武汉长江大桥，67岁生日快乐！

今年10月15日，武汉长江大桥67岁了！

67年前，一群桥梁界仁人志士汇聚武汉长江边，克服水文环境的恶劣和技术上的空白的挑战，修建起万里长江第一桥。

它的建设，拉开了中国现代化桥梁建设的序幕。自此以后，“大江大河上到处能走”的梦想不断变为现实。

67年过去了，跨越江河早已不是难事。武汉长江大桥如同老大哥一般，巍然屹立于龟蛇之巅，俯瞰大江东去，笑看白云苍狗。

体格强健的武汉长江大桥见证着两岸的繁荣与发展。让我们一起回过头来看，在当时的情境下——修建武汉长江大桥有多难。

气压沉箱法百弊丛生

近百年来，世界上桥梁深水基础唯一的施工方法就是气压沉箱法。气压沉箱犹如倒扣的一只饭碗沉入水底，“碗”内有压缩空气，水进不去，人在里面工作，要承受附加的大气压力。水深每增加10米就增加1个大气压力，水深40米时，人要承受4个大气压力，即每平方厘米有4公斤压力，这是气压沉箱法能承受水深的极限。

沉箱中的空气五分之四是氮气，五分之一是氧气。氮气分子在高压下融入人的神经细胞，会产生轻度麻醉，时间一长，就会产生“氮醉”的麻痹现象，即所谓“沉箱病”。人长时间在高压氧气中工作，亦会引起脑部的“氧中毒”。所以沉箱内工人不能工作太久，压力愈大，允许工作的时间愈短。

气压沉箱法示意图

在沉箱内工作一段时间后，有相当多的氮气溶解在人的血液和体内组织，出沉箱时，必须在气闸室内经过一段时间慢慢减压，让氮气慢慢释放出来。若减压太快，氮气会形成不溶解的气泡，在小血管中形成栓塞，妨碍血液流通，此即所谓的“减压病”。所以，气压沉箱法的工作效率是很低的。

另外，武汉长江大桥用气压沉箱工作的内容与过去国内曾用过的气压沉箱完全不同。过去国内用过的气压沉箱主要是清除覆盖层的泥沙，使作为桥梁基础的沉箱埋置深一些，一般可达水下20米。

钱塘江大桥有九个桥墩基岩在水下很深，先打30米长木桩160根，桩头在水下20米左右，再下气压沉箱使其能套住这160根桩头，用混凝土浇筑在一起，即成为桥墩基础。

武汉大桥气压沉箱主要工作是凿岩，开凿包括风化层岩石的基岩。在初步设计时估计需凿岩6430立方米，工作量惊人。因为武汉大桥各墩基岩的覆盖层在洪水期时可能会被冲光，成为光板，所以桥墩基础必须牢靠地嵌固在基岩中，严防移动倾侧。各墩需要凿岩平均4到6米深，其中包括基础范围内原有岩面的高差一般有5米需要凿平。凿岩计划采用高压射水、机械风动等凿岩手段，坚硬的岩层有时还要进行爆破作业，这时需要增加通风设施。这些艰难的凿岩工作都是发生在最后阶段，即3到4个大气压力时，可能会发生严重的沉箱事故。后来又从钻探资料得知：7号墩炭质页岩中可能产生有害气体，需要采取特殊措施预防工人中毒。因此情况更加复杂了。

武汉大桥桥址地质复杂，岩层设计强度差别很大，石灰岩每平方厘米400公斤，泥灰岩每平方厘米200公斤。7号墩所在的炭质页岩由于岩层破碎，每平方厘米只能承受9公斤压力。因此，凿岩需要准备多种手段。

由于沉箱内凿岩工作量大，箱内气压又高，全桥需要添置大量气闸、升降管道、大容量压风机，以及多个医疗气闸和大批船舶等等。还要培训大量沉箱工人。这样一来，工期势必延长，而且没有保证。因为一旦出现箱内4个大气压力将很难工作，只能在高水位时期停止施工。所以气压沉箱法是很不理想的施工方法，费用昂贵，有损工人健康，而且还冒着很大风险。但是这是当时世界上唯一的施工方法。

屹立于武汉长江大桥武昌岸桥头的管柱纪念碑

管柱钻孔法重燃希望

1953年上半年完成的武汉大桥初步设计中，江中8个桥墩都建议采用气压沉箱法。当年9月赴苏联技术鉴定结论亦是同样：采用气压沉箱法。1954年苏联专家组组长西林来到中国，当时他已从苏联一本煤矿工业杂志上了解到一种新型的竖井钻挖方法，设备简单，操作容易。利用钢丝绳的扭劲，一端进卷扬机，一端系钨金接头套。此接头套可在十字型钻头上端一个圆窟窿内自由转动。钻头一起一落，十字型钻头会不停地向一个方向旋转，在岩层中钻出一个圆柱孔来——后来被称为冲击式钻机或简称“砸机”。

西林设想将此种钻机移用到桥墩基础施工中来，在一个圆柱形管柱中上下起落钻头进行凿岩。但是，煤矿和武汉长江大桥情况完全不同，后者管柱是在深水急流中，如何稳得住？水下岩面复杂高低不平，会遇到流沙、塌孔、卡钻等多种困难，水下混凝土封底前清渣亦是个难题。

西林新建议的施工方法后被称为“管柱钻孔法”，完全摒弃了有百年历史的气压沉箱法，人们可在正常大气压力下工作。这种方法得到了大桥局领导的支持，决定“一切通过试验”来证明其可行性。

从1954年10月至1955年6月，共约8个月时间，大桥局对其中每一道工序进行实地试验，经过无数次的失败、改进，最后取得成功。从陆上钻头试验、管柱预制（先是小直径1.1米管柱，后改为直径1.55米管柱）、深水定位、下沉管柱（包括扶正），到岩面处理、水下钻岩一定深度、下钢筋笼、水下混凝土封底，最后再钻小孔穿过封底混凝土进入原始岩层取得岩芯进行检查，此法完全取得成功。

武汉长江大桥大型管柱施工

在深水急流中用自制的震动打桩机下插管柱，大概有二三十米长。为了保持管柱竖直稳定，外侧加设高压射水管，冲击河床泥层。管柱歪了，就调整射水压力予以纠偏。管柱底碰到的基岩高低不平、有流沙，就在管柱内抛投片石，打上一层水下混凝土，再重新开钻。最初进度很慢，1955年3月第一部钻机在一号墩上花了两个月才钻进岩层53厘米，而且钻头经常坏，后来改变了十多种式样，有带凹式钻刃的铆合式十字钻头，有整体式的，有组合式的。后来刃齿凿岩部分选用特别硬质的y-8钢制造，带弧形刃齿的钻头又改为稍微切去弧形刃齿两端的钻头。不断的改进，使钻头的稳定坚固性和钻进率大大提高，改进后的一个凹形钻头，连续钻了12000分钟，钻成了11个钻孔，且不用返修。

钻岩产生的碎渣，采用泥浆法使其上浮，然后清除。钻进一定深度就要抛投黏泥块，投多了，影响钻岩速度，投少了，钻渣浮不起来。经过摸索，每钻进1米，需投1立方米黏泥。这样，工地将粘泥块切成小块，堆码在钻孔旁，按照钻孔进度，及时投入。

管柱底钻孔深度根据岩层强度而定，岩层坚硬的钻孔深3米，岩层强度差些的钻深7到8米。由于管柱钻孔法设备简单，便于流水作业，可多工点施工，加快了全桥施工进度。

管柱钻孔法是一项全新的施工方法。最大优点是工人都在正常大气压力下操作。建设武汉大桥的职工热情度高，新方法遇到的各个难点，都在广大职工集思广益、群策群力下很快得到解决。

检查新方法的效果，关键是检查管柱钻孔后水下混凝土填充质量。全桥共有224根管柱，大桥局用KAM-300型钻机钻取水下混凝土并更深入岩层一段距离的岩芯（岩芯直径100毫米），来检查水下混凝土强度质量及混凝土与岩层结合面情况。这样用于检查的小钻孔，全桥共钻了24个。除早期施工的3个岩盘顶面有少量沙和碎石，其余21个均无夹层，说明清孔干净。填充混凝土强度亦均超过设计要求强度，每平方厘米170公斤。

1955年12月，苏联工程运输部部长及专家们来汉交流经验，其中有一位“早期怀疑派”看到这些直径100毫米的钻芯实物后，禁不住竖起大拇指，高声说新方法完全成功，这是对世界桥梁建设的一大贡献。

近似计算法非用不可

大桥上部结构建设时也遇到了不少难题。

主桥一跨128米，一般采用三角形桁式，但斜杆很长，节点板宽度超过2.5米，材料供应有困难。因此，桁式改用菱形桁式，即双斜腹杆桁式，俗称“米字形”。钢梁原计划采用浮运法架设。初步设计赴苏联鉴定后，将九孔简支梁改为三联连续梁，每联三孔钢梁，悬臂法架设。

技术上大大地进了一步，但难度亦大大增加。每联连续梁菱形桁式属于五次超静定结构，外部两个超静定支点，内部三个超静定赘余杆，其应力分析十分复杂。1954年大桥局还没有大型计算机，只有计算尺和手摇计算器。面对五次超静定，每一次荷载下应力分析，要解析五个并列方程式，结构杆件数量多，要求画出每根杆件的影响线，用传统方法工作量非常庞大，非得采取捷径改用简化的、近似的方法不可。

钢梁计算开始时，假定截面都是常数，计算出支点反力，将主桁分解为两个斜杆系统，求出各构件的内力和截面，据此截面再进行下一步计算。

由此再算出两个多余反力的影响线，将桁架视为外静定结构，全部斜杆由两个系统组成。单位荷载所在孔仅仅有节点荷载的斜杆系统受力。单位荷载在小节点或无单位荷载其他孔，假定两个斜杆系统均匀受力，各承受节间剪力之半，其上下对应的弦杆内力相等，这样可求出全部杆件的内力影响线。

采用以上近似方法，大大简化了计算工作。类此的近似简化方法还有，可以相互比较校核。上述近似计算又作了进一步优化，集中荷载乘以影响线坐标，均匀荷载乘以影响线面积，即得出内力。武汉长江大桥建设后期，曾用两列双机牵引的火车进行一系列荷载试验，证明上述近似计算方法基本符合实际情况。

武汉长江大桥通车场景

标准化让钢梁架设高效优质

钢梁采用悬臂法架设，要求杆件制造尺寸准确，同编号的杆件可以互换，架设时不需扩眼。为此设计时即作了考虑，使钢梁制造工厂化、标准化、样板化、机械化。杆件长度不超过16米，板厚不超过24毫米，节点板宽不超过2.5米。全部杆件截面是H形，内含4个隅角钢，全部桁梁杆件宽度一律为72厘米，高度可变化。全桥上下弦杆长度均为15.94米，仅11种编号；斜腹杆均长10米，14种编号；竖杆6种编号，杆件标准化，钢梁上拱度尺寸变化均做在大节点板内。

上下弦杆拼接均设在大节点板正中。所有主桁杆件工地连接的钉群均样板化作规律性排列。全部杆件均采用H形，便于工厂用马蹄形铆钉机铆合。山海关桥梁工厂为提高制造质量、推行样板化作了大量工作，用经过表面硬化热处理的钻孔套压入钢钣孔眼内，做成机器样板，机器样板孔眼则由制作工艺精湛的样板钻制。钻孔套内径被钻头磨耗达0.1毫米即予更换。这样工地连接钉孔尺寸精度大为提高，使同编号的杆件可以互换。

大桥钢梁实际架设时，没有一次钉孔需要扩孔，钢梁自然拼成稳定的三角形，大桥制造精度出乎一般意料。大桥武昌岸架设钢梁时，需要新制一台架梁吊机，由于担心钢梁架设时孔眼不准需要处理而耽误架梁速度，特意制造了一台两个吊臂的架梁吊机（双动臂吊机），但实际上一个吊臂吊机完全足够了。

武汉长江大桥钢梁架设

拼梁吊机在钢梁悬臂端，是一个很大的集中荷载，作用点在一个斜杆系统上，另一个斜杆系统受力偏小，不合理想。同时四根斜腹杆组成的菱形空间会发产生变形。为了避免以上现象发生，悬臂孔前端临时增加两挡菱形空间内水平连接杆（事后拆除），使悬臂孔后面的上下弦杆受力（绝对值）基本一致，同时增加了结构稳定性。

悬臂架梁一个重要的质量指标，即是铆合工作不能落后于拼装工作3个节点，铆合要紧跟上拼装。铆合工作需要有牢靠的脚手架，因此设有专门的铆合脚手架拼装工班。悬臂端二三十米，地窄人多，安全是个大问题，需要有严格的施工组织工作予以协调。钢梁拼架工作在白班，铆合脚手架拼装工作在夜班，一个在上游一片桁梁上操作，另一个在下游一片桁梁上施工。力求避开双层作业，确保安全。铆合脚手架一拼完，紧接着验收，铆合跟着上去。这样确保了质量，还能节省大量拼装精制螺栓。拼装螺栓随时收集，立即返修（丝扣），又可重复使用。这样巧妙安排各项工序，让工地节约了一万个精制螺栓。

武汉长江大桥钢梁板束累计最大厚度达170毫米，用直径26铆钉铆合在一起，这样又长又粗的铆钉很难铆合。又因铆钉孔直径普遍正公差多，铆钉钉杆直径负公差多，铆钉铆合后很难填满钉孔，发现有间隙且最大达2毫米，以后容易松动。为了尽量填满钉孔，工地经过研究，制成了一种高头锥体形钉杆铆钉，替代原有半圆形钉头直杆铆钉，施铆肘又加用跳动式风顶，这样大大增加了铆钉的填实度。所以到如今历经近70年，全桥近百万个工地铆钉无一松动，创造了钢梁铆合的奇迹。