1934年11月11日,当时的世界和平日,钱塘江大桥举行奠基仪式;1935年4月1日正式动工。
1937年9月26日,正是淞沪会战烽火岁月,钱塘江大桥通车,全部施工时间不到30个月。
1934年11月11日举行奠基仪式(前左八为茅以升)
回首建桥始末,中国著名的桥梁专家茅以升克服资金、设备和技术上的重重困难,按照他当时80多岁的老母所谓“唐僧师徒取经经历的八十一难”,终于建成此桥。
在技术上,建桥者们主要面临的是打桩、沉箱和架梁三大国际级难题。
打桩巧用“射水法”
钱桥是我国近代史上第一座现代化公铁两用桥,没有任何可以借鉴的施工方法,茅以升与罗英等在建桥中采取了N项新技术,用“射水法”解决打桩难题就是一个创举。
建桥先要选桥址,钱塘江底地质情况复杂。1932年起,当时的浙江省建设厅在14个点上进行钻探,发现一些点的江底有40多米深的淤泥,下面还有厚厚的粗砂卵石,最底下的岩层又自北至南有明显倾斜。经过反复比较,最终将桥址选定在江底淤泥较薄、水势也相对较缓的杭州六和塔附近的月轮山下。
针对钱塘江特定地质条件,茅以升与罗英为大桥设计了独特的结构:每个桥墩底部打入160根长30多米的桥桩,再在桥桩上安放水泥沉箱,沉箱上面再建20多米高的桥墩……
因钢桩成本太高、30多米长的混凝土桩生产困难,打下去时也容易碎。最终选定了成本较低、搬动轻巧的木桩。茅以升后来回忆说,为保证桥墩基础质量,专门从美国进口了2000多根木桩。
因为江底淤泥最厚处达40多米,30米长的木桩打到岩层时,桩尾已在泥下10多米了。为把木桩送到预定深度,打到一半时,木桩尾部得套上22米长的钢套筒。特别是靠近南岸处的江底泥沙层更厚,需用40多米的长桩,打桩时蒸气锤先锤击固定在木桩上的楔形物,打到一定深度再锤击桩顶。
22米长的钢套管
套上钢套筒继续锤击直至桩尖触到岩层
打超长木桩,先锤击固定在木桩上的楔形物
1935年8月开始,打桩工作次第展开,但困难重重,进展很不顺利。江面茫茫一片,没有可作坐标的建筑物,很难确定桩位,茅以升等采用了特制的工具设备和测量技术,方准确定位。
打桩工作开局不利:当时包商康益洋行特意在上海定制了二艘蒸汽打桩机船,一艘叫“多德号”, 船长120英尺、宽40英尺、吃水7英尺,以蒸汽锅炉为动力,配备一台高120英尺的打桩机架及三具蒸汽绞车,这在那个年代已可算是先进设备了。
“多德号” 8月1日出厂,随即由“爱力克”、“康益”两条拖轮牵引,赶往打桩工地。谁料出师不利,驶进杭州湾不久,就遇上大风,先是与“爱力克”号拖轮碰撞,后又触礁,一根桩都没来得及打的“多德号”,8月3日晚9时许竟沉没于海宁澉浦水域,所幸人员撤离及时,未造成伤亡。
茅以升闻讯,心急似焚,紧急催促,多方协调,等到另一台打桩船赶到现场,正式开始打桩施工时,已是9月上旬了。打桩开始后,情况更不妙,因为江底淤泥中夹杂许多抗力较大的砂砾层,打轻了,木桩下不去,打重了,木桩就断了。一昼夜只能打一根。全桥有9个墩要打桩,至少有1440根桩,按此速度,光是打桩就要4年,2年内通车根本成了笑话。
锤击后折断的木桩
被打断的木桩
那些天,茅以升彻夜难眠,深感压力山大,连走路都在思考应对之策。某天他从小孩对着江畔沙堆撒尿得到启发,采用“射水法”打桩。所谓“射水法”,就是用一根内径76毫米的长钢管,套上内径32毫米的管嘴,以1900L╱min水流量、18kg╱c㎡的水压,先在淤泥中冲出一个深孔,在拔出水管的同时,快速将戴上钢管套的木桩插入孔中,让其以自身重量下沉,再用蒸汽锤施打,直至木桩触及岩层。
采用“射水法”打桩后,进度大大加快,随着工人技术不断熟练,最多时一昼夜打桩30多根,为大桥按期修通奠定了基础。
打桩机正在作业
桥工们冒雨打桩
中流砥柱话沉箱
完成了桥墩底部打桩,就要在木桩上安放沉箱了。实践证明,使用沉箱的独特设计,犹如中流砥柱,经受住了汹涌澎湃钱江潮80年的考验,至今犹岿然不动。
沉箱终年在水面下,鲜有人见其庐山真面目。茅以升上世纪六十年代在《钱塘江造桥回忆》中深入浅出地“科普”:“它是个长方形的箱子,上无盖、下无底,箱壁的半中腰有一层板,把箱分为两半,箱的上一半口朝天,下一半口朝地。因为有口朝天的这一半,沉箱就能浮在水上像条船;因为有口朝地的这一半,沉箱下沉后,盖住江底,就形成了一个房间。把高压空气打进这个房间,将水赶走,工人就可在那里面作业……”
沉箱(下)与桥墩(上)的模型
沉箱是钢筋混凝土结构,每个长约18米,宽约11米,高约6米,重约600吨,在当时的技术条件下,堪称巨无霸。这个庞然大物当然只能在岸上浇铸,桥北的沉箱工地在现今的白塔公园江墅铁路遗址处。当年没有大型起重工具,沉箱做成后,如何从岸上运到江中?如何安全把它运送到预定位置?碰到的困难异乎寻常。用简易龙门吊吊起沉箱,放在转动螺旋机上,两边30多位桥工同时转动钢轮,从工地到江边30多米路程,每次要耗费2个多小时。这样的速度自然不能让茅以升满意,于是他们发动工人想办法,后来更换了一个有钢珠轴承的特制螺旋机,并改用电力绞车推动,反复实验取得成功,采用新方法后,15分钟就能把沉箱运到江边。
人工推动的门吊把沉箱移到江边
运载中的沉箱
沉箱下水后浮在江面上,然后用拖轮将其拖向墩址,如何在湍急的潮流中控制定位?由于缺乏经验,起初遇到许多挫折。有一次沉箱到桥址后,尚未完全固定,突然遭遇天文大潮,捆沉箱的缆索松断,沉箱又浮起“走”动,漂到下游闸口电灯厂,赶忙设法拉回桥址。正要把它沉到江底时,又遇到台风加大潮,铁链破断,沉箱再次浮起,又漂到上游的之江大学(现铁路钱江疗养院附近)江面。大潮退后,又陷入泥沙中,费了好大劲才拖回来。不料夜里来了场大风雨,沉箱竟拖带铁锚,又往下游浮走,而且越走越快,等到追及时,已到离桥4000米外的南星桥,将渡船码头撞坏。后来用了14条汽轮,才把沉箱拖回桥址。
浮运的沉箱
茅以升后来在《钱塘江建桥回忆》中写道:“在4个月内,沉箱如脱缰之马,乱窜了4处之多”。茅以升感慨地回忆,“外界不明真相,说钱塘江果然利害,桥墩站不住,东西乱跑。甚至认为有鬼,要包商烧香拜佛!”茅以升是应原浙江省建设厅长曾养甫所邀担任桥工长处的,困难时刻,已调任铁道部次长的曾养甫闻讯赶到杭州,对茅以升说:“如果桥造不成功,你得跳钱塘江,我也跟你后头跳!”
这是激励,也是信任,背水一战,茅以升明白自己没有退路。茅以升发扬工程技术人员的聪明才智,不断改进施工技术,原先4个500公斤大铁锚固定不住,改用10吨重的混凝土大锚10个,再用“射水法”将大锚埋入泥沙6米深处——从此沉箱就不再乱跑了。
固定沉箱的绞车
工人们用绞车固定沉箱
沉箱内本来采用人工挖土,但箱内空间狭窄,在高压空气中工作效率也低,沉箱下降进度很慢,一昼夜只能下沉15厘米;“后来采用喷泥法,经过多次失败才成功,一昼夜竟可下降1米”——喷泥法就是用高压空气冲动泥沙,使泥沙通过真空管向外排放。
在沉箱里作业也很危险,开工不久,4名在沉箱作业的桥工因一氧化碳中毒身亡。1937年8月14日,日本飞机轰炸在建的钱塘江大桥。茅以升那天正好在6号墩20多米水下的沉箱里指导作业。“忽然沉箱里的电灯全灭了,一片黑暗。”沉箱里的电灯照明和高压空气,都靠上面供应,一旦断电断气,江水涌入沉箱,茅以升和其他人都性命难保了。万幸空军英雄高志航率中国军机升空,以3:0的战绩击败日机,保护了钱塘江大桥。守护沉箱气闸的工人也冒着生命危险坚守岗位,避免了悲剧发生,许多年后,茅以升还对这位未留下姓名的老桥工感念备至。
安装在沉箱上的压缩汽的闸门
潜水员准备潜水检查沉箱安放状态
在沉箱内作业的技术人员
在沉箱内实习的大学生
沉箱内作业的技术人员和实习的大学生,很多成为建国后建造武汉、南京长江大桥和黄河大桥的领军人物。
沉箱内的作业环境很艰苦
沉箱在施工过程中是工具;施工完成后,它又成了桥墩的砥柱,默默地沉在江底,负载桥墩让火车安全通行,“沉箱精神”也是茅以升等老一辈工程技术人员的象征。
在沉箱上部建造桥墩
巧借涌潮架钢梁
每年都有上万人到钱塘江大桥纪念馆参观,参观者们提出最多的问题是,在缺乏大型起重设备,钱塘江涌潮汹涌澎湃的恶劣条件下,重达260吨的钢梁是如何运输、架设到高出江面10多米的桥墩上的?
笔者先后查阅了茅以升先生《钱塘江建桥回忆》和我国著名桥梁专家、时任钱塘江工程处见习工务员姜时俊先生撰写的工程报告等史料,两位前辈用生动的笔墨,详尽地描述了钱塘江大桥钢梁组装和安装全过程,可以解答大家心中的疑惑。
钱塘江大桥全长1453米,正桥1072米由15个桥墩和16孔钢梁组成。钢梁结构为双层,上层是公路、下层是铁路,每孔长67米,高10.7米,宽6.1米,重260多吨。囿于当时中国没有生产钢梁的能力,全球公开招标,结果由英国Dorman Long(多尔曼龙)公司中标。
钢梁从英国装船运到上海吴淞口码头
钢梁在英国制造完毕后,拆散用轮船运到上海吴淞口,再用火车经沪杭铁路拉到杭州闸口工地组装,此处离钱塘江边只有300米,离大桥不到1000米。
用火车运到钱塘江边的闸口工地
把钢梁配件从车上卸下
设计时16孔钢梁规格全部一样,这是茅以升考虑到当时中日战争一触即发,如日寇铁蹄继续南侵,万不得已就炸掉一孔钢梁,战后重建再将南岸16号钢梁移至被炸处,其空缺用土石方暂时填充代用(后大桥果然在通车83天时,由茅以升指挥炸毁)。
架设大桥钢梁的传统工艺采用“伸臂法”:即从岸边桥墩开始拼装钢梁,钢梁逐渐延伸出桥墩,直至下一个桥墩。这个办法虽然安全系数大,但必须等桥墩按序全部建好,钢梁才能从两岸逐步伸入江心合龙。钱塘江大桥为赶工期,15个桥墩完工次序被打乱,因此除南岸第16孔钢梁外,其他钢梁不适用“伸臂法”安装。
用“伸臂法”安的桥墩钢梁
茅以升先生虚心请教熟悉钱塘江水文规律的当地人来者佛,充分发挥施工人员的集体智慧,最后发明“浮运法”解决了难题:即把整孔钢梁装载在二条灌上半舱水的船上,巧用钱塘江涌潮的落差,把钢梁安全安装到位。“浮运法”的优势在于只要邻近两墩完成,就可架设一孔钢梁,不必按桥墩顺序架设。
浮运法运载钢梁
浮运法运载钢梁准备安装
“浮运法”实施时也遇到了很多困难,时隔20多年的1963年,茅以升先生还记忆犹新:其一,把260多吨重、由杆件组成的钢梁,从闸口组装工地运送到江边,虽只有几百米路程,但稍有不慎就可能倾覆和碰伤。经多次试验,最后研制成功了一种可在钢轨上移动的钢梁专用托车,方安全把钢梁运到船上。
其二,水上浮运钢梁时,需要两只特制的木船联在一起,上面安放塔型木架,托住钢梁的四个支点。两只船都设水舱,用储水量控制船身升降。浮运要趁每月大潮,否则水位高度不够;所有环节设计必须精确,只要一个环节失误,就会前功尽弃。
其三,由于设备尺寸庞大,每次能利用的潮水落差只有1米左右,故对潮水涨落时间预测必须准确,各项准备工作必须充分,方能使钢梁安全到位。
其四,钢梁安放到桥墩前,桥墩托举钢梁的支座底板预留螺孔须精确,万一钢梁落到桥墩后不能用螺栓及时固定,就会危及钢梁与桥墩安全。
其五,浮运过程中如遇恶劣天气,可能造成钢梁颤动、碰撞、倾斜、飘流、搁浅等事故,因此事先必须要有相应预案。
钢梁慢慢落到桥墩上
时任闸口钢梁装配工地监工的姜时俊先生,除负责正桥钢梁安装监工外,还负责记录、撰写大桥钢梁施工报告等任务。这些资料详细记录了正桥钢梁建设自安装工场布置,到栈道修建、钢梁安装的全过程。
1937年6月1日,姜先生参与了第一孔钢梁的浮运和安装工作,他在次日(6月2日)撰写的《第一孔钢梁浮运报告》,详细描述了全过程:“第一孔钢梁于五月十七日移至栈道之终点。当即开始架高,次日晨竣,东边架高六呎半,西边架高七呎,系浮运于第十二及第十一墩之间者。”
“六月一日晨三时开始工作,先导水入船历时一小时之久,将浮船移入钢梁,直至下加置垫木三十余吋,时约四时三十分,因水位仅5.85公尺,不能将梁托起。直至七时三十分,潮水上涨水位增高达6.05公尺,船中积水亦尽抽出,两端桥梁徐徐升高,七时四十分用绞车拖出,距木架之百余呎处,即卸去锚链,改用轮船前拖,其法如浮运第六孔(十三与十二墩之间)时相同。不一刻钟浮船即靠近桥墩之东面二百余呎处,急行抛锚,继续轮拖。八时三十分即告就位,唯水位过高,两端高出墩面二呎余,待十一时四十分,潮退水落,始将插栓塞紧,约十二时竣事。”
此文所用计量单位“呎”,应是英尺,每英尺约合公制30.48厘米。从姜时俊的《报告》中可以看出,虽然设备简陋、施工方式原始,但因准备工作充分,现场施工秩序有条不紊,用浮运法把一孔钢梁拖离码头,至安装到位,仅用了一天时间,可见工作效率很高。
已安装到位的钢梁
用“伸臂法”安装第16孔钢梁
靠近南岸的第16孔钢梁,因离岸太近,水太浅,无法采用浮运法,只得改用“伸臂法”就地搭建组成。
其他15孔钢梁都采用浮运法安全安装到位,因措施周全、组织精心,从6月1日开始安装第一孔钢梁,到9月26日大桥通车,只用了118天。
1937年9月26日凌晨4时,第一列火车通过钱桥
12月23日,日军攻打杭州,为阻断日军从浙北南下,当天下午,茅以升怀着悲愤下令爆破,那时大桥刚刚通车才89天。这一天,对茅以升来说终生难忘,那晚他在自己的书桌前写下8个大字"抗战必胜,此桥必复"。
抗战胜利后,茅老重返钱塘江大桥,历时3年多,终于彻底修复了大桥,1953年5月钱江一桥恢复通车。
如今,六和塔旁的钱塘江大桥已服役80年,战争年代留下累累伤痕,至今仍超负荷运行下,“老当益壮”的它被网友赞为“桥坚强”。
不止于此,钱塘江大桥还是全国文物重点保护单位和爱国主义教育基地,并且入选《中国档案遗产工程》名录。它就像一位长者,伫立潮头,见证着杭州这座城昨天的坚毅和今天的繁荣,启示着人们牢记历史,奋发向前。