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瑞士是个山地国家,高山湖泊多,地形及气候复杂,面积约4.13万平方公里,人口约867万。瑞士国家虽小,但其竞争力、创新力和人均生产总值均居世界前列。
在陆路交通方面,瑞士拥有欧洲最密集的铁路网,全长超过5000公里,建有约6000座桥梁;国家公路网长约2260公里,建有约4400座桥梁。山区及高原地形使得瑞士成为一个在桥梁领域颇有建树的国家。
瑞士桥梁的规模都不算大,但特色鲜明,创新突出,反映出瑞士桥梁工程师的设计理念和建造水平,这得益于近现代瑞士出现的几位桥梁大家。
按时间排序,第一位是罗伯特·梅拉特(Robert Maillart,1872~1940)。他彻底改变了钢筋混凝土结构的使用,创造了三铰拱、桥面加劲拱、斜腿刚架等桥梁结构,以及一些有特色的钢筋混凝土工业建筑。他设计的世界著名的萨尔基那山谷桥(Salginatobel,1930)、施万巴赫大桥(Schwandbach,1933)等极大地改变了混凝土桥梁结构与美学的发展,并影响了他之后几十年的建筑师和工程师。
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第二位是瑞士裔美国桥梁工程师奥斯马·安曼(Othmar Ammann,1879~1965)。他早年移居美国,曾参与编写魁北克大桥和塔科马大桥的事故调查报告,在纽约设计了几座世界著名大桥,包括乔治华盛顿大桥(GWB,1931)、贝永大桥(Bayonne,1931)、韦拉扎诺海峡大桥(Verrazano-Narrows,1964)等。他也曾投标过瑞士的一些桥梁项目,但未能如愿。他的一句名言是:“建造一座丑陋的桥是犯罪!”
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第三位是克里斯蒂安·梅恩(Christian Menn,1927~2018)。梅恩参与了全球约100座桥梁的建设。在瑞士传统钢筋混凝土拱桥的基础上,他探索预应力混凝土的技术和美学可能性。他主持设计的费尔森瑙高架桥(Felsenauviadukt,1974),是世界上首座预应力混凝土连续刚构桥。后来发展了预应力混凝土矮塔斜拉桥,如著名的甘特桥(Ganter,1980)和桑尼贝格桥(Sunniberg,1998)。
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本文介绍的一座百年老桥,位于瑞士伯尔尼至弗里堡的铁路线上,是瑞士最大的桥梁之一,这就是格兰菲高架桥(Grandfey Viaduct)。
第一座格兰菲高架桥是一座上承式格构桁梁双线铁路桥,建于1857-1862年。这是一座熟铁桥,桥长大约380m,主桥分跨43.30+5Ⅹ48.75+43.30m,墩高约75m。这桥的建设特点有二:一是桥墩的下半部分为砌体,上半部分采用高约43m的铸铁管结构,这样可避免搭设高大的脚手架及大量石材的提运;二是梁体采用拖拉法架设,是这一施工技术早期实践的典型桥例。
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1856年,奥地利建筑行业期刊Allgemeine Bauzeitung上的一篇匿名文章提出了用拖拉法建造格构梁桥的方法。随后的几年时间内,瑞士的一家建筑公司采用这一方法建造了三座格构式梁桥。格兰菲高架桥的架设由法国的一家钢铁公司承担,基本工序是:前推第一跨格构梁到位并用作起重机,建造第一个桥墩的铸铁管结构,然后前移梁体,建造下一个桥墩。
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顺便提及,拖拉法最初用于钢铁梁桥架设。直到20世纪60年代,德国的雷昂哈特和鲍尔基于拖拉法研发出顶推技术,并用于预应力混凝土梁桥施工。第一座采用顶推技术的混凝土梁桥是委内瑞拉卡罗尼河公路桥。这桥长480m,宽10.3m,分跨48+4Ⅹ96+48m,1964年建成。
60余年后,随着列车载重和速度的增加以及结构的劣化,需要重建格兰菲高架桥。新桥由罗伯特·梅拉特主持/指导设计,通过对比分析采用了最为经济的方案,即在原桥基础上改造出一座双层桥面(上层双线铁路,下层行人)的钢筋混凝土拱桥。新桥长383m,高82m,最大净跨径42m,1925年建成。
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第二座格兰菲高架桥的建造也有两个特点:一是采用米兰法修建混凝土拱圈,借助旧桥吊拼劲性骨架,避免搭设高大拱架;一是为经济和安全计,尽量利用原有结构,把一部分金属桁架包裹在了新桥的混凝土中。
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按今天的工程眼光一眼看过去,格兰菲高架桥实在不突出。但当我们认识到第一座格兰菲高架桥建成于162年前、第二座格兰菲高架桥也快服役了一个世纪后,就不免对其另眼相看了。这座铁路高架桥采用的组合式桥墩、拖拉法架设格构桁梁、米兰法修建混凝土拱圈、利用旧桥建新桥等,放在当时就是创新技术及应用,放在今天也不过时。值得我们品位的,是百年前桥梁工程师们的创新理念和独具匠心。因此,撰文一叙,供感兴趣者参阅。