② 桥梁
进击的中国跨度

从西部高耸的高原山地

到东部广袤的丘陵平原

中国的地势呈现明显的三级阶梯

发源自高原的河流顺势逐级而下

在上游劈开山体，形成崖壁陡峭的嶂谷

嶂谷拓宽、加深，便形成典型的峡谷

到了下游，河流在平原上肆意冲刷

宽广的河道再次将大地遥遥分隔

而在海岸线一带，群岛破碎，海湾广阔

太多的天堑阻碍着人们的交通和交流

人们究竟该如何跨越这一切？

壹 架梁为桥

先民创造独木桥时，桥梁的历史便开始了。两墩架一梁，成了人类桥梁史上最简洁、最经典的造型，这便是“梁桥”。在木石架桥的时代，梁桥在我国的福建和广东地区十分流行，这里盛产的花岗岩，是建造石梁桥的绝佳材料。

随着炼钢法的成熟，崭新的桥梁时代来临。1874年，世界第一座以钢材为主体的桥梁在美国建成。但对当时的中国而言，钢桥是如此先进、如此昂贵，设计、建造、资金都只能依赖西方国家，基本上也只能用于铁路桥梁的建设。例如中国首座具有近代水平的钢桥——天津蓟运河桥（也有称“蓟运河铁路桥”），便是在十多年后的1888年，由英国人设计、比利时公司施工建成的。

直到1937年，杭州钱塘江大桥建成，我国才有了自行设计和建造的第一座公路铁路两用桥。然而，大桥通车后不到3个月，日本侵略者就攻陷了上海。为阻止日军经此快速运兵南下，设计大桥的茅以升先生不得不亲手将其炸毁，大桥沉入江中，直到16年后才完全修复 ，重新与世人见面。这座大桥的最大跨度 约为66米，相邻两墩上各架一梁，称为简支梁桥。

若要进一步提高跨度，这种桥梁就必须进化，连续梁桥由此诞生。这是一种“多墩架一梁”的桥，其梁体连续不间断，前后的弯曲互相约束，因此桥身难以被“折断”。我国最早跨越长江的桥梁——武汉长江大桥、重庆白沙沱长江大桥、南京长江大桥等，均采用连续梁结构。其中，武汉长江大桥是中国第一座跨越长江的现代化桥梁，人称“万里长江第一桥”。它的最大跨度达128米，正所谓“一桥飞架南北，天堑变通途”。而建成于11年后的南京长江大桥，则是长江上第一座完全由中国人自行设计、建造的大桥，最大跨度为160米。

除了钢桥的突破，另一种技术也在我国被普及。它的原理十分巧妙，人们在混凝土中置入预先被拉伸的钢筋，钢筋如同被拉开的弹簧，自带强烈的“收缩欲望”。利用这种“内力”去平衡外力，梁体便能承受比原先更大的荷载，从而可以支持更大的跨度，这就是预应力混凝土技术。相比昂贵的钢铁，钢筋混凝土显然成本更低。于是在预应力混凝土技术的“加持”下，公路桥梁如雨后春笋般出现，纷纷登上历史舞台。

时至今日，各类梁桥的应用已十分广泛，甚至形成标准组件，可以在工厂制造、现场组装。虽然它的单跨跨度有限，但梁与梁前后相接，便可横贯江河，跨越海湾，甚至绵延100多千米，彻底取代路面。

贰 似梁非梁

在生活中，有一种极为“低调”的桥，从外表上看与梁桥十分相似，而实际上它具有截然不同的力学特征，需要更为复杂的设计和计算，这就是“刚构桥”。

刚构桥的桥墩和梁体之间，不再需要支座支撑，而是成为一个整体，它们“同甘共苦”，共同抵抗梁体的弯曲。这就意味着，刚构桥能够支持更大的桥梁跨度，或可建造更加轻薄的桥面。尤其是结合预应力混凝土技术的连续刚构桥，这种1988年才第一次在国内应用的新桥型，兼顾跨度需求和行车体验，数年间便风靡大江南北。

美中不足的是，刚构桥对温度变化较为敏感。当温度变化时，如果桥墩过于“倔强”，便会“束缚”住梁体，令梁体的伸缩变形无法得到释放，最终可能导致梁体弯曲。但这难不倒机智的工程师们，他们为刚构桥设计了更高的桥墩，让它变得“柔软灵活”，从而更好地释放梁体变形产生的压力。在高山峡谷地带，这种高桥墩再合适不过了。于是，众多高大巍峨的桥梁在山谷间拔地而起，桥墩从桥面直插谷底，通行其上仿佛腾云驾雾。

不过，在平原的大江大河之上，高耸入云的桥墩便没有了用武之地。为降低桥梁高度，同时保证桥墩的柔性，则需要为墩柱“瘦身”，如双肢薄壁墩、V形墩、Y形墩等；或是采用全新的桥墩形态，如人形墩、A形墩等。然而，在桥梁建造实践中，桥墩要薄，桥梁要稳，成本要低，三者互相制约，因而跨度超过300米的刚构桥屈指可数。

尽管如此，还是有敢于突破者。2006年建成的重庆石板坡大桥复线桥，为给长江江面预留充分的航行空间，其最大跨度达到330米，一举成为世界上跨度最大的预应力混凝土连续刚构桥。

而紧靠它身旁的，就是长江上游的第一座公路桥梁——重庆石板坡长江大桥，这是一座最大跨度为174米的T型刚构桥。尽管当年“全民建桥”的盛大场景已成往事，但如今新老两桥并驾齐驱，人们据此仍可看到时代变迁的痕迹。

叁 长虹卧波

至此，从峡谷到平原，从江河到海峡，似乎都已被中国人跨越，但实际上这还远远不够。面对陡峭的崖壁、湍急的水流或是桥下交通的需要，竖直的桥墩已然无处安放，人们需要一种一跨而过的桥梁，比如“拱桥”。

中国人对拱桥再熟悉不过了。被写进小学课本的赵州桥，建于1400余年前，纵然经历了历史上的战争、洪涝、地震等，其主体结构依然完好，堪称“世界桥梁艺术的典范”。拱桥的形象更是深入人心，不仅成为我国古典园林的标配，也是诗词歌赋中的经典意象：

长桥卧波，未云何龙；复道行空，不霁何虹。（引自杜牧《阿房宫赋》）

在一座现代拱桥中，根据桥面与主拱拱圈的相对位置，可分为上承式、中承式和下承式拱桥。其中的“拱”结构，在自重和桥面荷载的作用下，将向两端底座释放“张力”。这意味着两端的底座不仅要在竖向上托起桥身，还必须提供横向的推力。正是这样的推力，牢牢抵抗住“拱”的变形，从而提高了拱桥的跨越能力。这是拱桥独特的优势，也是拱桥面临的挑战。

若遇上脆弱的岩石和松软的地基，两端底座便无法提供足够的支撑力。此时，为了满足桥梁跨度，工程师们只能尽量减轻桥梁自重，利用更加“骨感”的外形，以保持底座的稳定。例如由我国首创的混凝土桁（héng，桥梁界业内也读作háng）架拱桥，其纤细的预应力混凝土骨架让桥身变得轻盈，最大跨度可达330米。不仅如此，在中承式和下承式拱桥中，工程师们还能在拱和梁的交点间固定一“系杆”，以其拉力代替两端底座的推力，是为“系杆拱”。而如果这些系杆足够“强硬”、不易弯折，甚至还能帮助拱结构共同承受桥面的荷载。但无论采取哪种方式，系杆的存在都能让拱桥的底座不再需要提供横向的推力，使之对地形的适应性大为提高。

随着混凝土拱桥达到跨度极限，一种新的拱桥后来居上。工程师们将混凝土填充在钢管中，令其获得一层“保护壳”，这会比普通混凝土更加坚固牢靠。同时，钢管本身便可作为施工骨架，不必另行搭建施工时的拱架和混凝土浇筑的模板，大大降低了拱桥的修建难度。于是，这种“N全其美”的钢管混凝土拱桥，一时间成了拱桥圈的宠儿。更有甚者，以填充完毕的钢管为骨架，在外层再包裹混凝土，由此演变为一种“硬骨头拱桥”，即劲性骨架混凝土拱桥，如今这种拱桥的跨度已突破400米。

自1993年起，我国的粗钢产量跃居世界首位，桥梁建设逐渐走出了“舍不得用钢”的时代，钢拱桥随之崛起。它们可与桁架、刚构等多种结构进行组合，建造效率和跨越能力大幅提高，不仅创造了一个又一个工程奇迹，而且以其柔美的造型装点着一个又一个城市的风景。

如今，拱桥的跨度已达575米 ，而接下来登场的角色，将帮助中国人突破1000米的跨度大关。

肆 钢铁琴弦

早在20世纪80年代末，上海浦东还没有林立的高楼，黄浦江两岸相隔近400米，摆渡是来往通行的唯一途径。随着上海的发展，修建一座跨江大桥成为大势所趋。然而在当时的中国，还从未有桥梁达到如此跨度。

即使艰难如此，同济大学的李国豪校长和项海帆教授依然力主自行建造这座“黄浦江第一桥”。项海帆教授在给上海市市长的信中写道：

上海是我国的东大门，黄浦江大桥应成为上海市的标志传名于世。建造黄浦江大桥不但是1000万上海人民的夙愿，也是上海桥梁工程界的梦想，在学校我们也一直以此激励桥梁专业的学生们。

于是在1991年，以不到日本团队提出的原方案一半的造价，上海南浦大桥正式建成通车，开启了我国自主建设超大跨度桥梁的先河。这座大桥的两端伫立着两座约50层楼高的高塔，两塔与桥面以180根钢索相连，如同一根根倾斜的钢铁琴弦，是为“斜拉桥”。

大桥建成两年后，原班人马再次操刀，又一座跨越黄浦江的大桥——杨浦大桥横空出世，其跨度超过600米，一跃成为当时世界斜拉桥之最，和南浦大桥堪称“一时双璧”。

但对斜拉桥来说，这样的跨度仅仅是“牛刀小试”。由于根根拉索向上提拉，竭力阻止梁体向下弯曲，如同有了一个个“隐形桥墩”，极大地提高了桥梁的跨度潜力。加之工程材料和计算方法的革新，现代斜拉桥从诞生日起，仅用50余年时间，便完成了千米跨度的跨越。

不过，超大跨度的梁体也带来了巨大的自重，加上来往的车辆行人，以及猛烈的横风……这些荷载最终多由拉索向索塔传递，因此对斜拉桥而言，索塔至关重要，它必须格外稳定、格外坚固。不仅如此，索塔的配置也十分讲究，有时“一夫当关”，有时双塔并立，有时多塔排列……千姿百态的造型，彰显着大桥的艺术气质，堪称工程和艺术的完美融合。更重要的是，与生俱来的对称形态，让斜拉桥更容易实现“自锚” 。这在“无地可锚”的环境中独具优势，成为众多海湾大桥的符号。

然而，斜拉桥的跨度仍存在瓶颈。因为拉索角度倾斜，所以在竖直方向上提起横梁的同时，还必须沿着横梁产生水平方向的“分力”，称为“轴力”。当桥梁跨度延伸时，拉索势必增加，横梁承受的轴力也将逐渐累积，最终导致梁体不堪重负。

雪上加霜的是，当拉索越来越长、越来越倾斜时，巨大的自重将令其自身弯曲下垂，导致其难以拉起巨大的梁体。加之横风的影响和建造成本的限制，斜拉桥会逐渐达到跨度极限，可谓“成也斜拉索，败也斜拉索”。而要向2000米跨度发起冲击，只能指望最后一位选手。

伍 跨度王者

我国西南地区，地形崎岖，河谷纵横，现代桥梁出现以前，人们只能依靠原始而简易的方式跨越障碍。最“简陋”时，只有一根孤独的溜索，略为“先进”的，则是索桥或吊桥。它们的建造者和使用者一定都想象不到，这种桥梁类型会在今天达到1700米的跨度 ，成为桥梁界的王者，这就是现代悬索桥。高耸的桥塔、弯曲的主索、坚实的锚碇，组成了它最基本的承重体系，也是它最鲜明的外形特征。

和古老的索桥不同，现代悬索桥拥有格外坚韧的主缆。以位于贵州的坝陵河大桥为例，其主缆以直径5.20毫米的高强钢丝为基本材料，91根为一束，208束为一缆，双缆并行，足以承载近万吨的钢梁。

相比巨大的梁体，桥上车马行人的载重显得微不足道，因此桥面不再因外力而上下波动，颠簸晃荡的索桥成为历史。即便主梁跨度较小、自重较轻，桥面载重不能被忽略，工程师们通过加设“加劲梁”，便能避免梁体上下弯曲。

尽管悬索桥和斜拉桥都是索桥，但悬索桥的吊索垂直于桥面，无论其跨度多大，都不会产生挤压梁体的水平轴力。根据学者们的推算，悬索桥的跨度至少能达到5000米，实在令人咋舌。正因为有这种跨越的能力，在今天，无论是大江大河，还是高山峡谷，抑或是岛屿海峡……许多难以逾越的天险都被悬索桥一一征服。

回顾中国桥梁的建造历史，我们曾领先于世界，也曾落后于他人。虽然充满坎坷和波折，科学家和工程师们却从未停下脚步。近百年来，他们不断突破地理、地质、技术、成本等条件限制，即便在一穷二白的年代里，也能创造出新的技术，实现一次又一次跨越。

正因如此，今天的中国大地上，仅公路桥梁就已超过91万座，高铁桥梁达1万余座。它们跨越高山大川，连通城镇村庄，共同组成了一座广袤国土上的“桥梁博物馆”。