黄浦江上这四座大桥,总设计师竟然是同一个人!他说要造就造最好的桥...

(本文由林元培口述、李文祺整理)

黄浦江上这四座大桥,总设计师竟然是同一个人!他说要造就造最好的桥...

黄浦江上四座大桥的美丽夜景

自上至下依次为南浦大桥、

杨浦大桥、徐浦大桥、卢浦大桥

本文约5800字

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黄浦江上这四座大桥,总设计师竟然是同一个人!他说要造就造最好的桥...

“那时我面临的选择是:要么单纯求稳,但桥墩在江中容易发生船撞事故;要么争创一流,但要承担巨大的风险。最后,我下了决心,要么不造,要造就造最好的桥,选择了风险较大,但最为合理的第三个方案。”——林元培

南浦大桥、杨浦大桥、卢浦大桥、徐浦大桥——黄浦江上这四座大桥,以及跨越海上的东海大桥,都与林元培有着密切的关系。作为中国工程院院士、著名桥梁工程设计师、国家建设部“中国工程设计大师”称号首批获得者,当谈及自己在黄浦江上造桥的梦想时,他说这还要从一封海外来信说起……

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林元培讲述他的桥梁设计人生

上海人近百年的梦

我1936年出生,自幼家境贫寒。1954年,我进入上海市政设计研究院的大门,从此开始了自己的造桥人生。

上世纪80年代末,上海的经济已开始起步,但城市交通环境和居住环境却很拥挤局促。特别是浦东人去浦西还要靠摆渡,遇上恶劣天气交通就会阻断。

当时,海外有位桥梁专家林同炎先生,他写信给上海市市长汪道涵,介绍世界主要城市都是跨河发展,唯独上海的情况是浦西繁华拥挤浦东荒凉落后,应该在黄浦江上建桥。

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林同炎,美籍华裔土木工程学家,

预应力混凝土理论及设计领域的奠基人之一。

在黄浦江上造大桥,这也是我的梦想,是从茅以升、李国豪开始的几代造桥人共同的梦想。作为桥梁工程师,我希望有一天,黄浦江上的大桥是由我们中国人自己设计的,要实现这个“零”的突破。

我特意查找了历史资料,发觉要在黄浦江上造大桥,上海人做了近百年的梦。清末小说家、上海青浦人陆士谔,在宣统二年出版的小说《新中国》中写道:

“宣统二十年,万国博览会在浦东举办,黄浦滩已建成了浦江大铁桥,小说主人公前去游玩,一跤跌醒,方知是南柯一梦。”

1931年,上海地方商绅筹建了建桥机构并与一家法国厂商草签协议,准备在董家渡建一座钢质浮船桥梁。后因当局不予资助,只得作罢。

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1931年,上海市政府关于商民代表姚季重等人

呈请在黄浦江上建筑桥梁一事的训令

(上海市档案馆藏)

1945年,抗战胜利后,在有识之士的推动下,上海成立了越江工程委员会,由茅以升、赵祖康等著名专家主持规划,经过3年辛勤工作,完成了三种越江工程方案。当时的国民党

政府也曾拨款两亿元作为规划、设计经费,但物价飞涨,造桥计划再次成为了泡影。

直到上世纪八十年代,上海的经济开始腾飞,城市规模也日渐增大,每天的过江量已达104万人次和2.2万车次,确实,黄浦江上再也不能没有桥了!

跨过360米宽江面

建造黄浦江大桥的各项工作有条不紊地开展起来。1987年7月,《黄浦江大桥工程可行性研究报告》由上海市政工程设计院为主编制完成。同年底,专家组确定了选址方案,认为大桥可建在黄浦江下游流经市区最窄处,江面宽360米的南码头地区。

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上海市基本建设委员会关于对黄浦江建桥问题

进行调研并提出方案的通知

(上海市档案馆藏)

那么要建什么样的桥呢?黄浦江穿越市区的江段,水面宽阔,深度较大,是上海港客货码头的所在地,也是上海繁华的重要条件之一。所以要在黄浦江上建桥,必须是一跨过江,在江中设墩是不合适的。

对于400米左右的跨度,梁式桥只能采用钢桁梁桥,但中国当时钢材非常缺乏,拱式桥与悬索桥需要抵抗水平力的桥台与锚锭,在这样软弱的地质条件处,造价也是很昂贵的。

二战后,现代斜拉桥从欧洲开始,在世界各国发展起来。我曾设想:

如果未来要在黄浦江上建桥,斜拉桥可能是最好的桥型。

在国外资料极为有限、建设条件极为困难的情况下,我们就已经开始了中国斜拉桥技术的自主探索之路。

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林元培设计的泖港大桥,曾是我国最大的斜拉桥,

也是上海第一座大型预应力混凝土斜拉桥,

有“上海斜拉桥之母”之称。

中国最早的斜拉桥建于1975年,位于四川的云阳。1977年建成的上海泖港大桥和1984年后建成的济南黄河桥,跨径都超过了200米。但要在黄浦江上建的这座斜拉桥,跨径应在400米以上。

历史给我提供了实践的机会。在建造南浦大桥之前,我设计完成了重庆嘉陵江石门大桥,这是一座独塔单索面双跨斜拉桥,跨径组合是230米和200米,该桥于1988年建成通车。这座大桥的建成,意味着中国已具备了修建460米跨度斜拉桥的能力。

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重庆嘉陵江石门大桥

由上海市政工程设计院设计

上海的恒丰北路桥也是一座斜拉桥。上海为天然的冲积平原,如何防止基础沉降引起上部结构沉降,进而影响桥下火车的通行,是该桥设计的难点。我们经过研究,决定将钢管桩打入地下70米的持力层。该桥经过多年的运营,证明了这一方法是成功的。至此,跨越浦江上斜拉桥方案需要解决的上下部结构等关键性问题,已积累了足够的技术与经验。

在确定了斜拉桥的总体方案后,有专家提出了钢斜拉桥、混凝土斜拉桥等具体方案,最后经论证,决定采用叠合梁斜拉桥的方案。这个方案的优点,一是重量轻,二是施工时间短,能够赶在上海两个台风季节中间,完成桥梁的主体建设。

我有80%的把握

1988年7月,国务院批准了

南浦大桥的可行性研究报告,1988年8月正式批准实施。当时市政府领导曾专门把我请去,只问了我一句话:“你有没有把握?有多少把握?”我考虑了一下,一字一句回答道:

“我有80%的把握!”

当时我心里想着:即便还有20%的风险,我也要用120%的努力去克服。但设计大桥的风险始终存在,我事后对家人说:

设计南浦大桥时有一种走在悬崖峭壁上的感觉,但我一定要走过去。

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南浦大桥设计方案之一

当时世界第一叠合梁斜拉桥——主跨度为 465米的加拿大安娜西斯桥刚刚建成,我决定借鉴加拿大安娜西斯桥的建设经验。不料,从加拿大考察回来的工程师带回了一个令人吃惊的消息:安娜西斯桥出现了许多裂缝!

我坐不住了,1989年春节刚过,就亲自前去考察。在安娜西斯桥,我顶着温哥华北纬49度的凛冽寒风,爬上爬下仔细观察,并用照相机从不同角度将桥上一百多条裂缝全拍摄了下来。

此时我非常清楚:

南浦大桥如果不做新的技术处理,裂缝问题就无法避免。

回国后,我把自己关在客厅里看幻灯片,仔细琢磨那一道道让人揪心的裂缝,细细琢磨一个个化解裂缝的方法,度过了一个又一个不眠之夜。

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1994年上海国际少儿文化艺术节期间,

各国少年儿童参观南浦大桥

(上海市档案馆藏)

这次攻关最终导致我的一篇论文的诞生:《南浦大桥设计》。针对安娜西斯桥的四种裂缝,我提出了四类化解的方法,并将其应用到了南浦大桥的设计当中。按照我设计的新方法施工的南浦大桥,经36辆30吨载重卡车的荷载试验和实际运行,没有见到丝毫裂缝的踪影。大桥运行到现在,还是未曾出现过一条结构性裂缝。

最终设计完成的南浦大桥全长8346米,主跨跨径423米,一跨过江。大桥于1988年开工建设,1991年12月1日建成通车。经国家验收,确认桥梁工程质量合格率为100%,优良率为91.7%。南浦大桥于1993年获国家优秀工程勘察设计金质奖、1994年度获国家建筑工程“鲁班奖”、1995年度获国家科学技术进步一等奖。

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如今南浦大桥的夜景,流光溢彩。

南浦大桥的建成,不仅为上海添加了一个新的标志景观,也意味着中国建造斜拉桥的技术已达世界先进水平。美国著名桥梁结构权威邓文中先生曾评价说:

“南浦大桥的成功建造,说明了中国人可以参与和完成世界上任何工程项目。”

风险最大的方案

1990年4月18日,中共中央、国务院决定,开发开放上海浦东。历史给了浦东一个机会,给了上海一个机会,也为上海市政院在黄浦江上设计更多的跨江大桥提供了机会。紧接着,我带领设计人员开始了杨浦大桥的设计。

杨浦大桥在设计上,当时有3种方案可供选择:

1.

第一个是照搬南浦大桥跨度423米的设计,但一个桥墩势必将落在黄浦江中;

2.

第二个方案是将一个桥墩紧靠在岸边放置,跨度为580米,但岸边地基情况复杂;

3.

第三个方案是两个桥墩都立在岸上,跨度为602米,这是当时世界第一跨度。

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杨浦大桥的总指挥朱志豪(左)

和总设计师林元培(右)

在大桥通车仪式现场

(上海市档案馆藏)

我面临的选择是:要么单纯求稳,但桥墩在江中容易发生船撞事故;要么争创一流,但要承担巨大的风险。最后,我下了决心,要么不造,要造就造最好的桥,选择了风险较大,但最为合理的第三个方案。

杨浦大桥主跨为602米,比南浦大桥一下子长出了179米,量变引起了质变,桥梁设计首要的问题是计算出桥梁的内力,而古典的桥梁理论在杨浦大桥面前已显得无能为力了。我创造性地提出了一种全新的理论——适用于一切空间结构而不囿于桥梁的“空间结构稳定理论”,以此来建造这座斜拉桥。

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建成通车后,杨浦大桥的雄姿

“亚行”曾邀请德、美、日等各国桥梁权威,专门对大桥设计组的成员进行面对面的设计审查,还考察了现场,专家组的结论是:

“杨浦大桥的设计不仅在技术上是合理的,而且它代表了桥梁工艺的一个杰出进步。”

其中,斜拉桥欧洲流派代表人物斯文森先生的比喻更为精彩,他说:

“一个发展中国家能够在短时间内建造一座创造世界纪录的斜拉桥,这好比在奥运会上获得半打金牌。”

这是世界一流专家对世界一流大桥所作的一流评价。

杨浦大桥于1991年4月29日动工,1993年9月15日建成,历时仅2年5个月。主桥长1172米,宽30.35米,设6车道。它犹如一道横跨黄浦江的彩虹,在世界同类型斜拉桥中雄居第一。

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杨浦大桥现在的夜景

如果说南浦大桥的建成通车,实现了黄浦江市区段桥梁建设零的突破;那么杨浦大桥的建成则使中国的斜拉桥设计建造能力一举领先于国际桥梁界,奠定了中国在国际桥梁设计界的地位。

1992年9月,在纽约国际桥梁会议的讲台上,我作为中国斜拉桥设计的代表,向与会的近百名世界桥梁设计专家阐述了我对上海南浦杨浦两座斜拉桥的设计理论,并描绘了中国斜拉桥的发展前景。

我的发言赢得了全场热烈的掌声,与会专家们纷纷跷起大拇指,连声称赞“Excellent, Excellent(杰出)!”有位外国朋友甚至这么说:

“中国的杨浦大桥现在已和中国的长城一样出名。”

造桥尤其背靠国力

1999 年的秋天,上海市委

政府做出了一个前瞻性决策,决定在黄浦江市区段建造第四座大桥,桥址选在鲁班路附近的黄浦江江面上。此时,市区段黄浦江上已建起南浦、杨浦和徐浦三座斜拉桥。那么,在黄浦江上是否还有其他桥型可以采用呢?为此,我开始了认真的思索。

根据黄浦江江中不许设墩的特点,在跨越能力方面只有斜拉桥、悬索桥和拱桥三种桥型能够胜任。除斜拉桥外,悬索桥的跨度只有超过1000米才能显出宏伟的气势,而卢浦大桥所在江面宽度只有550米,且造价也较高。那么拱桥呢?当时世界上最大的跨度是518米,建造550米的大跨是有可能的。

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卢浦大桥的独特造型,

已经成为黄浦江上的一道亮丽景观。

对,建一座拱桥,建一座世界跨径第一的拱桥。虽然斜拉桥设计对我来说已是驾轻就熟,但斜拉桥已不能满足新的城市景观和人们对建筑文化欣赏日益增长的需要,卢浦大桥应该要建成一座大跨径的拱桥。

当时我真有一种要打一场新的大仗的感觉,兴奋不已。因为我知道,必须不断创新、攀登、突破、超越,而超越是其中最难的一个过程。现在,卢浦大桥的设计,必须义无反顾地超越历史,超越过去,超越自己,才能获得成功!

然而,造桥光凭激情还不够,更要有严谨,有符合科学依据的理论和建造“世界第一拱”的可行理由。我认为,建筑背靠国力,造桥尤其如此。20 年前国力不够,火候不到,而20年后,上海无论在大跨径桥梁的设计、施工,还是在优质钢材的生产、钢结构制造和焊接技术等方面都已不亚于世界发达国家,我们完全有信心为上海再赢得一个“世界第一”。

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黄浦江沿岸景观灯光改造后,

晚上的卢浦大桥如同一道彩虹,飞跨浦江两岸。

2003 年卢浦大桥顺利建成,此前的2002年,中国成功地获得了2010年上海世博会的主办权。世博会就选址在卢浦大桥附近的原江南造船厂和上钢三厂旧址上。于是,卢浦大桥成了上海的又一座新地标。

2008年,在芝加哥召开的国际桥梁与结构工程协会

年会上,卢浦大桥获得“杰出结构大奖”。该奖项是专门授予全世界最具创新性的桥梁或建筑结构,上海卢浦大桥是第一座获此殊荣的中国大桥。

超常规和反常规

2005年,为配合上海国际航运中心建设,国家启动了洋山深水港建设。它是上海国际航运中心深水港工程的一个组成部分,被上海市政府列为“一号工程”。

作为连接通道,东海大桥的建造成为重中之重。这座大桥全长 32.5 公里,规模浩大,是中国第一座真正意义上的超大型跨外海桥梁,也是世界上罕见的特大型跨海桥梁。

任务又一次落到了上海市政院,由我担任设计重任。虽然研究了一辈子大桥,但东海大桥这样工期短、要求高、施工条件恶劣的巨大工程,对我来说仍然是一个巨大的挑战。

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作为一座超大型跨外海桥梁,

东海大桥的施工难度相当高。

图为正在建设中的大桥。

我的目光停留在墙上的一张沿海地图上,对年轻的同行们说:

“东海大桥全长32.5公里,3年半要通车,而东海风大浪高,海上作业天数每年只有180 天。工期如此紧张,世界造桥史上也属罕见。对于这样超常规的项目,我们必须拿出反常规的思路。”

我为东海大桥提供的设计思想最终定为6个字:“简化施工工艺。”以前,我们在江河上建造大桥,都是先有设计方案,再定施工工艺。现在要反其道而行之。先确定靠得住的施工工艺,再根据工艺来定设计方案。只有这样,才能保证设计的可靠性和可操作性,才能保证不误工期。

根据我的要求,设计人员纷纷走进施工单位。在那里,他们向施工人员虚心求教,与他们一起讨论“哪种造桥工艺最成熟,最可靠,用时最短”。正因为有了这条思路,东海大桥的设计才走上了简洁、明快、高效的轨道。

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连接着洋山深水港的东海大桥,

如巨龙一般蜿蜒于东海之上。

东海大桥全长32.5公里,桥宽31.5米,设计时速80公里,使用寿命期为100年。大桥的最大主航通孔,离海面净高达到40米,全线按高速公路的标准设计,可满足万吨级货轮的通航要求。整个工程动用各类打桩船、搅拌船、大型浮吊共200多条,打下各类桩基9000多根,浇筑混凝土160多万方,制作钢结构约34万吨。

工程于2002 年 6 月 26 日正式开工建设,由于采用了新的设计思路,在各方的努力下,历经 35个月的艰苦施工,于2005 年5月25日实现了结构贯通,创造了中国桥梁建设史上的又一个奇迹。

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让我们记住这些上海造桥史上

令人激动万分的中国第一和世界第一吧!

南浦大桥

中国第一座跨径超过400米的桥梁;

杨浦大桥

世界第一斜拉桥,主跨跨径602米,为世界之最;

卢浦大桥

世界第一钢结构拱桥,曾是世界上跨度最大的拱形桥;

东海大桥

中国第一座真正意义上的超大型跨外海桥梁。

排版:王冰倩

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