武汉长江大桥设计和施工的先进性 [复制链接]

第2版()
专栏：

武汉长江大桥设计和施工的先进性
武汉长江大桥技术顾问委员会主任委员　茅以昇
中国的桥梁建筑在全世界桥梁建筑史上有过极其光荣的历史。在一千三百五十多年以前完成而一直使用到现在的河北赵州桥，就是一个最杰出的例子。这是个净孔长达三十七公尺的石拱桥；在这个桥的大拱上面，还立着四个小拱，不但减轻了桥重，而且还加速过水。像这样科学化的设计，在欧洲是迟至九百年以后才有的。我国是个多桥的国家，不但形式多而且分布很广。在各省的地方“志书”中，都记载有当地历代建筑的桥梁。它们数量大（如江苏苏州一府，据江南府县志载，就有三百九十七座桥梁），质量也高（如福建泉州漳州两地的许多大桥，包括著名的洛阳桥）。这些都说明我国广大的劳动人民，在他们工艺上技术的卓越和非凡的创造性。但是桥梁技术的发展是决定于建筑材料和施工机具的。在我国科学和工业的长期落后的情况下，桥梁事业也就不可能单独地发展。到了近代，受了“欧风东渐”的影响，才有了所谓近代桥梁的产生。这些近代桥梁，就是用新式材料和新式机具所造成的。我国劳动人民在有了新式材料和新式机具以后，造桥的智慧和才能有了进一步的发展，特别是在中华人民共和国成立以后，中国的桥梁技术就进入一个新阶段，武汉长江大桥的建设，就是技术上飞快进步的代表。
中国的近代桥梁是随着各国帝国主义对中国的侵略而俱来的，它首先出现在所谓外国的“租界”和外国“投资”的铁路上，其后才在我国自己修造的铁路、公路上推广起来。按时间的先后，这些桥梁中比较大的铁路桥有京山线的滦河桥、京汉线的黄河桥、津浦线的淮河桥和黄河桥等。公路桥有江西的赣江桥，湖南的能滩桥，河南的洛河桥，云南的澜沧江桥，四川的大渡河桥，贵州的乌江桥等。城市中的桥梁有上海的外白渡桥，兰州的黄河桥，天津的万国桥，南京的中山桥，广州的珠江桥等。铁路公路城市联合桥有杭州的钱塘江桥。这些桥梁都是在解放以前完成的，这些桥的修建都同各国帝国主义有不同程度的关系，有的是完全由它们一手包办的，有的是根据设计由它们承包全部或一部分工程的，但它们都是用了外国材料、外国机具，没有一个是完全依靠中国自己的人力、物力、财力而修建成功的。这些桥同我国旧有的桥相比，在科学技术上有了进步；但是由于外国桥梁“投资”的垄断或侵略影响，其技术标准非常混乱，不但在过去造成了养护维修的困难，而且直到今天还在技术改造的问题上给我们带来了重重障碍。因此，这些原有的近代桥梁，除去个别设计或施工还有它一定价值外，总的说来，都是沿袭外国成果，并没有对桥梁技术作出如何重大的贡献。
武汉长江大桥和上述的许多座桥不同，它不但在建筑规模和技术复杂上远远超过了任何一个中国近代的桥梁，而且在设计施工和一切技术设施上都表现出它在科学技术上的先进性。即使规模较大的津浦铁路黄河桥和杭州钱塘江桥，也都无法同武汉长江大桥相比。
一个桥梁的先进性，主要表现在它的结构形式的适用、经济和美观以及它施工方法的好、快、省和安全。从地形地质水文等自然条件来看，在武汉长江上修桥是比在黄河或钱塘江上修桥困难得多。同时武汉长江大桥的规模巨大，桥上要通过双线铁路、六排汽车道和四排人行道，桥下还要在高水位时通过十几公尺高的大轮船；比黄河桥和钱塘江桥的规模要大得多。因此，要在一切技术设施中采用科学技术上的最新的成就，来发挥人力、物力和财力的最大效果。
当然，仅仅从桥的规模大小或施工难易的情况还不足衡量它的优越性，还要看它对这些问题是怎样解决的，用了多少代价，是否足以作为将来修桥的榜样，这才能在科学技术上给它一个正确评价，进一步促进我国桥梁事业的发展。让我们从这一个角度上来看长江大桥吧。
首先，武汉长江大桥的勘测设计是经过了长时期的最充分的准备工作的。拿地质钻探来说，自一九五○年起，工作了三年多，因而能对江底地质的全貌有周详的了解，选出最合适的桥址线。这是以前建筑任何桥梁的人所没有做到的。津浦铁路黄河桥就做得非常不够，钱塘江桥虽然做得多些，但钻孔总长度只及武汉长江大桥的五分之一。由于掌握了大量的地形地质水文气象等重要资料，长江大桥的设计和施工就有了高度科学性的理论根据。
修桥的最大困难在于建筑水下的桥墩基础，特别是在像武汉这样江面宽、风浪大，水深流急、雨多雾重的地方。必须充分了解一切有关的自然条件，才能针对这些条件，作出最合理的技术设计并提高施工机械化的程度，充分发挥劳动力的效果。武汉长江水深四十公尺，最高最低水位相差十九公尺，高水位时期每年持续八个月之久，江底泥沙覆盖层深浅不一，泥沙下面的岩盘地质又相当复杂，在这许多困难条件下来造桥，用一般的施工方法就会失去效用或太不经济或过于危险。黄河桥和钱塘江桥的桥墩建筑都采用了压气沉箱并在箱下打桩的办法。（压气沉箱是在水下挖土的一种设备，像一个有盖无底的箱子覆在江底泥沙上，箱盖上建筑桥墩。沉箱盖上有个圆筒伸出水面，从这圆筒内打入压缩空气就把沉箱里的水排出，让工人们经过圆筒下到沉箱内挖土，挖出的土也经圆筒运出，土越挖越深，箱子就慢慢下沉，箱盖上的桥墩也越筑越高。）但沉箱施工法有很多缺点。首先，工人们在高气压下工作是非常劳累和有损健康的，往往会得病。而且箱内容许工作的空气压力也是有限度的，如果水深超过三十七公尺，工人们就无法下去，这个方法就失效了。因此，长江大桥如用这个方法，每年就只能施工三个多月，显然是行不通的。再加沉箱法需要很多机具设备和大批专门技术的熟练工人，这样的工人在我国是不多的，这就会推迟开工日期。这些缺点在黄河桥和钱塘江桥都是很明显的，在武汉长江大桥就更难克服。因此，长江大桥就放弃了这个旧方法而创造出一种“管柱钻孔法”。这方法是：把很多直径同十二人吃饭用的圆桌面差不多大的空心圆形钢筋混凝土“管柱”沉到江底岩盘上，再在管内用大型钻机钻进岩盘，打出一个同管柱内径相等的孔，把这个孔连同上面空心的管柱全部用混凝土填满，使每个管柱成为一根深深嵌入岩盘的混凝土圆柱，然后再用一个直径比管柱大十倍的圆形“围堰”，把这许多“管柱群”围起来，并在围堰上下两头用混凝土把各管柱间的空隙填满，使这些管柱又联系成为一个庞大的圆柱，这就成为桥墩下部牢固的基础了。这种方法，使所有水下工作都由人在水面上操纵，不受水深的限制，不损害工人的健康，因而可以常年施工；所需机械设备，除去大型钻孔机外，都比较简单，因而可以提前开工。这就解决了长江大桥施工的特殊困难，还可缩短工期。现在，武昌汉阳间的江面上，已经有三个桥墩的基础工程，正在紧张施工，全部桥墩都可提前完工，在工程造价方面也有很大的节省。这是一个好、快、省和安全的施工方法。这个方法不但适用于像在武汉这样的大桥，如适当地改变管柱大小和对柱脚的处理，还可应用于其他大小桥梁。这个管柱钻孔法的关键在于如何穿过泥沙下沉管柱，如何在管内向岩盘上钻孔，以及如何在管内防止泥沙的涌入，以便在水中灌注混凝土。这些只有采用最新的科学技术才能做到，而这在长江大桥是已经试验成功。这是在苏联专家的创议和指导下，通过群众智慧，日夜辛勤劳动的结果。
一个桥梁的功用体现于安装在桥墩上面的结构上，它的形式、材料和制作都直接影响到桥梁的通车过船的能力和安全。一般永久性的桥梁结构都是用型钢或钢筋混凝土造成的。由于设计和制造不同，桥梁的经济价值，包括造价、维修和扩建等大有差别。津浦线黄河桥采用了两种不同的钢结构，除了九孔简支梁外，有三孔伸臂梁，中孔长达一百六十四公尺，伸臂梁的构造又特别复杂，实在没有必要，这样不但浪费了钢料而且增加了维修的困难。钱塘江桥采用了同跨度的十六孔简支梁的钢结构，但每孔跨度又嫌过小，因而桥墩过多，不但延长了工期，而且加大了成本。此外，上述两桥的钢梁结构都采用了截面复杂的杆件，也增加了制造和维修的费用。武汉长江大桥是采用了长跨度、等跨度的钢梁，每孔长度几乎等于钱塘江桥的两倍，因而桥墩较少，只及钱塘江桥的一半，这样便使钢梁和桥墩的造价平衡因而达到最经济最美观的目的。此外，长江大桥的钢梁还采用了三孔一联、三联九孔的办法，使一孔上的载重由其他两孔分担；每孔结构形式都一律用了“菱格桁架”，构成桁架的杆件都一律用同形状的截面；钢梁下层铺铁路，上层铺公路，公路路面同桁架“桥面系”结合成整体；铁路公路两旁都有人行道；钢梁两端斜杆上都设有扶梯，以便于登高检查或修理。所有以上这些设计，都是中国桥梁前所未有的，都是在服从适用、经济和美观的原则下创造出来的。
以上所说的桥墩构造和钢梁设计是对任何一个桥梁的评价的主要条件。在这两个主题上就看得到武汉长江大桥的先进性，在其他一切技术设施方面的优越性也就不言而喻了。