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  • 1 # 逍遙散人的酒館

    浮橋在古代叫“舟橋”最早出現在周朝時期,春秋戰國時期浮橋才多了起來,是一種簡易橋樑,常用於打仗的時候,主要是把可以漂浮在水面的物體連線起來,臨時解決兩岸通行的問題,這也是後來橋樑的雛形,所以不存在保養期限的問題!也有將船綁到一起,達到穩定的用途,就好像三國赤壁中曹魏用鐵鎖連船一樣!現在最現代化的浮橋是日本大阪的夢舞大橋,全長410米。

  • 2 # 記錄歷史人生

    當古人還不會或難以在深水中築墩架樑,但又需要渡過水寬流急的河流時,該怎麼辦?第一種辦法,自然是坐船;第二種更為長效的辦法,就是把若干舟船或浮體置於水面,連為通道,這就是浮橋。浮橋是古人最早能建造的長大橋樑,是古人克服江河險阻的工程創舉。今天,儘管人們能建造各式各樣的橋樑,但浮橋依然在交通、軍事和社會生活中發揮著作用。

    古代浮橋

    全世界史籍中最早記載的橋,就是浮橋。詩經《大雅·大明》中記載的“造舟為梁”,就是描述周文王(約前1152~前1056)娶親時在渭河上連舟搭橋的情景。著名歷史學家顧頡剛認為:“吾國行用浮橋之歷史,估計至少已越三四千年”。不過李約瑟則認為,浮橋起源於公元前8-前7世紀,就“已經夠恰當了”。

    在新亞述帝國阿淑爾納西爾帕二世(前883年-前859年在位)時期,就曾採用吹脹皮囊、上鋪木板的方法架設浮橋,以使軍隊越過水麵不寬、水流不急的河道。古希臘作家和歷史學家希羅多德(前484年-前425年)曾在其《歷史》一書中,描述了波斯帝國居魯士大帝(前549年~前529年在位)攻打馬薩格泰人時,曾動手在河上建造浮橋;大流士一世(前521年-前485年在位)在入侵希臘時,曾在博斯普魯斯海峽建造了浮橋;到公元前480年第二次波希戰爭期間,薛西斯一世曾在達達尼爾海峽(也稱為恰納卡萊海峽)修建過兩座浮橋。需要提及的是,希羅多德對博斯波普魯斯海峽浮橋的描述,一筆帶過;對達達尼爾海峽浮橋的描述,語焉不詳。直至今天,大家對此還存在一些質疑和討論。

    前257年,秦昭襄王最早在黃河上的蒲津渡(今山西永濟市古蒲州城附近)建“河橋”(即浮橋)。至唐開元十二年(724年),唐玄宗命改建蒲津橋,把栓連船隻的竹索換成鐵索,鐵索每端用鐵牛4頭(每隻重達約30噸)作為地錨。金元之際,浮橋毀於戰火,只剩下兩岸的鐵牛(其中一岸的鐵牛鐵人鐵柱等在1991年出土,見圖1)。蒲津橋對中國古代社會的發展起到了重要的推動作用,是中國古代技術和藝術有機結合的工程典範。

    圖1 蒲津橋頭的鐵牛、鐵人和鐵柱

    古人在長江上建造的第一座橋樑,也是浮橋。《後漢書·岑彭傳》記載,東漢建武十一年(公元35年),四川割據勢力公孫述為阻止漢軍入蜀,在今宜昌附近“橫江水起浮橋、鬥樓,立攢柱絕水道,結營山上,以拒漢兵”。後被劉秀手下岑彭用火攻摧毀。

    羅馬皇帝圖拉真(98年-117年在位)在第一次達西亞戰爭(101年-102年)中,曾在多瑙河上架設浮橋。這一事蹟,刻錄在今天羅馬的圖拉真記功柱(建於107~113年)上,見圖2。

    圖2 圖拉真記功柱上的浮橋石雕

    在漢代,浮橋建造技術已經成熟,應用廣泛。不過,因浮橋由易腐的木船木板搭建,能沿用幾十年已屬少見,能延續幾百年(需時常修復更新)則更屬鳳毛麟角。江西贛州貢江之上的建春門浮橋(又稱東津橋、東河浮橋,見圖3),長約400米,橋寬5米,由大約百艘木舟組成。這橋始建於宋乾道年間(1165~1173年),至今已有800多年曆史,仍在服役。

    圖3 贛州建春門浮橋(攝於20世紀40年代)

    中國古代的浮橋,有不同制式。在《爾雅·釋水》中,有“天子造舟,諸侯維舟,大夫方舟,士特舟,庶人乘”。有史學專家考證,“造舟”指船體順河擺放並緊密相靠,並“亙板其上”;“維舟”指用三船或四船形成一個浮體單元;“方舟”為連兩舟為一節,即採用古代曾經出現過的雙體船為浮體;“特舟”指用一船為浮體;“”則是指以(木、竹)筏相連,屬最簡易的浮橋。從工程的角度看,這樣的劃分,主要取決於建造浮橋的舟船數量及型別。至於什麼等級的人用什麼制式的浮橋,大概是後世儒生為維護禮制的附會之辭,恐難實現。

    中國古代的浮橋,也有不同構造,主要包括“曲浮橋”和“直浮橋”等。

    曲浮橋通常適於河水較深、河床不穩定的河道。曲浮橋的各船體,無須用、碇或錨單獨錨定於河底,而是採用大纜維繫各船,並將大纜拴於兩岸樁柱之上。浮橋在水流的衝擊下,自然向下遊彎曲,形成曲浮橋。早期的大纜材料,使用藤、竹、棕等,後來才用鐵鏈。唐代李吉甫編撰的《元和郡縣圖志》中記載了建於隋煬帝大業元年(公元605年)的洛陽天津橋(初為浮橋,後改石橋),該橋“用大纜維舟,皆以鐵鎖鉤連之”,興許是中國古代第一次在浮橋中採用鐵鏈。

    為控制浮橋的平面移位不致過大,以利通行,在一些河水較淺、流速不大、河床穩定的河道中,可將浮橋的各船體單獨錨固於河底,形成直浮橋。即便如此,通常仍需採用纜索橫聯各船首和船尾,或將靠浮橋端頭的船體斜繫於岸邊,以策穩定。

    另外,為使浮橋與兩岸接通並適應水位漲落,需在兩岸設定跳板棧橋等。為不阻礙通航,可透過在浮橋中撤板、移船或設定高腳船等方式加以實現。

    浮橋的長處與不足

    按使用時間的長短,浮橋可分為永久性浮橋(根據橋樑設計規範確定使用壽命,通常50-100年)、半永久性浮橋(特殊情況下或特殊季節中需拆除,經修復更新可維繫較長時間)和臨時性浮橋(隨時裝拆,臨時使用,不作長遠打算)。

    與固定式橋樑相比,浮橋有其長處,也有不足。

    浮橋的長處包括:

    (1)構造簡單。浮橋通常由四個部分組成——浮體、梁板、纜索及岸上或水中的錨定裝置。

    (2)裝拆便捷(永久性浮橋除外)。做好架設準備工作後,多則數天,少則數小時乃至更短時間內便可架設完成;同樣,拆除也方便。

    (3)造價經濟。浮橋不用設定水中基礎和橋墩,工期也短,儘管日後維護費用可能不菲,但建造費用通常遠低於固定式橋樑。

    浮橋的不足主要是環境適應性較差,這表現在:(1)易遭受自然環境(與水文、天氣相關者)變化帶來的不利影響,導致浮橋的安全性或通行能力降低;

    (2)設定了開啟構造的浮橋,其對水上和橋上交通均有一定影響。

    利用浮橋的優點,可快速架設所需的臨時性浮橋。圖4所示為印度“大壺節”期間,在恆河上架設的多座臨時性人行浮橋。圖5所示為2015年解放軍舟橋部隊演習時,用時15分鐘架好的500多米長的軍用浮橋。

    圖4 印度“大壺節”期間恆河上的臨時人行浮橋

    圖5 2015年解放軍架設的軍用浮橋

    永久性或半永久性浮橋的使用壽命較長,遭遇環境激烈變化的可能性大。因此,從設計、施工到運營、維護,更需關注環境適應性問題。

    位於美國華盛頓州西部的胡德水道(Hood Canal)浮橋,是世界上第一座在峽灣環境中建造的浮橋,見圖6。該橋採用混凝土浮箱,長1988米;浮橋兩端設通航孔,中間也有183米長的可伸縮的浮體(以便船舶航行),1961年建成。1979年2月13日,在一場罕見的颶風(最高風速達190千米/時)、巨浪(最大浪高4.6米)衝擊下,一些浮體連線部位破壞,浮橋西半部分最終在2月14日早上沉沒,見圖7。1982年,修復西半部分後重新開通;2009年,替換了東半部分。

    圖6 胡德水道浮橋

    圖7 1979年胡德水道浮橋西半部分沉沒

    在西雅圖的華盛頓湖中,世界上第一座混凝土浮橋(1940年開通,現名Lacey V. Murrow紀念橋),曾在1990年的拓寬改造施工中遭遇風暴,因其中一個浮箱進水而導致850米長的一段浮橋沉沒,後經修復在1993年重新開通。

    在中國,似乎還沒有用於公路交通的永久性浮橋。目前擁有半永久性浮橋最多的省份,大概是山東(全省有50餘座,連線黃河兩岸的有20餘座)。這些浮橋多采用承壓舟(民用的制式舟橋裝備)作為浮體,型號多樣,承載力較大。為保證浮橋的安全,往往在夏季洪汛期需要拆除,在冬季冰凌期需要拆除(參見圖8),甚至在黃河調水調沙時也需要拆除。由此可見,這些半永久性浮橋還難以適應環境變化的要求。在交通日益發達的今天,這樣的方式顯然會對區域交通造成一定阻礙。解決的辦法,是在條件具備時逐步將半永久性浮橋替換成固定式橋樑。

    圖8 2018年初山東濼口浮橋拆除

    現代永久性浮橋

    實際工程中,永久性浮橋的數量十分有限。

    是否建造永久性浮橋,取決於橋位處的自然環境。第一是水深及其水域寬度。若水過深(例如,超過60米)且深水水域過寬,建造深水基礎的技術難度和費用就會明顯加大。第二是地基條件。若水下軟土地層過厚,從技術和經濟角度看,也不適於建造固定式橋樑。第三是對環保、景觀等因素的考慮。例如,西雅圖的華盛頓湖,最大水深60米以上,需要建橋處的水面寬度超過2000米,軟土層厚45~60米。於是,湖上建成的三座橋均採用了永久性浮橋。

    建造現代永久性浮橋的材料,通常是鋼和混凝土。由於浮體位於水中,採用混凝土可能更為合適,這不僅有利於結構耐蝕,也有利於抑制浮橋因交通荷載、風浪引起的衝擊和波動。浮體之上的橋樑結構,可選擇鋼或混凝土或兩者。

    永久性浮橋的浮體結構,常採用多室的混凝土密封浮箱。沿橋縱向,浮體既可連續佈置,也可分開佈置。對連續式浮體,橋面可直接佈置在浮箱頂板上,也可配合線形設計,在浮箱頂板上再建立柱、梁和橋面。為保證浮體的定位及穩定性,需要設定錨定裝置(爪錨、重力錨、繫纜等)。

    浮橋需與兩岸的固定式橋臺或固定式橋跨結構可靠相接。這是永久性浮橋的關鍵構造,要求接頭處既可滿足浮橋的多向變位,又可承受由車輛、強風、波流、溫度變化、水位變化等產生的作用。

    永久性浮橋的結構力學分析,因牽涉到流體-浮體耦合運動,設計上比固定式橋樑更趨複雜。對位於峽灣處的浮橋,尤為如此。設計所需考慮的各種作用,除了常規的結構自重、車輛、施工荷載、溫度作用等外,還需考慮水壓、浮箱配重、水位變化、強風、波浪、冰凌、層狀流、水生附著物、混凝土吸水率等。偶然荷載包括:地震、船撞、錨定裝置失效、滑坡造成的波浪等。

    永久性浮橋的工程描述指標,主要是長度。對浮體分置的浮橋,跨度(兩浮體之間的距離)也是一個指標。全世界長度排名前10的永久性浮橋資訊(不完全統計),見上表。

    限於篇幅,下面僅簡要介紹美國的長青點(Evergreen Point)橋和挪威的諾德霍德蘭(Nordhordland)橋。

    圖9所示為運營中的舊長青點浮橋和未開通前的新橋,圖10為新橋的結構佈置示意。舊橋(照片中靠前者)建成於1963年,長2310米,2016年關閉拆除。新橋長2350米,橋寬34.5~39.4米,設雙向6車道和一條腳踏車及步行道,兩端設通航孔,使用壽命75年。該橋(還包括華盛頓湖中的Homer M. Hadley紀念橋)正考慮在浮橋上增加兩條城市輕軌線。一旦建成,當是世界首創。

    圖9 西雅圖新、舊長青點浮橋

    圖10 西雅圖新長青點浮橋結構佈置

    新橋的構造特徵主要表現為:

    (1)在混凝土浮箱上再設定樑柱結構,把橋面抬得更高(橋面高出水面至少6米),如此,一來可讓過橋者免受風暴來臨時的浪花飛濺之苦,二來可方便人員進入浮箱內檢查維修。

    (2)設定了三類浮箱,即連續佈置的縱向浮箱(21個)、離散佈置的穩固浮箱(44個,通過後張預應力與縱向浮箱相連)和兩端的橫向浮箱(2個)。最大的縱向浮箱長109.7米,寬22.9米,高8.5米,礫石配重後的吃水深度6.4米,浮力接近1萬噸。

    (3)為確保浮橋穩定安全(該橋可承受的百年一遇持續風速143千米/時,浪高1.83米),除浮箱構造外,還設定了50根橫向錨索和8根縱向錨索。

    圖11 挪威諾德霍德蘭橋

    圖11為挪威的諾德霍德蘭橋。該橋是由一座提供通航的獨塔斜拉橋和一座浮橋連線組成,全長1614米,橋寬10米,跨越挪威的一處峽灣,1994年開通。斜拉橋為高強輕骨料混凝土結構,長368米,主跨172米,透過一段置於浮橋之上的、坡度大於5%的坡道與浮橋相接。浮橋長1246米,置於半徑1700米的圓曲線上,由10個高強輕骨料混凝土圓端型浮筒(長/寬/高尺寸:42.0米/20.5米/7.38米)及跨長113.25米的鋼箱梁組成。

    軍用浮橋

    自古至今,幾乎每一次戰爭中都可看見浮橋的身影。這是因為浮橋構造簡單、裝拆便捷的特點,正好適應戰時橋樑的臨時性特徵。不過,儘管都為浮橋,民用臨時性浮橋與現代化軍用舟橋之間仍存在明顯區別。

    較為傳統的軍用浮橋,是以軍用舟(或特製浮箱)為浮體,設定錨索將其固定於河床,上置制式鋼樑(板梁或桁梁)並形成橋面。筆者以為,這樣的浮橋,除材料及構造不同外,建造思路與常規臨時性浮橋沒有本質區別。這類浮橋所用器材(舟、浮箱等)的尺寸較大,陸地運輸不便,架橋的準備時間較長,難以適應戰時快速部署,但好處是可以架設承載能力很大的浮橋,接通河上中斷的公路或鐵路線路。例如,2017年俄軍在葉尼塞河上架設了一座長約460米的公鐵兩用浮橋,見圖12。

    圖12 俄羅斯公鐵兩用浮橋

    現代化的軍用舟橋,多由高強輕質的鋼結構制式器材和軍用舟(還可包括兩棲車)組成,其主要由車輛載運,講究機動效能、裝拆速度、承載能力和抗損毀能力,也非常注重“舟”與“橋”的靈活運用。

    軍用舟橋的型別較多,從構造上區分,大體上可分為以下兩大類——

    第一大類是帶式舟橋。這類舟橋的裝置包括:專用運輸車、河中橋節(沿橋縱向的單元浮體)和岸邊橋節(便於車輛上下浮橋)。為便於車輛運輸,將各橋節橫向再分片(四片),片與片之間鉸接,摺疊後由專用車輛運輸,卸至水中可自行展開。將各橋節縱向銷接或扣接,就形成長短不一的浮運平臺(類似於筏子,可載運坦克等)或一座完整的浮橋。另外,帶動力的軍用舟也由專用車輛運輸裝卸,既可在浮橋下游一側起到定位作用(可取代錨纜),也可為浮運平臺提供動力。參見圖13。

    圖13 帶式舟橋(IRB型)示意

    第二大類是自行舟橋。這類舟橋的裝置就是兩棲橋接車(bridging vehicles)。車上配有一體化設計的浮箱(或充氣浮筒)及相關搭接器材,展開後下水即成為自帶動力的“舟”。將若干“舟”相連,就可形成浮運平臺或浮橋。參見圖14。

    圖14 自行舟橋(M3型)示意

    浮橋的發展

    橋樑工程的發展,早就讓浮橋退出了主流行列。即便如此,在某些特定的橋位處,浮橋仍有一定的競爭力,甚至成為唯一選擇;在軍事領域,各類軍用舟橋的發展仍方興未艾;在建築和藝術領域,浮橋也可為社會生活增添色彩。

    近年來挪威開始嘗試的水下懸浮管橋(Submerged Floating Tube Bridge, SFTB,也叫水下懸浮隧道),可以認為是浮橋的一種特殊形式。

    2016年9月,挪威公共道路局(NPRA)牽頭開展的比約納峽灣(Bjrnafjorden)懸索橋方案,完成了第二階段的研究工作。如圖15所示,因該峽灣過於寬深,方案擬借鑑近海石油行業的浮動結構技術,將一種垂直固定的浮動結構,即張力腿平臺(Tension-leg platform),與懸索橋結合起來,形成採用浮式基礎的多跨懸索橋,跨越寬約5千米、深約500米的峽灣。這橋一旦建成,有望對人類建造深水大跨橋樑提供一種新的思路。

    圖15 挪威比約納峽灣浮式基礎多跨懸索橋方案

    第二階段的研究重點包括:技術可行性,結構系統穩定性,使用效能,總體風險,意外撞擊,主要結構構件的試設計,運營和維護,施工原則,材料估算等。總的結論是:建議方案適於比約納峽灣的環境條件;對船舶撞擊的安全裕度大;採用已有建造技術可在期望時間內建成;維護成本可控。

    近年來,隨著材料科技的發展,出現了各類水上浮式平臺,包括用於水上交通的碼頭和人行浮橋,用於旅遊的觀光休閒娛樂平臺,用於生產的水產養殖平臺等。

    水上浮式平臺的主要組成單元,是由高密度聚乙烯材料製成的浮體(多為尺寸有限的立方塊)。各浮體採用同質銷釘或扣件相互連線,所形成的平臺則藉助鋼樁或水下錨碇定位。這樣的浮式平臺,具備穩定性、耐腐蝕性、環保性和新穎性,大大拓展了傳統浮橋的應用範圍。

    2016年,保加利亞藝術家赫里斯託在義大利伊塞奧湖上創作了一座浮式平臺(圖16),其由一塊水面休閒觀光碼頭和總長約3千米、寬16米的人行浮橋組成。平臺由22萬個高密度聚乙烯浮體組成,上鋪金黃色織物,成為一件頗受歡迎的藝術作品。在為期16天的免費展覽之後,平臺被全部拆除回收。

    圖16 赫里斯託創作的浮式平臺

    2017年10月,世界上規模最大的、位於貴州羅甸的水上漂浮樂園向公眾開放(圖17)。這座平臺的使用面積達到10萬平方米,浮道全長5.1千米,寬8米,由20餘萬個浮體構成。平臺區域內配備了漂浮游泳池、遊樂裝置、表演舞臺、建築物等,整體造型如同一隻色彩絢麗、振翅飛舞的蝴蝶,鳥瞰效果十分壯觀。

    圖17 貴州羅甸水上漂浮樂園

    浮橋是最古老的橋式。全世界史籍中最早記載的橋,就是浮橋;中國先民在長江上建造的第一座橋樑,也是浮橋。按時間長短,浮橋分臨時性、半永久性和永久性;按使用性質,分民用和軍用。古今浮橋,各有特點。今天,各式浮橋在為人類社會提供服務;今後,新一代浮橋可能會成為寬深水域通道的一種有競爭力的選擇。

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