过半年多的反复研究论证,研发出了集机、电、液压于一体的承台墩身预制生产线:承台+底节墩身钢筋通过创新出来的“先模块化绑扎、再组拼”技术成型;新发明的大刚度自动开合模板应用系统,可极大地提高大量大型模板的安、拆速度,同时也能确保工人在施工过程中的安全;大体积承台+底节墩身一次性整体浇筑及养护难题被攻克,承台+底节墩身一次性浇筑质量得到确保。2013年3月2日,港珠澳大桥桥梁主体工程的第一个2500吨的承台+底节墩身在中山梁场预制成功。

装配式施工中,除了钢筋混凝土部件之外,需要预制的还有大量钢结构部件。港珠澳大桥的钢梁、钢混叠合梁、梁塔等均为工厂预制产品。钢结构部件的焊接质量水平基本上就代表着产品的总体质量水平,中铁山海关桥梁厂在港珠澳大桥之前,最先进的焊接技术是自动焊和半自动焊,为考好港珠澳大桥这场试,他们研发了机器人焊接系统,以实现手工操作无法完成的复杂和精细加工。还专门为大桥的大型钢梁预制新建了车间,这个车间占地1000亩,加工厂区的面积共达8.5万平方米。

 

部件预制完成之后,接下来要进行的是装配式施工的第二个关键工序:运送和吊装。这就不得不说到中国桥梁技术进步的另一项成就:大型桥梁施工装备的研发。

武汉长江大桥建设时,只有一些功能简单的驳船、泵船、定位船,起重船最大起重量是30吨。2017年1月9日,“大桥海鸥”号起重船在青岛海西重机码头出发,正式加入中国桥梁施工船舶编列。这艘起重量3600吨、主钩最高起升高度距水面以上110米的起重船,是此时国内起升高度最高的双臂架起重船,它是中铁大桥局为福平铁路平潭海峡公铁两用大桥投资3.4亿打造的。在“大桥海鸥”号之前,为建设东海大桥,中铁大桥局打造了起重量2500吨的“小天鹅”号海上运架一体船,为建设杭州湾大桥,又打造了起重量3000吨的“天一”号起重船;广东长大集团于2012年打造了3200吨“长大海升”号起重船;振华集团于2016年打造了不仅仅用于桥梁施工的12000吨起重船“振华30”。在这个过程中,海上桥墩运输运架船、海上打桩船、海上砼工作船不断被研制出来,形成了一支庞大的海上桥梁施工舰队,也锻炼出一批水平高超的船员。

青岛胶州湾大桥建设中,这些船员就用“赶海”的方式解决了胶州湾浅水区架梁施工的重大难题。

胶州湾是个肚大口小、喇叭口向内的半封闭海湾,没有杭州湾里激烈澎湃的钱塘潮,周围河流和岸上雨水冲刷带来的大量泥沙堆积,使胶州湾成了一个浅水海湾。湾内平均水深只有7米,而0-5米的浅水区几乎占了一半。胶州湾大桥桥址处浅水区低潮时水深不足1米,不太适合大型船舶施工。大桥非通航孔部分采用的是单片长60米、重约2000吨的混凝土箱梁,如何把箱梁架到桥墩上去一时成为难题。于是就有了“老汪”和“小汪”的故事。

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自21世纪第一个10年前后,中国的现代桥梁建设以中国增长的经济需求为背景,在历经几代中国桥梁人的努力积淀之后,厚积薄发,渐成展示中国发展的一个眩目的窗口。

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