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[文化] 黄河老桥启示录——黄河上三座老铁桥的纵横观 [复制链接]

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yaqin 发表于 2018-4-8 11:03:56 |显示全部楼层 |          |
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20世纪的前20年内,在黄河中下游、上游,接连修建了三座大桥。那时候,清政府奄奄一息,国弱民穷,无奈之下,只得由外国公司来承包,让他们赚大钱,中国劳工卖命出苦力。这3座桥是——

郑州黄河铁路桥1905年建成,位于郑州北30公里处邙山头的平汉铁路上,长3015米,共有102孔,铁路单线,由比利时公司承包、做设计。

兰州黄河公路桥1909年8月建成,位于兰州市城关区,长243米,共有5孔。行车道宽6米,人行道2×1.18米,总宽8.36米,由德商承包,委托美国桥梁公司设计。

济南泺口黄河铁路桥1912年建成,位于济南市北郊泺口镇的津浦铁路线上,共12孔,总长1255.2米。桥梁下部按双线桥设计,宽9.4米,单线铺轨通车。德国孟阿恩桥梁公司承包设计和监造。

这3座老铁桥的相同之处,是桥梁的上部结构都是“洋面孔”,青一色的钢桁架梁,工厂预制,大部分从海外运来,现场拼装。其下部结构的墩台、基础则是因地而异,就地制作。

3座桥的命运完全不同:郑州老桥在当初交工时即是病危桥,早已拆除;另两座则是长寿百年。这3处地方,现在都已沧桑巨变,新建桥梁都将近10座,可分为3代。对第一代老桥,结合黄河治理情况,进行横向的定性比较,有了初步了解;对于老郑州桥的基础问题,又应用有限资料进行了3代桥的纵向比较,进一步地释疑解惑。

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黄河上最“短命”的桥

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郑州老铁桥是第一代黄河铁桥中,最早开工建造的单线铁路桥,相当于在黄河上吃“第一只螃蟹”。因受黄河的安危影响太大,故在桥址的选择上十分审慎,前后历时4年,于洛阳、孟津、郑州和开封等地做了勘测比选。1900年,选定桥位经过郑州西北郊30公里外的邙山头。当时清政府曾邀请过美、英、法、意等多国专家来现场查勘。最后,采用比利时一家公司的设计方案,并由该公司承建,历时6年。1905年11月16日,清政府邮传部尚书盛宣怀到工地主持竣工典礼。比利时的总工程师萨多在竣工典礼上明确讲出:“此桥要靠抛石稳住桩基,保固期只有15~20年。”

看到此言,令人惊诧。按照当年的国际惯例,桥梁使用期限一般为80年。这位总工程师的“只有15~20年的保固期”的预言,等于承认自己交出的是一座不合格的桥梁工程,是一张不及格的答卷。长达6年的施工期间,中国职工受苦受累,汗水涟涟,却在欢庆成功的时刻,突然间被泼了一瓢冷水。何故如此?看到的说法有以下几种——


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黄河第一铁路桥遗址

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一是“设计未及预计到”。据记载:自孟津以下,黄河进入下游,水流缓慢,泥沙淤积,河床粉砂层深厚,极易冲刷,洪水时冲刷超过20米。主河床游荡,中下游段黄土地层被称为“铜头铁尾的豆腐腰”。在此次施工过程中,曾遇洪水来袭,一夜之间冲歪了8个桥墩,洪水冲刷如此猛烈,设计时未曾预计到。原拟加深管桩入土深度,但施工手段无力达到。

二是“清政府差钱”,用不起当年已经成熟的气压沉箱施工技术。可是谁都知道“瘦死的骆驼比马大”,而且对“国字号”工程,清政府可向晋商要钱,向外国人贷款。在中国近代史上著名的《辛丑条约》中,就有“赔偿各国白银4.5亿两”的条款,修此桥所需的费用,无法与其相比。

三是从现有历史文献和网络报道中,没有看到对该桥涉及建设管理、技术方案、工艺流程等事项提出过什么批评建议,层层监管、验收的资料看不到,而是任其一错到底。明知冲刷深度超过20米,特别是一夜之间冲歪了8个桥墩的事实已经发生,还继续做长度仅有14~16米的桩基础,如同修建无基础的桥梁,该由谁来担当这一风险?

从黄河水利出版社的书籍中可以看到一个答案。1938年2月14日(元宵节),为阻止日本侵略军渡过黄河南下,国民党新八师中将师长蒋在轸带着上尉作战参谋熊先煜,奉命到位于郑州北郊黄河铁桥处的前敌指挥所,安排炸桥事宜。经过三天三夜,使得这座铁桥自39孔至82孔均遭严重破坏,骨架肢解,桥墩炸毁落水。幸运的是,在桥头栏杆上的一块铁碑尚存,上书:“大清国铁路总公司建造京汉铁路,由比利时公司助工,工成之日,朝廷派太子少保、前工部左侍郎盛宣怀,一品顶戴署理尚部左丞唐绍仪行告成典礼,谨镌以志,清光绪三十一年十月十六日。”

铁碑上的文字明确显示出,比利时公司是助工,不是承包商。比利时总工程师敢于在竣工典礼大会上作出那样的发言,表明责任不由比利时公司承担。由于清政府的监管工作没有做到位,对违背建桥常规的做法没有提出异议、没有叫停,以致酿成事故,出现豆腐渣工程。比利时总工不担心由此引起的纠纷,只是提出保固期只有15~20年的估计,让关心郑州老桥建设的人欲哭无泪。

实际出发,郑州老铁桥的确存在着一个客观原因,那就是黄河在中下游交界处,有其不可忽视的特殊性。此处黄河水面宽3公里,河砂易冲、易淤,主流摆动很大,属游荡性河段,河岸亦可能发生冲刷。据黄委会的资料,从历史上来看。在1938年以前,黄河下游是百年一改道,三年两决口。康熙皇帝曾冷言冷语:“黄河其功之大,无法奖赏,其过之大,无法惩罚。”最危险的灾难是抄后路式的决堤,冲垮桥头路堤,让桥梁断了头,晾在洪水之中,从而在人们心里产生了后怕和恐惧情绪。黄河治理中存在的这种不确定性和后遗症,给第一次在黄河上建桥蒙上了阴影,以致中外专家都认为,郑州黄河大桥不能采用大跨方案,而同意比利时公司提出的方案,即:由102跨组成,跨径31.5米的多孔桥。对于中小跨径桥,可以不采用当年基础工程中的成熟技术——气压沉箱法。但是3公里长的桥,做成板凳式的中等跨径梁桥,设置102个桥墩,阻水面积增大,且浪费材料,并不是一个好的方案。现在从文字资料和网上,都看不到当年有谁对此桥施工提出过异议。这才是问题的关键所在。

值得庆幸的是,郑州铁桥竣工以后,铁路养护部门开始抛投片石,转而抛投石笼,以求稳住仅有14~16米的入土深度、由8~10根铸钢管桩(外径35厘米,节长2米,节间用螺栓连接;桩下端则为直径120厘米的螺旋翼底盘,以增加承重并旋转入土;桩由30名工人推动木绞磨旋入地下,并辅以桩尖射水)做成的群桩基础。到解放前夕,桥墩普遍发生位移,用小型机车牵引,时速限制5公里(和步行等速)。这在铁路桥梁运输史上是少有的窘态。解放后,经过5次加固改造,运输时速提高到15公里(相当于自行车的速率)。据记载,仅自1933年至1949年,累计抛石30万立方米,相当于筑起一座长3公里、高宽各10米的石头大坝。铁路职工在那54年间,连续应用抗洪抢险的办法维持通车,创造了铁路运输史上的奇迹,值得钦佩!

无奈的是,1958年,又一场黄河特大洪水,冲倒了北岸11号墩,两孔钢梁落水,南北交通中断了13天。1960年4月,这座第一代老铁桥被叫停,之后被拆除,它只运营了54年(1905~1959)。至今还特意保留了南岸一段5孔长的黄河老桥,供后人凭吊那段令国人耻辱的历史。

1958年,铁道部大桥局临危受命,奋战两年,于1960年建成第二代郑州黄河新桥,双线,全长2890米,列车时速可达110公里。采用武汉大桥成功应用过的管柱基础,直径扩大到3.6米,入土30米深。即便如此,面对铁路提速的压力,技术标准要求的提高,仍感基础还不够深,横向刚度还不够大,导致第二代桥梁于2014年退役,同样运营了54年(1960~2014)。两个54年,是一个巧合,却也存在某种必然性。2014年5月16日,又一座京广铁路郑州黄河四线三主桁架梁铁路桥正式通车,全长11.3公里,时速160公里,其主墩基础的钻孔桩入土深度在80米以上,有的近100米。

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黄河第一铁路桥遗址

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对于百年来,在郑州附近已经建成的3代铁路桥做纵向比较,其基础深度有着极大的不同。就一般而言,随着桥梁恒载+活荷载的增大,需要加大桩的入土长度,以达到百年一遇洪水情况下,一般冲刷和局部冲刷时所要求的长度,以满足桩基础承载力的要求,难点就在冲刷深度的计算上。从地质学家对黄河形成历史的研究所提出的各种学说来看,黄河中游三门湖一带的特殊性,势必影响到河流冲刷的态势。黄河所具有的“善淤积、善决口、善迁徙”的特性,给桥型、跨径选择提出了挑战。在河床覆盖层极深,探测不到基岩的情况下,桩的型式、长度、直径都需要做优化分析,以保证其安全和经济性。现在可以肯定地说,第一代黄河铁桥的基桩长度14~16米,小于洪水冲刷深度20米,的确是太浅了。第二代、第三代桥的冲刷深度资料没有看到,估计不会少于20~25米。对于新建的大桥,持续观测其墩台在运营期间的沉降量变化,就可以了解其实际工作状态。

归结起来,缺乏科学态度和明晰的承包合同,缺失正常的桥梁文化(设计、施工、监管、文字记录),无疑是郑州老铁桥失败的主要原因。


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长寿的“百岁老人”——兰州铁桥

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兰州黄河铁桥是一座双车道公路桥,位于城北的白塔山脚下、金城关前。以前此处设有浮桥名曰“镇远桥”,始建于明洪武年间(1368~1398),至今尚存的铁柱长达3米,上有“洪武九年”字样。在建浮桥以前,渡河极其困难,有歌谣相传:“隔河如隔天,渡河如渡鬼门关。”浮桥对行人和军运起到了一定作用,但系木质的临时性结构,屡修屡毁,时有时无。

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兰州铁桥

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清光绪初年,陕甘总督左宗棠曾提议在此地修建一座永久式桥梁,因德国商人索福克要价60万两白银,而断然拒绝交往。

戏剧性的一幕出现在光绪31年(1905),德商泰来洋行经理喀佑斯从天津到兰州旅游,与兰州道台彭英甲复议建桥事宜,愿意承包修建兰州黄河铁桥,索价16.5万两白银。此数仅是30年前报价(60万两)的1/4多一点,表明了左宗棠的远见卓识。

1906年10月,由清廷代表彭英甲与德商泰来洋行经理喀佑斯签订合同。桥梁设计由承包方德国委托美国桥梁公司进行,工程所需材料、机具设备均在德国准备齐全,并由德方负责运送至天津港。天津至兰州的运输由中方负责。现场由德国工程师领导和组织装配。

这些合同条款明确了各自的职责,对于初次和洋人打交道的兰州桥的主管部门和参与建设人员是一种担当,也显示他们具有一定的文化素质。正由于此,才出现了“当时运输业上的一个奇迹”。

总计约400万斤的钢梁架、钢材零部件、设备、机具等辗转运输近1800多公里,从天津港卸下海船起,途径河北、河南、陕西、甘肃四省,设立了3个指挥所,运用火车、汽车、马车等运输方式,排除了雨雪封路、骡马累倒、车辆毁坏等艰难险阻,历时10个月,安全完整地运到兰州桥梁工地。桥梁于1908年4月10日开工。

铁桥的基础采用开口式木沉箱,中间灌注混凝土,嵌在基岩上。施工技术、材料收管、控制进度和统计工作由美国、德国工程师负责。技术工人10余人由天津、上海等地招来。经过一年零4个月,于清宣统元年(1909)8月8日全面竣工,验收通车,工期比合同期限提前了两个月,一举结束了黄河上游没有永久性桥梁的历史。

随后,1954年在改造加固过程中,由当时在西北公路局工作的戴竟工程师(后任交通部公路规划设计院总工程师)领导技术人员,创造性地将原来的钢桁架的上弦杆,由水平直线形改变为折线形,不是拱桥胜似拱桥,既提高了下承式钢桁架结构的刚度,又增加了桥梁美感,如此的加固维修,达到了大师级水平。

2009年,百年期满,当地政府及时地、适宜地将这一公路桥改为步行桥,又是具有远见的表现。因其位于城市中心,长度适当,设施齐全,适应了步行旅游文化生活的需求。

因其建桥档案资料齐全,合同管理细致,兰州黄河铁桥档案已于2002年入选第一批“中国档案文献遗产名录”(48件)之一。由7部分组成,分为筹建案、运输案、施工案、外事案、经费案、奖励案等,共45卷,571件,2561页。始于清光绪32年5月14日(1906年7月5日),讫于清宣统3年6月14日(1911年7月9日)。这一全宗档案是我国现存清代档案的一部分,涉及德国和国内两部分。

首批入选国家最优档案文献遗产目录,能够和著名的中山陵档案、中华人民共和国开国大典档案、茅以升钱塘江大桥工程档案等同时入选,是一种殊荣,弥足珍贵。它也表明了桥梁档案是建设桥梁强国所必须做好的一项内功。

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兰州铁桥

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兰州黄河老铁桥,是在黄河流经9个省、区的过程中,唯一穿越省会城市的桥梁,两岸高山坚挺,桥下河水奔流,空中缆车滑行,水中小船游弋,富有立体的、灵动的美感。

现在,兰州铁桥的桥头,碑石矗立,大型《黄河母亲》雕塑近在其旁,露天的桥梁文化已见雏形,原创话剧《天下第一桥》已经上演,这些都显示出浓郁的文化氛围。

两山夹一河,奔来眼底,百年传奇史,注到心头。兰州黄河铁桥这张城市名片,已经成为人们心中的美好记忆,今后也将会有很多人用文字来抒发对这座老桥所形成的桥梁文化的深厚感情。

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焕发第二春的济南铁桥

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济南铁桥于1909年7月开工、1912年11月29日竣工,从而结束了津浦铁路以黄河为界,南北两段通车的局面。历经多次洪灾战乱,应用科学手段,及时修复改造成功,至2018年长达106年,百年不倒,仍继续通车,已被列为中国第7批重点文物保护单位。

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济南泺口黄河铁路桥

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在开工之前,山东地方官绅丁达意顾虑到桥墩会阻拦洪水,危及济南城区,要求把桥址迁移至100余公里之外的地方,未允,又要求增大跨度,减少桥墩数量,双方相持不下。

正在主持修建京张铁路的詹天佑总工程师,被清政府邮传部派到济南解决纠纷。他向熟悉河务的地方官员了解情况,并实地查看历年水文变化,做出决定:桥位不变,仅对跨径大小做一调整,由原来的21孔、1271米长,减少为12孔、全长1255.2米,布置为91.5米+128.1米+164.7米+128.1米+8X91.5米。这样的科学态度决定了济南铁桥的建设有了良好的开端。

按双线设计,先单线铺轨的做法,反映出前瞻性的眼光。改变后的桥型方案符合实际,遵守了“减少桥墩,扩大桥孔,加固堤身”的原则,使得桥梁主跨径达到164.7米,在新中国成立以前为最大。又对主墩施工采用了当时被认为最先进的气压沉箱技术。这一切,都表明了“科学就是力量”“调查研究就是解决问题”论断的正确性。

上世纪90年代,由于桥址河床淤高2.3米,其间河堤连续加高3次。从1991年4月21日起,对全桥予以封闭。1992年,进行修复改造。1998年,梁的抬高工程开工。2000年5月31日,又正式恢复通车。2006年,随着京沪铁路进行电器化改造,这座百年老桥再次焕发生机,日通行列车28对。自驾游者可以欣赏到它的磅礴雄姿。济南黄河老桥之所以能够焕发青春,得益于正确的科学态度和科学方法。被列为第7批国家重点文物保护单位,是实至名归。

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以古为镜 可以知兴替

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回首百年老桥的历史,有温故知新之感。“以古为镜,可以知兴替”。

郑州老桥,涉外合同主体职责不明确,比利时人“第一次吃螃蟹”,对水流冲刷危害之大估计不足,对于在黄河上做大跨径桥有畏难恐惧情绪,以致造出危桥而不知自责。中国铁路职工连年抢险,勉强维持通行54年,奋斗精神值得点赞!后被拆除,仅保存5孔桥,留下一片叹息声!

兰州老桥,以文化底蕴深厚、精细管理见优,长寿109年,获得了国家第6批重点文物保护单位和入选国家档案遗产名录的双重殊荣。

济南老桥,优良的科学方法和态度,一以贯之,形成了长寿106年不倒、继续通行(以货运为主)的大好局面,成为国家第7批重点文物保护单位。

今年通车的港珠澳大桥所树立起的预期寿命为120年的标杆,黄河上3座老铁桥近110年来跌宕起伏的往事,共同诉说着桥梁建设中一些点点滴滴的信息,即——

按时建成经得起100~120年岁月考验的实体(保固期80~120年);

拿得出合格的档案材料(纸质的、数字的);

在桥梁保固期到达之日,有礼貌地告知签约对方及时采取必要措施;

预先做出安排,在养护管理中,有必要长期观测桥梁结构的变形和基础沉降,以便随时发现问题,切实保证桥梁健康安全,进一步推动桥梁上下部结构建设技术的发展,以形成自己的设计理论、施工工艺、养护管理标准。

管见所及,难免片面性。不当之处,恳请多加指正。


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路小佳 发表于 2018-4-11 08:33:21 |显示全部楼层
好文章。, L) h& K$ \9 f9 Y  _" v9 v
以前有老师和同事说,桥梁上部结构目前已经大概能计算清楚,而下部结构由于桩、土、水的作用不甚明确,计算难度更大,所以这些已有的工程经验就更加重要。
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