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生在一个“基建狂魔”的国家，人们对雄伟的大桥都已经见怪不怪了。在现代桥梁技术的支撑下，人们可以修建几十公里的跨海大桥，可以修建单跨上千米的悬索桥，也可以修建能跑高铁的重型斜拉桥，光是跨越长江的大桥就有68座。然而，看过了这么多大桥的你，可曾见过凹下去的大桥？ 这样的桥还真有，它就是被称为世界第一怪桥的洞口淘金桥。 这种奇怪的桥型被称作自锚上承式悬带桥，它在世上极其稀有，叫得上名来的除了哥斯达黎加的里奥-科罗拉多桥外，只有这座洞口淘金桥了。 洞口淘金桥位于湖南省洞口县的淘金村，横跨渍水上游古楼河的木鱼塘峡谷，全长只有74米，桥面宽4.5米。 相比起动辄数千米的悬索桥而言，洞口淘金桥算是个不折不扣的小家伙了。但论起设计和建设难度，这座小桥还真不逊色于任何一座大桥，甚至与那些比它大几十倍的大家伙一起居于世界名桥之列。这是为什么呢？ 1看起来反常识的桥，实则受力非常科学 洞口淘金桥看上去非常古怪。 按照常理，桥应该是“两头粗，中间细”，这样才是一个稳定的支撑结构，而像洞口淘金桥这样的“大肚子”结构，总让人觉得有些不靠谱。但实际上，这种上承式悬带桥的传力模式，和目前最为流行的悬索桥是一样的。  （悬索桥与上承式悬带桥） 事实上，它们都是靠着一条粗壮的悬带受力，桥两端的桥墩就像是两个农夫挑着一根柔软的扁担，桥体的荷载沿着这条悬带传给桥墩，再传到地面上。 唯一不同的是，悬索桥的桥面是挂在这根“扁担”下方的，而上承式悬带桥的桥面则通过立柱撑在“扁担”的上方。 洞口淘金桥由混凝土吊板包裹的悬带中，埋藏着48根只有5毫米粗，但是强度极高的预应力钢索。通过预加拉应力的手法，主索悬带的承载力可以被最大限度的利用，钢材的抗拉能力得到了充分的发挥。 而桥面梁板结构既被用于通车，又作为受压构件平衡拱的水平力，充分发挥了混凝土的抗压能力。中间的主柱排架作为次结构，除了在桥板和悬带之间传力外，还承担了桥梁所受的剪应力，它的存在显著减小了桥梁的跨度，节约了成本。 整个结构自身锚固平衡，没有一个多余的构件，所有材料也没有一点浪费。  （预应力钢索） 事实上，无论是上凸的拱桥，还是下凹的悬带桥或者悬索桥，从力学上讲，它们的受力是一致对称的，都是上缘受压力，下缘受拉力。 大桥越靠近中间的位置，弯矩越大，这就是扁担为什么总是在中间折断的原因。因此，将扁担的中间增厚是非常科学的，体现在桥梁上，就是这个中间的“大肚子”。莫说凸桥凹桥，有的桥甚至是既凸又凹的呢！  （上凸下凹的鱼腹桥） 大桥的设计者吴琦瑛可以称得上是一个建筑天才。  （吴琦瑛） 解放前出生的他全靠刻苦自学，为国家设计建造了23座桥梁，确保安全与美观的同时，共节约钢材78%，节约投资60%，震惊了国内外的桥梁界同行。包括洞口淘金桥在内，他设计的多座桥梁都由于新颖的设计被载入了史册。 但他设计这座怪桥，可不仅仅是为了标新立异，吸人眼球。它的设计可是严格的计算下的最优结果。 2连桥墩都省了，安全如何保证？ 洞口淘金桥建于1989年。那时，中国的经济条件还很差，建筑行业从业人员的素质也良莠不齐。在设计建造桥梁时，必须考虑到这些因素。 木鱼塘峡谷的两侧岩壁比较陡峭，如果按照传统的拱桥方案进行设计，势必需要在谷底建设两座几十米高的拱足桥墩，成本算下来，建设桥墩的价钱比桥面还要高。 桥墩的施工还要单独设立脚手架，不仅费时费力，而且复杂的施工流程对于当时技术水平普遍偏低的工程人员来说也是一个很大的考验。此外，拱桥会产生水平方向上的推力。这要求两边的岩体必须足够结实，并且要打足够牢固的地基，才能支撑得起整个拱桥的重量。 而上承式悬带桥由于是倒拱，传递给桥两端地基的只有竖向压力，水平拉力则被桥面自身作为压杆来平衡，这样就节省了桥墩。 既然不用修桥墩，施工流程也就简便了许多。 上承式悬带桥自下而上施工，悬带可以直接作为主柱排架和桥面梁板的施工平台，无论峡谷多深，都是依托于梁板进行悬空作业，不需要另外支设脚手架。可以说，采用这种设计，既免除了安全隐患，又降低了建设成本。  （上承式悬索桥的一般施工流程。洞口淘金桥由于没有桥墩，因此比它还要简捷得多）
为了承受水平力，桥台处需要设置与连续T梁、主索悬带为整体的强大的端锚梁，形成自锚刚性体系。 所谓自锚体系，是相对于悬索固定在桥外地基中的外锚体系而言的。一般的悬索桥会将悬索固定在两岸的土层中，悬索的拉力对于工程师来说是不好的，必须用一块重达数万吨的混凝土坨将悬索死死拉住，化解悬索的拉力。 而自锚体系则相当于直接将这个力向内收，转化为了桥面板的压力，省去了这个巨大的锚碇，极其高效地节省了土工作业和混凝土成本。  （外设的锚碇） 因此，说洞口淘金桥没有桥墩也不确切。 桥两端的刚性桥台不仅承担了全桥重量，而且承担了悬带与桥面之间自锚的拉压应力转换，功能十分重要。相比起一般的桥墩而言，它只是矮了点，功能上可是丝毫不缺的。  （刚性桥台，一种另类的“桥墩”） 当然，上承式悬索桥的这种自锚体系也带来了一个重大难点，那就是桥梁巨大的内力。 在这种结构形式下，桥梁所受的原本不大的荷载会转化为强大的水平拉力，施加在主索悬带上，进而在桥板中引发很大的水平压力。 不过，吴琦瑛设计的天才之处恰恰体现在这里。自锚结构巧妙地使用桥面系梁板内储存的大量轴向压力来承受局部的弯矩和剪力，可以说是“借力打力”，相当于变相降低了结构的内力，大大减小了结构中用于承担荷载的钢材用量。 3巧夺天工的设计，施工起来并不简单 这种结构形式的桥梁举世罕见，基本没有什么经验可供参考。 因此，湖南省交通科研所在建桥前就特意制作了1/10的实桥模型进行实验，对施工、静载、动载进行了全模拟，为大桥的实现提供了可靠的科学依据。 然而，这种桥毕竟十分小众，在施工中遇到了许多前所未有的问题。 完成版的大桥可以实现自锚固，但施工过程中，桥板还未架设，悬带必须进行临时的外锚固。桥址两岸的岩层风化严重，构造松散，很难禁得住这两根锚索。 （强风化的岩体） 经过设计，吴琦瑛采用了隧洞式锚碇。在岸上打了两个锚洞之后，再在锚洞的底部打一个横洞将其串起来。这样，相当于用一块巨大的山体兜住了桥索，巧妙地解决了桥索临时的张拉问题。 （隧道式锚索的设计） 上承式悬带桥必须以悬带作为平台进行施工。轻盈的悬带不比平地，不能在上面使用任何大型安装机械设备和沉重的支架。因此，桥梁的每个构件和机械都必须轻型化。 除了采用轻型的预制构件进行现场拼接安装外，施工中还采用了许多在如今的大型工程中已经很难见到的小型手动机械，其中最有代表性的就是这两种：手拉葫芦与三轮滑车。
听它们土气的名字就知道，这两个都是比较简陋的手动机械，利用物理学上简单的动滑轮原理，用微弱的人力完成对沉重货物的移动。 经过吴琦瑛巧妙的施工布置，这两种简陋机械可以实现小型设备和桥面板、钢筋等构件的短距离吊运，进而完成整个桥面板的组装与成型。 在这种精妙的“微操”下，大桥的施工没有使用一件大型机械，却只用了短短八个月就完成施工。即使是29年后的今天，许多工程师看了洞口淘金桥的案例都拍案叫绝。 结语 洞口淘金桥的工程造价只有26万元，即使折合到今天也只有不到200万元。相比起同时代、同环境、同跨度、同工期的日本速日峰桥，它的造价低了85%，简直就是工程学上的一大奇迹，真可谓每一分钱都用在了刀刃上。 作为世界上认知度最高的标签，中国制造（Made in China）正寻求战略升级。「了不起的中国制造」专栏，力邀行业权威、资深玩家，呈现他们眼中的中国创新之路。 |
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