橋橋橋橋橋橋橋橋橋——中國跨度_風聞

中國跨度

文 | 楨公子

謹以此文

向中國所有橋樑工作者致敬

一張中國地形圖置於眼前

鮮明的海拔差異躍然紙上

從西部高聳的高原山地

到東部廣袤的丘陵平原

科學家們將其劃分為“三級階梯”

▼中國地形的三級階梯，製圖@張靖/星球研究所

發源自高原的河流

順勢逐級而下

在上游“劈開”山體

形成崖壁陡峭的嶂谷

▼馬嶺河峽谷，攝影師@笑飛雪

或是經過長期侵蝕

形成更為寬闊的峽谷

▼瀾滄江大峽谷，攝影師@李珩

到了下游

河流在平原上肆意沖刷

寬廣的河道將陸地徹底分隔

▼杭州三江口，從左至右依次是浦陽江、富春江和錢塘江，攝影師@潘勁草（請橫屏食用）

而在海岸線

羣島破碎、海灣廣闊

▼浙江舟山衢山島，攝影師@王會超

太多的天塹

阻擋着人們的交通、交流

甚至出路

▼被高山圍困的村莊，攝影師@李一鳴

人們究竟該如何

才能跨越這一切？

I

架樑為橋

當先民創造獨木橋時

最早的橋便出現了

兩墩架一梁

成為了人類橋樑史上最簡潔、最經典的造型

是為“梁橋”

▼敲黑板：梁橋和跨度，製圖@張靖/星球研究所

在木石架橋的時代

梁橋在我國粵閩地區盛極一時

這裏盛產堅硬的花崗岩

是打造石樑橋的絕佳材料

▼福建泉州洛陽橋，我國現存最早的跨海石樑橋，建於北宋；其用養殖牡蠣固定基座的方法可稱創舉，攝影師@霧雨川

隨着現代鍊鋼法的成熟

嶄新的橋樑時代來臨

1874年的美國

世界第一座以鋼為主體的橋樑落成

而中國首座具有近代水平的鋼橋問世

則是10多年以後的事兒了

然而對於當時的中國而言

鋼橋是如此先進、如此昂貴

基本只能用於鐵路建設

設計、建造、資金也只能依靠西方國家

直到1937年

杭州錢塘江大橋落成

我國才有了自行設計建造的第一座公鐵兩用橋

只是大橋通車後不到3個月

日本便攻陷上海

為了阻止敵軍經此渡江

設計大橋的茅以升先生

不得不親手將其炸燬

大橋從此沉入江中

直到16年後才重新與世人見面

▼於1953年恢復通車的錢塘江大橋，攝影師@朱露翔

這座大橋最大單跨約66米

相鄰兩墩上各架一橫樑

稱為簡支梁橋

而若要進一步提高跨度

這種橋必將面臨一場進化

於是連續梁橋誕生了

這是一種“多墩架一梁”的橋

由於梁體連續不間斷

前後的彎曲可以互相約束

想被“折斷”就沒有這麼容易了

▼製圖@張靖/星球研究所

我國最早跨越長江的橋樑

武漢、重慶白沙沱和南京長江大橋

均以連續梁結構建設

其中的南京長江大橋

最大單跨達160米

由我國完全獨立設計建造

正所謂“一橋飛架南北，天塹變通途”

▼1968年，南京長江大橋落成，是長江上第一座由我國自行設計建造的橋樑，攝影師@艾小龍

而除了鋼橋的突破

另一種新技術也在我國逐漸普及

它的原理十分巧妙

在混凝土中置入預先被拉伸的鋼筋

鋼筋如同被拉開的彈簧

自帶強烈的“收縮慾望”

若利用這種“內力”去平衡外力

梁體便能承受比原先更大的荷載

從而支持更大的跨度

這就是預應力混凝土技術

▼製圖@張靖/星球研究所

相比昂貴的鋼鐵

鋼筋混凝土顯然要便宜多了

於是在預應力技術的加持下

大量公路橋樑如雨後春筍

紛紛登上歷史舞台 

▼鋼筋混凝土橋樑在公路中十分常見，下圖為連霍高速寶雞-天水段，攝影師@石耀臣

時至今日

梁橋的應用依然十分廣泛

甚至已形成標準組件

可以工廠製造、現場組裝

即便其單跨跨度有限

但前後彼此相連

亦可如同逶迤蜿蜒的巨龍

橫貫江河

▼橫跨青海沱沱河的兩款梁橋，遠處是青藏鐵路長江源特大橋，由42跨組成，每跨32米；近處的是沱沱河公路橋。攝影師@姜曦

跨越海灣

▼山東青島海灣大橋的一部分，中國首座“海上立交”，連續梁結構。攝影師@添小天

甚至徹底取代路面

▼金麗温高速，以橋代路的總里程超過70千米。攝影師@陳益科

II

似梁非梁

但是，不要“以貌取橋”哦

有一種極為低調的橋

從外表上看

會被絕大多數人認為是梁橋

但實際上卻具有截然不同的力學特徵

需要更復雜的設計和計算

這就是**“剛構橋”**

（沒聽過就對了，不然怎麼叫低調）

▼敲黑板：剛構橋墩梁一體，無縫銜接。製圖@張靖/星球研究所

由於橋墩和梁成為一個整體

它們終於可以“同甘共苦”

共同抵抗梁體的彎曲

▼製圖@張靖/星球研究所

這就意味着

在橋墩的協助下

橫樑變得更加“堅強”

可以承受更大的跨度

或是選擇更輕薄的橋面

▼身形苗條的臘八斤溝特大橋在溝谷中穿行而過，其最高墩182.5米，在貴州赫章特大橋落成前曾是“亞洲第一高墩”。攝影師@姜曦

尤其是連續剛構橋

這種90年代才在國內推廣的新橋型

兼顧跨度需求和行車體驗

數年間便風靡大江南北

▼貴州省六廣河大橋，連續剛構結構，主跨240米。攝影師@李琦

但美中不足的是

這種橋對熱脹冷縮十分敏感

如果橋墩過於“倔強”

梁體則無法放飛自我

最終導致變形或彎曲

但這難不倒機智的工程師們

他們為剛構橋設計了更高的橋墩

讓其變得“柔軟靈活”

▼製圖@張靖/星球研究所

特別在高山峽谷地帶

這種高橋墩再合適不過了

於是眾多高大巍峨的橋樑拔地而起

其橋墩從橋面直入谷底

通行其上彷彿騰雲駕霧

▼湖北省境內滬渝高速，連綿的剛構橋穿越高山峽谷，直通遠方的泗渡河大橋。攝影師@文林

不過

世事福兮禍兮、是也非也

從來沒有絕對的標準

在平原大江大河之上

高聳入雲的橋墩已無用武之地

為了降低橋樑高度同時保證橋墩柔性

則需要為墩柱進行“瘦身”

▼浙江省温州甌越大橋，主跨採用扁平的薄壁墩。攝影師@倪前輝

或是採用全新的橋墩形態

▼浙江省千島湖大橋，是一座V型橋墩的斜腿剛構橋。攝影師@姚朝輝

然而

橋墩要薄、橋樑要穩、成本還要低

三者互相制約

讓跨度超過300米的剛構橋屈指可數

儘管如此

2006年建成的重慶石板坡大橋複線橋

單跨已達到330米

為長江江面預留了充分的航行空間

一舉成為世界上跨度最大的連續剛構橋

▼重慶石板坡大橋複線橋。攝影師@鬼跡（請橫屏食用）

而它身旁

就是我國第一座跨越長江的公路大橋

重慶長江大橋（石板坡長江大橋）

儘管當年“全民建橋”的盛大場景已成往事

但新老兩橋並駕齊驅

讓人們透過近40年的歲月

還能看到些許時代變遷的痕跡

▼左側為老橋，右側為新橋。攝影師@重慶火鍋823

III

長虹卧波

至此

從峽谷到平原

從江河到海峽

似乎都已被中國人跨越

但實際上還遠遠不夠

面對陡峭的崖壁、湍急的水流

或是橋下交通的需要

豎直的橋墩已然無處安放

人們需要一種一跨而過的橋型

比如**“拱橋”**

▼一跨而過的金沙江特大橋，左側是四川，右側是雲南，攝影師@柴峻峯

對於中國人來説

拱橋再熟悉不過了

被寫進小學課本的趙州橋

建於1400餘年前

縱然幾度經歷洪澇、地震

其主體結構卻依然完好

堪稱世界橋樑藝術的典範

▼趙州橋，跨度約37米，攝影師@石耀臣

而拱橋的形象更是深入人心

不僅是古鎮園林裏的標準印記

也成為詩詞歌賦中的經典意象

▼引自杜牧《阿房宮賦》

長橋卧波，未云何龍；複道行空，不霽何虹。

時至今日

我國超過一半的公路橋樑都是拱橋

其中仍保留着最傳統的石拱橋

▼河南祥雲湖壩上的石拱橋。攝影師@寒冰

“拱”結構的張力

要求兩端底座不僅要向上托起橋身

還必須提供橫向的推力

也正是這樣的推力

牢牢抵抗住“拱”的變形

從而提高了拱橋的跨越能力

▼敲黑板：拱橋的三種類型。製圖@張靖/星球研究所（左右滑動觀看）

這是拱橋獨特的優勢

也是拱橋面臨的挑戰

若遇上脆弱的岩石、鬆軟的地基

兩端支座便無法獲得如此有力的支撐

此時只能儘量減輕橋樑自重

利用更加“骨感”的外形

保持支座的穩定

例如由我國首創的桁(héng)架拱

纖細的混凝土骨架讓橋身更加輕盈

最大跨度可達到330米

▼貴州省江界河大橋，為混凝土桁架拱橋跨度的世界之最。攝影師@李貴雲

或是在拱、梁交點間固定一“系杆”

以其拉力代替支座的推力

是為“系杆拱”

▼製圖@張靖/星球研究所

▼武漢晴川橋，漢江兩岸地基較為鬆軟，適宜使用系杆拱。攝影師@潘鋭之

隨着普通混凝土拱橋達到跨度極限

又一種新橋型再次後來居上

工程師們將混凝土填充在鋼管中

令其獲得一層“保護殼”

因而比普通混凝土更加堅固牢靠

同時鋼管亦可作為施工骨架

大大降低了拱橋的修建難度

於是這種“N全其美”的鋼管混凝土拱橋

一時間成了拱橋圈的寵兒

▼柳州文惠橋，廣西省第一座中承式鋼管混凝土拱橋；其實之前出現的晴川橋也是鋼管混凝土拱橋。攝影師@梁炳全

更有甚者

以填充完畢的鋼管為骨架

於外層再次包裹混凝土

則演變為一種“硬骨頭拱橋”

即勁性骨架混凝土拱橋

如今這種橋型跨度已突破400米

▼滬昆高鐵北盤江特大橋，位於貴州北盤江峽谷深處，跨度445米。攝影師@王璐

自1993年起

我國粗鋼產量躍居世界首位

橋樑建設逐漸走出了“捨不得用鋼”的時代

鋼拱橋也隨之崛起

創造了一個又一個工程奇蹟

▼南京大勝關長江大橋，6條軌道可同時通過京滬高鐵、滬蓉快車和南京地鐵。攝影師@艾小龍

並以其柔美的造型

裝點着一個又一個城市的風景

▼廣州新光大橋。攝影師@RUIZ

▼上海盧浦大橋，黃浦江第一座拱橋。攝影師@張揚的小強

如今

拱橋的單跨跨度已達到552米

甚至超過了一個躺倒的“中國尊”

▼重慶朝天門長江大橋，鋼桁架拱橋，世界拱橋跨度之最。攝影師@鬼跡

而接下來登場的角色

即將幫助中國人突破1000米跨度大關

IV

鋼鐵琴絃

早在30年前

上海浦東還沒有林立的高樓

市區黃浦江兩岸相隔近400米

擺渡仍是來往通行的唯一途徑

一座跨江大橋成為大勢所趨

然而在當時的中國

還從未有橋樑達到如此跨度

即便難度可想而知

同濟大學的李國豪校長和項海帆教授

依然力主自行建造這座**“黃浦江第一橋”**

在項教授給市長的信中寫道

▼引自項海帆教授給的信件

上海是我國的東大門，黃浦江大橋應成為上海市的標誌傳名於世。建造黃浦江大橋不但是1000萬上海人民的宿願，也是上海橋樑工程界的夢想，在學校我們也一直以此激勵橋樑專業的學生們。

1991年

以不到原方案一半的造價

上海南浦大橋正式落成通車

開啓了我國自主建設超大跨度橋樑的先河

▼南浦大橋，上海市區的“黃浦江第一橋”，跨度423米。攝影師@一乙

這座大橋兩端

佇立着兩座約50層樓高的高塔

兩塔與橋面間以180根鋼索相連

如同一根根傾斜的鋼鐵琴絃

是為**“斜拉橋”**

▼斜拉索示意。攝影師@王棟

大橋建成後兩年

原班人馬再次操刀

楊浦大橋橫空出世

其跨度超越600米

一躍成為當時世界斜拉橋之最

和南浦大橋堪稱一時雙璧

▼楊浦大橋，跨度602米。攝影師@呂威

但對於斜拉橋來説

這樣的跨度僅僅是“小試牛刀”

根根拉索向上提拉

竭力阻止梁體向下彎曲

如同有了一個個“隱形橋墩”

極大地提高了橋樑的跨度潛力

▼敲黑板：斜拉橋的拉索可以抵抗橫樑彎曲。製圖@張靖/星球研究所

加之工程材料和計算方法的革新

現代斜拉橋從誕生起

僅用了50餘年時間

便完成了1000米的跨越

▼香港昂船洲大橋，原計劃是第一座突破千米跨度的斜拉橋，後被江蘇省蘇通大橋超越。圖片來源@圖蟲創意

但超大的跨度帶來了巨大的自重

還有來往的車輛行人、猛烈的橫風

這些荷載多由拉索向索塔傳遞

因此對於斜拉橋

索塔至關重要

它必須格外穩定、格外堅固

▼製圖@張靖/星球研究所

不僅如此

索塔的配置也十分講究

有時如“一夫當關”

▼山西省仙神河大橋，是一座獨墩矮塔斜拉橋，攝影師@鄧國暉

有時雙塔並立

▼海南省世紀大橋，雙塔呈鑽石形，攝影師@劉雅彬

有時多塔並舉

▼武漢二七長江大橋，是一座三塔雙索麪斜拉橋，攝影師@陶進

其千姿百態的造型

極盡彰顯着大橋的藝術氣質

堪稱工程和藝術的完美融合

▼南京眼，兩座拱形門斜塔十分獨特，是我國第一座獲得阿瑟·海登獎的創新橋樑。攝影師@何小清

更重要的是

與生俱來的對稱形態

讓斜拉橋更容易實現“自錨”

這在“無地可錨”的環境下得天獨厚

逐漸成為眾多海灣大橋的符號

▼自錨是指拉索不需額外錨碇，直接錨固在自身橫樑上；下圖為港珠澳大橋中的兩座斜拉橋。攝影師@黃昆震

然而

即便拉索能提起橫樑

卻也因其角度傾斜

沿着橫樑方向產生水平的“軸力”

隨着跨度延伸，拉索勢必增加

於是這種軸力逐漸累積

直到梁體不堪重負

▼敲黑板：擠壓橫樑的軸力，製圖@張靖/星球研究所

雪上加霜的是

當拉索越來越長、越來越傾斜

巨大的自重令其彎曲下垂

再難以緊緊拉住龐大的橫樑

加之橫風、成本等影響

斜拉橋將逐漸達到跨度極限

可謂是**“成也斜拉索，敗也斜拉索”**

▼江蘇省蘇通長江大橋，跨度1088米，是我國已建成斜拉橋的跨度之最。圖片來源@VCG

而要向2000米跨度發起衝擊

只能指望最後一位選手了

V

跨度王者

在我國西南

地勢險峻、水流洶湧

現代橋樑出現以前

人們只能依靠原始而簡易的方式出行

最“簡陋”時，只有一根孤獨的溜索

▼金沙江上空260米，一條運行了近20年的溜索，位於雲南省巧家縣鸚哥村，攝影師@柴峻峯

略為“先進”的，則成為索橋或吊橋

▼新疆葉爾羌河上，一座簡單的索橋，攝影師@小強先森

但它們的建造者、使用者

一定都想象不到

這種橋會在今天達到1650米的跨度

成為橋樑界的王者

▼西堠門大橋，浙江舟山連島工程的一部分，跨度1650米，是我國已建成跨度最大的橋。攝影師@鄔濤

這就是現代懸索橋

高聳的橋塔、彎曲的主纜、堅實的錨碇

組成了它最基本的承重體系

也是它最鮮明的外形特徵

▼製圖@張靖/星球研究所

和古老的索橋不同

現代懸索橋擁有格外堅韌的主纜

以位於貴州的壩陵河大橋為例

主纜以直徑5.25毫米的高強鋼絲為基本材料

91根為一束

208束為一纜

雙纜並行

足以承載近萬噸的鋼樑

▼壩陵河大橋，攝影師@李貴雲

相比巨大的橫樑

橋上往來的車馬行人則顯得微不足道

於是橋面不再因外力上下波動

柔軟難行的索橋已然成為歷史

即便橫樑跨度較小、自重較輕

橋面來往通行的載重不能被忽略時

工程師們依然可以通過加設“加勁梁”

避免橫樑上下彎曲

▼加勁梁有多種，下圖僅為其中一種的簡單示意，製圖@張靖/星球研究所

儘管懸索橋和斜拉橋都是“索”橋

但懸索橋的吊****索垂直於橋面

因而無論跨度多長

都不會產生軸向力擠壓橫樑

根據學者們的推算

懸索橋的跨度至少能達到5000米

實在令人咋舌

▼相較於拱橋，懸索橋的跨度增長十分明顯。攝影師@柴峻峯

這也是為何眾多難以逾越的天險

都被懸索橋一一征服

不論是大江大河上

▼武漢鸚鵡洲長江大橋，三塔四跨橫貫長江。攝影師@田春雨

高山峽谷中

▼湖北泗渡河大橋，跨越恩施武陵山脈V型谷，橋面高度560米，在雲南尼珠河大橋落成前，為世界第一高橋。攝影師@在遠方的阿倫

還是海峽兩岸間

▼香港青馬大橋，以1377米跨度穿越海峽，是連接香港機場和市區的主要通道。攝影師@Kenny

回顧中國橋樑的歷史

我們曾遙遙領先於世界

卻也曾遠遠落後於他人

雖然充滿了坎坷和波折

但科學家和工程師們卻從未停下腳步

在重重困難下

他們不斷突破各種限制條件

包括跨度、載重、水深、基礎、橋墩、地理、地質…

即便在一窮二白的困難年代

也能創造出新的技術

實現一次又一次的跨越

▼深圳北外環正在施工的公路橋。攝影師@黃猛

也正因如此

今天的中國大地上

僅公路橋樑就已超過80萬座

高鐵橋樑總長達1萬餘千米

它們跨越高山大川、連通城鎮村莊

共同構成了一座

960萬平方千米的“橋樑博物館”

▼梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋以及剛構結構同框出鏡，拍攝於武漢。攝影師@陶進（請橫屏食用）

P.S. 本文主要參考文獻包括：萬明坤等《橋樑漫筆》，項海帆等《中國橋樑史綱》，項海帆等《中國橋樑概念設計》，茅以升《橋樑史話》等

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