瑞士名桥之旅

关于举办“第二十二届全国桥梁学术会议”的通知2015年国际桥梁及结构工程协会（IABSE）的秋季年会在瑞士的...



关于举办“第二十二届全国桥梁学术会议”的通知

瑞士是个诗意的国度。在这个面积仅4万平方公里的国土上，浓缩了欧洲自然人文的精华。除了兼收法国、德国和意大利多元风格的建筑和园林，桥梁也是可圈可点。在世纪之交的1999年， 20世纪的最后一期英国《桥梁设计与工程》杂志向世界30位著名的桥梁工程师、建筑师和学者征询，评选20世纪最美丽的桥梁。进入前10名的桥梁中，就有两座位于瑞士，分别名列第一和第七，即萨基纳峡谷桥（Salginatobel bridge）和桑尼伯格桥（Sunniberg bridge）。萨基纳峡谷桥和桑尼伯格桥，都位于瑞士东南方的格劳宾登（Graubunden）区，靠近瑞士和德国边境。

在注册报到当天，我看到会议手册中会后参观桥梁的行程中，包含这两座桥，便毫不犹豫报名加入了这个为期一天半的名桥探访之旅。我们一行共10位成员，可以称得上一个小小的“联合国”：其中，有两位教授分别来自瑞典和德国，两位来自日本的桥梁养护公司（明石海峡大桥的养护单位），还有一位任职于智利公共工程部、智利奇洛埃岛查考海峡大桥（Chacao Channel Bridge）项目的财务督察，三位同济大学的博士生加上我有4位中国人。领队是瑞联邦格劳宾登区交通工程局（负责对公路的桥梁、涵洞、天桥、立交桥、挡墙、防噪音墙进行建造和维修的单位）建设主管Schellenberg博士。瑞士是个山地内陆国，有“欧洲屋脊”之称。全境以高原和山地为主，除了湖泊，大部分地区群峰耸立，层峦叠嶂，陡坡深谷。因而拱桥成为最常用的桥梁结构。此行一共参观了7座桥，拱桥就有5座。

不知道是因为顺路还是有意为萨基纳峡谷桥安排做铺垫，我们参观的第一座桥是正在建设中的塔米那（Tamina） 桥（图1）。这是一座预应力混凝土空心板拱桥，跨越塔米那深谷，连接圣加仑区的Pfäfers和Valens两个社区。这座拱桥跨度260m，总长475m，建成后将成为瑞士最大跨度的拱桥。板拱的施工采用悬臂浇筑，由两端向跨中对称延伸，在桥跨中点合龙。我们参观的时候，用于板拱施工的塔架已经拆除。大桥预计在2017年通车。

据领队Schellenberg博士介绍，Pfäfers是极富盛名的风景旅游点。这里有欧洲最多产的放射性温泉泉源，自中世纪以来就是王公贵族的水疗之地，不远处是一个滑雪胜地。塔米那是一条陡峭狭窄的深谷，最深处几乎终年不见天日。塔米那大桥的立项曾经过长时间的讨论，环保主义者反对在这里架桥，认为人为的构筑物会扰乱Pfäfers峡谷的静谧。项目最终获得通过是需求的决定。因为原有的进山道路滑坡严重，一直有落石隐患，而跨越Pfäfers峡谷，是替换原有通道的必经之路。也是因为这个原因，塔米那桥型的选择，在最大限度上兼顾了与环境的协调。这座拱桥的效果图，轮廓很像放大了的萨基纳峡谷桥。

我们参观的第二座桥，就是在20世纪最美桥梁评选中，拔得头筹的萨基纳峡谷桥（图2）。

这座桥，是最早赢得“瑞士之外”的赞誉。1947年， 罗伯特·迈雅的作品以其优雅的艺术造型入选纽约现代艺术博物馆，萨基纳峡谷桥和迈雅的另外几项设计的模型， 作为该馆的353号展品，陈列了4个月。1991年，美国土木工程师协会将其命名为国际水平的土木工程里程碑。在进入21世纪时，不同机构的“最美桥梁”评选，萨基纳峡谷桥都名列前茅。

通往世界名桥的，竟然是那种弯弯曲曲，蜿蜒盘旋的山路。一路上车很少。我猜像，如果不是1947年在纽约现代艺术博物馆陈列它的模型，以及随后美国普林斯顿大学教授David P·Billington著书对它的热情赞誉，这座桥的知名度远达不到如今的程度。因为它架设在一条很偏僻的乡村小路上，若不是专程前往，多半与它无缘。萨基纳峡谷桥跨越阿尔卑斯山系的salgina峡谷，连接两个小镇Schiers和Schuders。1925年，经公民投票，瑞士修改了禁止私家车在这个偏远山区通行的法律，河谷两边的居民希望在这里架设一座可供汽车通行的桥梁。当地的建设主管于1928年7月公开招标，标书要求设计一座“大约134m 长的钢筋混凝土桥（也可以是铁桥）”。

一个月后，迈雅的方案在19个竞争者中，以最低标价胜出。

该桥梁的施工也极具挑战，100m的深谷，从谷底搭建浇筑拱桥的支架，材料和人工都是一笔不小的费用。迈雅对此也做了精心的考虑，他需要的支架仅是支撑拱结构本身浇筑，一旦钢筋混凝土拱圈达到养护强度，就可以成为上部结构浇筑的支撑。因此，拱架也可以设计得非常经济。（图3）。这个简易的支架堪称因地制宜，6个工人一个夏天便完成了。搭建拱架的圆木就来自附近的森林。工人们就近砍伐树木，稍作加工，用作拱架的基本材料。他们先从峡谷两侧拼出来两扇大牛腿，在顶部放置一段30m高的桁架梁， 就形成了混凝土拱圈的浇筑支架。建桥用的混凝土全部是手工搅拌振捣，手推车运送到工地。全桥的混凝土浇筑用了3个月。1930年8月，桥梁通车。

此桥在1973至1976年间进行过较大的维护加固，主要改善了路面的排水，将原设计沿桥面横向直接排放，改为桥头集中排水。集中收集雨水不是环保要求，而是为了保护桥梁结构。收集的雨水并不做处理，只是集中后，直接排放。据领队Schellenberg博士介绍，1991年，该桥获得ASCE 命名的“土木工程里程碑”后，被定位为永久保护桥梁，管理部门制定了十分严格的维护规定。例如：不得改变其使用状态，局部的维修必须尽可能保持原来的材料色彩和质感，不得轻易替换原有构件等等。根据这些规定， 桥梁在1995年至1998年间进行了第二次维修，包括西桥台加固，桥梁两侧护墙的更换。此外，为改善混凝土的耐久性，拱截面外表面、侧墙和桥面与拱顶之间的立柱外表面，都做了重新处理。先用高压水枪将外表面的混凝土剥离10～20mm，然后用30mm的喷射混凝土修复。最后根据原桥的照片，用木模板对表面进行处理，以保持原结构的外观（图4）。说起来，这座桥很有戏剧性。以最低价中标，以外观造型出名，首先赢得了建筑师而非结构工程师的肯定。

实际上，迈雅是极富创意的结构工程师。在混凝土结构刚刚开始取代砖石结构的年代，迈雅对这种新材料有着敏锐的直觉。他不喜欢当时在同行中十分流行的设计方法，即经由复杂的数学计算，获得荷载作用下的结构应力，并据此作截面设计。他也反对模仿某种特定的建筑风格，添加仅用于装饰设计元素。在通过激烈投标竞争才能争取到设计权时，迈雅必须追求最经济的设计，才可能赢得设计和建造合同。

迈雅用独特的结构造型，平衡设计中永存的一对矛盾——经济与美观。他的桥面板加劲拱结构的设计思想， 是在拱顶处考虑桥面板与拱结构的组合作用，从而将钢筋混凝土材料的效率用到极致。为了实现这个目标，必须准确推算拱轴线，从而获得最经济的截面设计。迈雅使用图解静力法，经过多次迭代矫正，获得了准确的内力数值， 以此实现了最经济美观的结构造型。图5反映了部分的推算过程。

关于图解静力学，大家一致认为德国结构工程师卡尔·库尔曼（Karl ·Culmann）是开拓者。他在1866年出版的德文书《图解静力学》(Die graphische Statik)里，系统论述了如何用生动具体的几何图形分析“形而上”的力。这种将力线与几何形态相结合的方法，成为结构工程师与建筑师沟通交流的语言，成为力与美之间的一座桥梁，也成为实现结构的景观与经济完美协调的有效工具。

在设计萨基纳峡谷桥之前，迈雅于1925年首次应用他的桥面板加劲拱结构的设计思想，完成了一座跨度为43.2m 的无铰拱桥（Valtschiel）。这座桥2013年经过局部加固， 目前开放作为人行桥。我们在行程结束前，参观了这座桥(图6)。据介绍，迈雅的设计，很少考虑排水对桥梁结构表面的耐久性的影响，他的桥，桥面雨水都是通过护栏边上留的半圆排水口，横向排到桥下。在萨基纳峡谷桥的维护中，为有效保护桥梁结构，这些半圆形排水口被封闭了。这座较小的无铰拱桥，维修时保留了原来的半圆开口，只是减低了桥面标高，增加了桥面与半圆口底部的距离和桥面纵坡。这样，雨水可以沿着桥面纵向排放，不会从开口处流出来。我们参观的另一座名桥， 是兰德瓦瑟高架桥（Landwasser-Viadukt）（图7）。在瑞士的多种旅游手册里都会看到这座桥。这是一座单线铁路桥，建于1902年，全长136m，高65m，有5个砖石砌成的桥墩，支撑6个跨度为20m的半圆拱，平面是100m的小曲率半径弧形。桥梁的一端直接与兰德瓦瑟隧道连接。这座高耸入云的大桥，与铁路线一起，在2008年被联合国教科文组织列入了世界文化遗产名录，名为“阿尔布拉-伯尔尼纳的雷蒂亚铁路文化景观”。这条铁路线也是瑞士旅游项目冰川快车的一段。

这座桥的施工极具挑战性。照片中接近拱脚处那些从柱顶外伸的小悬臂，是当年施工留下来的。后来维护时， 曾就这些外伸小悬臂的去留征询过当地居民和历史桥梁保护专家的建议。从结构角度，这些小悬臂已经没有任何作用，本身却还需要维护。最终的决定服从了当地居民，在进行了防腐处理之后，它们作为历史桥梁的原貌被保留了下来。如果说，萨基纳峡谷桥是迈雅效率与美观直觉的结合，桑尼伯格桥则完全不同。

萨基纳峡谷桥之所以在19个竞标方案中脱颖而出，完全是因它的造价最低。美观，亦非刻意追求，而是源于它的简洁、轻盈和材料的最佳利用。

桑尼伯格桥（图8）位于世界著名滑雪胜地Klosters的通道上，跨越lanquart河谷。早在1974年，当局就开始酝酿修通前往Klosters胜地的公路。然而，这个计划直到1998年才宣告完成。其间各相关部门、利益团体，都在保护自然美景和开发滑雪资源之间博弈权衡。一直到1993年，修建公路的立项才获得通过。在立项当时，桑尼伯格桥是跨越Lanquart河谷第一个人工构筑物，也许会成为唯一的一个。因此，当地居民对这座桥的景观提出了很具体的要求，希望桥梁最大限度与当地的山景幽谷融为一体；结构尽量纤细，尽量通透，将视觉上的冲击降至最低。

当局选择了3家设计公司为桑尼伯格桥提供方案。3家公司的方案都不约而同地选择了简约的梁桥。与此同时， 当时年逾7旬的杰出桥梁大师克里斯蒂安·梅恩（Christian Menn）独立提交了一座矮塔斜拉桥的方案，这座造型独特的桥梁立刻吸引了当地交通局的注意。当局采用了梅恩的概念设计，具体计算分析和施工图设计，则指定当初那3家设计公司中的一家来完成。当局希望梅恩的矮塔斜拉桥造价不超过最低造价梁桥的20%。最终的设计表明，与最便宜的梁桥方案相比，矮塔斜拉桥的造价增加14%。

与梁桥方案不同， 梅恩的矮塔斜拉桥采用四塔五跨， 这座总长为526m的弯桥， 跨径布置为59+128+140+134+65m，中间两个桥塔下塔柱接近65m高。上塔柱高出桥面15m，竖琴布置的斜拉索为主梁提供辅助支撑，使得主梁得以沿桥纵向采用等高截面。桑尼伯格桥的设计过程，充分体现了桥梁概念设计的重要，也充分体现了设计者的经验、阅历和视野，对一座桥梁成功完成发挥的至关重要的作用。特别是在功能与造价两个主要因素的约束下，实现高标准的美观和优雅， 更需要桥梁设计师既精于严谨的理论计算，又能够在某种程度上超越数学和力学，充分发挥想象力。可以说，桑尼伯格桥融入了桥梁大师梅恩在多年的工程实践中提炼的精华，他对结构系统行为的整体把控，使他精准地抓住了形体与支撑的结合点，向世界桥梁界呈献了一座完美的经典。也正因为如此，对设计大师梅恩满满的崇敬，与桑尼伯格桥的美景一起，长久留存在每一位参观者心中。

桑尼伯格在结构设计，美观造型上的诸多特色，已经有许多文章做过介绍。我在这里只提及一点参观时印象最深之处。从图9可以看出，这座桥的上部结构高度很薄，桥面板仅有40cm厚，桥塔也十分苗条，充分体现了通透。这是因为在构造上有效利用了弯桥可以将部分的温度纵向力转换为弯矩的特点，取消了桥面两端的伸缩缝，于是桥面形成了一个平面拱结构，对桥塔的横向稳定提供了有效保证。特拉弗辛纳人行桥位于格劳宾登的阿尔卑斯山区，跨越莱茵河。这里的居民使用列托罗曼语，这是瑞士的四种官方语言中，除德语、法语、意大利语之外的一种使用人数最少的语言。在古罗马时代，这里有一条驿道Viamala， 在列托罗曼语中意为“险峻的山路”。那时，驿道也许有过临时的简易木桥。但大多数的时候，旅人多半只能沿陡峭的山路下到谷底，涉水渡过河流浅滩。到近代，人们选择方便快捷的交通工具旅行，于是，这条古时的驿道便渐渐废弃了。

到了20世纪80年代，徒步旅行变成一种时尚运动。古时那条险峻的山路，成为夏季登山运动和游览的一条热线。

即使是登山爱好者，也希望能够有一座人行桥连接峡谷的南北。1996年，一座跨度48m的步行桥由瑞士的结构工程师约格·康策特（Jürg Conzett）设计完成。三年后，这座桥梁被流石毁损，葬身谷底。

复建特拉弗辛纳桥，选址成为康策特的最大难题。原来的桥址落石频发，显然不能再用。康策特在峡谷两侧反复踏勘，期望找出一处理想之地，既能避开落石，架设的人行桥又不至于太长。这座桥的资金来源于私人募捐，大跨度意味着更多的资金需求。康策特被地质条件、峡谷两侧的落差、如何节省经费等问题所困扰。好不容易找到一处相对理想的桥位，最小跨度也接近100m。业主认为在如此跨度的桥梁上跨越山涧，行人如履钢丝，难免有心理障碍。即使桥梁建成，也未必会为登山者所爱。

把平面桥梁变成坡道桥，桥上设阶梯来克服两端的落差，这个几乎是颠覆传统人行桥观念的灵感，让康策特豁然开朗。阶梯式的人行桥，延续了登山者攀爬的感受； 用176级阶梯替换掉22m的高差，将人行桥的另一端降低标高，放置在更接近谷底的坡地上，便能使得跨度减小到57m。这简直是神来的创意！（图11）然而康策特并未就此止步，他在悉心体会行人的感受，希望他的这座桥更加人性化。在一次晚餐中，康策特的妻子说，一座桥就应该是高低弯曲的，人们会喜欢在这样的桥上行走。妻子的这个直觉判断，犹如一道闪电，激活了康策特的又一个灵感：采用悬索桥，而且将两端锚固在不同标高。这就是一座高低弯曲的人行桥了。

接下来，康策特运用图解静力法，选择悬索桥大缆的垂度，比选垂直吊杆和交叉吊杆的优劣等等。在峡谷旁边的一处乡间餐馆的外侧走廊上，设计师康策特用一张张图纸向我们介绍这一繁复而有趣的调整过程。随着一组组折线、曲线、圆弧的调整变换，最终演变成为大缆形状，也演变出了交叉吊杆的合适角度和合适长度。

这座人行桥的桥面是全木结构，施工采用节段预制拼装。缆索架设就位后，预制的桥面节段由直升机运至现场。运送节段的直升机同时也是空中吊机，节段的运送和就位一气呵成。

2005年，复建的特拉弗辛纳人行桥开放供游人使用。

2015年9月26日下午，在设计师康策特的带领下，一群热爱桥梁的工程师，变身短途的徒步旅行者，走了一段并不险峻的山路，进入阿尔卑斯山。在崎岖的山路上拐过几次弯，一抬头，便是这座横空出世的人行天桥。

在这样的一座桥梁上行走，沿着琴键般的一级级阶梯拾级而上，两侧扶手外面是逐渐变短的交叉吊杆。沐浴在午后的阳光和初秋的山风中，游人、天桥和幽谷全部融为一体。我们都陶醉在这物我两忘的境地，竟浑然忘归了。

（作者：林同棪国际（中国）工程设计有限公司)

（编辑：江北)

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