如何建造一座很長的橋？

橋梁是使車輛行人等能順利通行的建筑物。如果河溝變寬，橋梁自然也需要相對延長。由于自身的重力，橋梁天然就會向下彎曲。而拱橋的形狀能將重力與荷載轉(zhuǎn)化成垂直于拱截面的壓力，在豎向荷載作用下，拱式結(jié)構(gòu)的支撐處不僅產(chǎn)生豎向反力，而且產(chǎn)生水平推力，所以就能承受更大的重力。

洛陽橋的建造

但是，單拱能承受的跨度是有極限的。即便到了今天，在現(xiàn)代技術(shù)的加持下，世界上最大的跨徑拱橋天峨龍灘特大橋跨徑也只有600米，相比之下，古代拱橋的長度就更加有限了。大名鼎鼎的隋代石拱橋趙州橋，全長不過64.4米。如果想修一座更長的橋，那就只能加橋墩了，例如始建于1053年的洛陽橋，雖然全長只有834米，但卻是中國最早的跨海石橋。

洛陽橋得名于泉州洛陽江。洛陽江“水闊五里，上接大溪，外即海也，每風(fēng)潮交作，數(shù)日不可渡”。出于交通經(jīng)貿(mào)的需求，歷朝歷代都想在這里建造橋梁，但古代的技術(shù)條件實在很難在湍急水流中打造堅實的橋墩。橋上的一切重量和振動影響，再加上橋梁本身的自重，以及風(fēng)力、水力的影響等，都會傳達到橋墩，所以橋墩是橋梁的基礎(chǔ)。只有橋墩立得牢，橋梁才能坐得穩(wěn)。可在洛陽江這樣波濤洶涌的江水中，要如何施工呢？

橋匠會在風(fēng)浪較小的日子里，用船載石，沿著規(guī)劃好的橋梁中線拋下大量石塊，使江底形成一條矮石堤，然后在堤上建橋墩。為了對抗洶涌水勢，洛陽橋的橋墩全部用長條石交錯壘砌，并且形成了“一頭尖”的形狀，來減輕浪濤對橋墩的沖擊。為了鞏固基石，洛陽橋還首創(chuàng)了“種蠣固基法”——把牡蠣當作生物膠水。利用牡蠣無孔不入，繁殖能力很強的特點，使其跟石墩長在一起，使石頭膠結(jié)成牢固的中流砥柱。這也是世界上第一個把生物學(xué)與橋梁工程結(jié)合的建筑。

宋代橋梁建造大發(fā)展，江南地區(qū)大部分的江河，在宋代被征服了，除了錢塘江。錢塘江比洛陽江更寬、更急而且更兇，江面寬達千米，古時又名“羅剎江”。

錢塘江大橋的建造

以古代的工程條件，要在錢塘江修建跨江大橋，根本是天方夜譚。直到1933年，民國時期杭江鐵路、浙西公路都在逐步發(fā)展，但因錢塘江一水之隔，鐵路、公路無法貫通，南北兩岸貨物運輸異常困難。接過修橋這個重擔(dān)的，是著名橋梁專家茅以升。但當時的中國，工程建造能力不容樂觀。

假設(shè)你手里有一個碗，將它碗口朝下扣入水面，直達水底，你會發(fā)現(xiàn)，這個碗里總是會殘留一些空氣。在地面上建造一個高氣密性的混凝土箱體，讓這個箱體像是倒扣的碗一樣，有頂無底。把這個箱體沉入水中，朝箱體中注入等同于水壓的空氣，同時抽出箱體內(nèi)的水分，這樣工人就可以通過管道進入其中開始施工了。挖土的同時，混凝土箱體自身的重力會使得箱體不斷向下沉降，等到達預(yù)定位置后，再往箱體內(nèi)澆灌混凝土，這樣一個橋墩就建造完畢了。這就是茅以升的現(xiàn)代沉箱法，通過這種方法，解決了在錢塘江湍急洶涌的水流中建造橋墩的問題。

在建好橋墩后，接下來還有另一個問題。建設(shè)大橋鋼梁，傳統(tǒng)采用“伸臂法”，也就是將鋼梁在岸上拼好，沿著橋墩逐步伸入江心。這就需要等到橋墩按照順序全部建好之后，才能開始搭建橋梁。但是為了趕工期，錢塘江大橋的橋墩完工次序是被打亂的，因而錢塘江大橋不適合采用這種方法。為此，茅以升和施工團隊虛心請教熟悉錢塘江水文規(guī)律的當?shù)厝耸浚罱K發(fā)明了“浮運法”，把整孔鋼梁裝載在兩條灌上半艙水的船上，巧妙利用錢塘江涌潮的落差，把鋼梁安全安裝到位。

從1934年至1937年，錢塘江大橋歷時4年，終于竣工。這是中國第一座鐵路公路兩用的大橋。但在隨后的抗日戰(zhàn)爭中，為阻止日寇南下，錢塘江大橋在建成87天后不得不被炸毀。1948年，錢塘江大橋在茅以升的主持下修復(fù)，而到了1949年的5月，往南逃竄的國民黨又一次炸毀了大橋的部分鐵軌。直到1953年9月，多災(zāi)多難的錢塘江大橋終于全面修復(fù)完工。這一次，它不會再被破壞了。

丹昆特大橋

如果要將錢塘江大橋，再加長100倍呢？來看一下真正的奇觀級工程——丹昆特大橋。這是當之無愧的世界第一長橋，總長度達到了164.851公里。丹昆特大橋位于京滬鐵路的干線上，跨越江蘇省丹陽、常州、無錫、蘇州及昆山五市。這一地區(qū)水網(wǎng)繁密，水面寬度在20米以上的河道就有150多條。想修建高鐵，遇水架橋當然是常規(guī)思路。但如果專門騰出土地修建高鐵，不僅不利于城市規(guī)劃，同時還會造成土地資源的巨大浪費。因此，丹昆特大橋在設(shè)計時采取了一個極為大膽的創(chuàng)意——全程架橋，將水橋延伸至陸地上，一橋橫貫?zāi)媳保詷虼贰?/p>

一般來說，要把橋建得長那就要造更多橋墩。但當一座大橋真的長到一定程度，自然就會遇到一些特殊的問題。首先，為了節(jié)省土地，并且給下方的建筑留出空間，橋墩不能造得太密，橋面也要適當架高。這個問題其實也好解決，那就把單個橋墩加大，然后形成橋塔，以拉索吊起橋面，錨定在橋塔上，就像是一個人用雙臂抬起一塊木板，這也就是斜拉橋了。丹昆特大橋的部分橋段，就采用了這種形式。

一般橋梁施工，在建設(shè)基礎(chǔ)上，經(jīng)常采用端承樁，就是將樁打到巖層上，巖層是可靠的承力層。第二個難題就出現(xiàn)了。丹昆特大橋的施工位置，地處長江沖積平原，這一地區(qū)遍布河湖，以軟土為主。而大橋又實在太長，不僅橫跨水陸，還要經(jīng)過蘇錫常軟土地區(qū)、無錫沉降漏斗區(qū)和無錫地裂縫防治區(qū)，復(fù)雜多變的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，對實際施工是嚴格的考驗。

所以在實際施工中，采取的是多種墩臺和摩擦樁相互結(jié)合的模式。不同樣式的墩臺可以適應(yīng)不同的土層情況，通過自身的重力以及作用力來保持穩(wěn)定，摩擦樁則主要靠樁周摩擦力來承受荷載，樁端阻力分擔(dān)的力很小，二者相互結(jié)合，就可以依靠結(jié)構(gòu)自發(fā)穩(wěn)定下來。這說起來容易，其實幾乎每一處摩擦樁，都需要在施工過程中，根據(jù)當?shù)赝翆忧闆r進行定制化處理，這是一個“天文量級”的工程。所以早在1997年，國家就開始進行“高速鐵路深厚軟弱地基上橋梁基礎(chǔ)合理形式及設(shè)計研究”，采集了蘇錫常多地區(qū)的地質(zhì)鉆孔土樣，在試驗室內(nèi)反復(fù)模擬，收集了大量數(shù)據(jù)。因而到了實際建設(shè)過程中，這些過去積累的數(shù)據(jù)馬上就被應(yīng)用了起來，確保施工路上的每一處難題，都能被順利解決。

丹昆特大橋還有一段跨越了陽澄湖，這里是大閘蟹的產(chǎn)地。為了避免給水體造成污染，施工團隊采用了“筑壩圍堰”的施工方法——先在施工地點周圍打下鋼管，圍出一塊密封區(qū)域，保證內(nèi)外水體互相隔絕，然后將圍堰中的水抽干。這樣水下作業(yè)就變成了陸地作業(yè)，等到施工作業(yè)完成后，再將殘留在區(qū)域內(nèi)的污水、混凝土等工業(yè)垃圾統(tǒng)一運送到岸上處理，確保對環(huán)境的破壞最小。作為史無前例的世界第一長橋，丹昆特大橋在2011年正式開通，它承擔(dān)了京滬高鐵上每日數(shù)十萬人的出行。

1980年，“中國現(xiàn)代橋梁之父”茅以升在寫《橋的信仰》時說，我國的技術(shù)還落后國外先進水平一二十年，因此鼓勵后人，要奮起直追。近半個世紀過去了，正如他所說的那樣，我國的橋梁工作者奮起直追。不知不覺中，我們就已經(jīng)站在了世界的最前沿。 （責(zé)編：南名俊岳）

沉箱法

在沉箱自重加荷重的作用下，沉箱逐步下沉，至預(yù)定深度后，用混凝土填實工作室（沉箱），即為沉箱基礎(chǔ)。沉箱法在19世紀初就有了，1891年詹天佑在灤河鐵路大橋筑墩施工中即采用了“壓氣沉箱法”，解決了英、日、德工程師打樁法無法建設(shè)橋墩的難題。而1937年茅以升發(fā)明了現(xiàn)代沉箱法并在中國率先使用，用于錢塘江大橋的橋墩建設(shè)。雖然這種沉箱法為我國造橋業(yè)作出了巨大的貢獻，但其本身也存在一定的危險性。在高壓環(huán)境下工作，對工人的身體會有很大的影響，一個工人每天最多只能在這樣的環(huán)境下工作2個小時，而長期處于高壓環(huán)境中，也可能會導(dǎo)致沉箱病，因此到了今天，這種方法已經(jīng)很少被使用了。