中國跨度
文 | 楨公子
謹以此文
向中國所有橋梁工作者致敬
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
在上遊「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
到了下遊
河流在平原上肆意衝刷
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
群島破碎、海灣廣闊
▼浙江舟山衢山島，攝影師@王會超
太多的天塹
阻擋著人們的交通、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
架梁為橋
當先民創造獨木橋時
最早的橋便出現了
兩墩架一梁
成為了人類橋梁史上最簡潔、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
這裡盛產堅硬的花崗巖
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
隨著現代煉鋼法的成熟
嶄新的橋梁時代來臨
1874年的美國
世界第一座以鋼為主體的橋梁落成
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
不得不親手將其炸毀
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梁
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梁
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梁，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「收縮欲望」
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
大量公路橋梁如雨後春筍
紛紛登上歷史舞臺
▼鋼筋混凝土橋梁在公路中十分常見，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
▼金麗溫高速，以橋代路的總裡程超過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
需要更複雜的設計和計算
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
這就意味著
在橋墩的協助下
橫梁變得更加「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梁拔地而起
其橋墩從橋面直入谷底
通行其上仿佛騰雲駕霧
▼湖北省境內滬渝高速，連綿的剛構橋穿越高山峽谷，直通遠方的四渡河大橋。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
為了降低橋梁高度同時保證橋墩柔性
則需要為墩柱進行「瘦身」
▼浙江省溫州甌越大橋，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、橋梁要穩、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
長虹臥波
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@柴峻峰
對於中國人來說
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
堪稱世界橋梁藝術的典範
▼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
不僅是古鎮園林裡的標準印記
也成為詩詞歌賦中的經典意象
▼引自杜牧《阿房宮賦》
長橋臥波，未云何龍；復道行空，不霽何虹。
時至今日
我國超過一半的公路橋梁都是拱橋
其中仍保留著最傳統的石拱橋
▼山西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託起橋身
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
若遇上脆弱的巖石、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梁自重
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@潘銳之
隨著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，廣西的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
橋梁建設逐漸走出了「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
裝點著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
鋼鐵琴弦
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
還從未有橋梁達到如此跨度
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，也是上海橋梁工程界的夢想，在學校我們也一直以此激勵橋梁專業的學生們。
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
開啟了我國自主建設超大跨度橋梁的先河
▼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
佇立著兩座約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弦
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
但對於斜拉橋來說
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」
極大地提高了橋梁的跨度潛力
▼敲黑板：斜拉橋的拉索可以抵抗橫梁彎曲。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，是一座三塔雙索麵斜拉橋，攝影師@陶進
其千姿百態的造型
極盡彰顯著大橋的藝術氣質
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·海登獎的創新橋梁。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，直接錨固在自身橫梁上；下圖為港珠澳大橋中的兩座斜拉橋。攝影師@黃昆震
然而
即便拉索能提起橫梁
卻也因其角度傾斜
沿著橫梁方向產生水平的「軸力」
隨著跨度延伸，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：擠壓橫梁的軸力，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梁
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
現代橋梁出現以前
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@柴峻峰
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
一定都想像不到
這種橋會在今天達到1650米的跨度
成為橋梁界的王者
▼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梁
▼壩陵河大橋，攝影師@李貴雲
相比巨大的橫梁
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
即便橫梁跨度較小、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」
避免橫梁上下彎曲
▼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梁
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@柴峻峰
這也是為何眾多難以逾越的天險
都被懸索橋一一徵服
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
▼湖北四渡河大橋，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
回顧中國橋梁的歷史
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
僅公路橋梁就已超過80萬座
高鐵橋梁總長達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「橋梁博物館」
▼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《橋梁漫筆》，項海帆等《中國橋梁史綱》，項海帆等《中國橋梁概念設計》，茅以升《橋梁史話》等