浮动桥梁(你了解浮桥的前世今生吗？)

Posted 2023-05-31

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浮动桥梁(你了解浮桥的前世今生吗？)

当古人还不会或难以在深水中筑墩架梁，但又需要渡过水宽流急的河流时，该怎么办？第一种办法，自然是坐船；第二种更为长效的办法，就是把若干舟船或浮体置于水面，连为通道，这就是浮桥。浮桥是古人最早能建造的长大桥梁，是古人克服江河险阻的工程创举。今天，尽管人们能建造各式各样的桥梁，但浮桥依然在交通、军事和社会生活中发挥着作用。

古代浮桥

全世界史籍中最早记载的桥，就是浮桥。诗经《大雅·大明》中记载的“造舟为梁”，就是描述周文王（约前1152～前1056）娶亲时在渭河上连舟搭桥的情景。著名历史学家顾颉刚认为：“吾国行用浮桥之历史，估计至少已越三四千年”。不过李约瑟则认为，浮桥起源于公元前8-前7世纪，就“已经够恰当了”。

在新亚述帝国阿淑尔纳西尔帕二世（前883年-前859年在位）时期，就曾采用吹胀皮囊、上铺木板的方法架设浮桥，以使军队越过水面不宽、水流不急的河道。古希腊作家和历史学家希罗多德（前484年-前425年）曾在其《历史》一书中，描述了波斯帝国居鲁士大帝（前549年～前529年在位）攻打马萨格泰人时，曾动手在河上建造浮桥；大流士一世（前521年-前485年在位）在入侵希腊时，曾在博斯普鲁斯海峡建造了浮桥；到公元前480年第二次波希战争期间，薛西斯一世曾在达达尼尔海峡（也称为恰纳卡莱海峡）修建过两座浮桥。需要提及的是，希罗多德对博斯波普鲁斯海峡浮桥的描述，一笔带过；对达达尼尔海峡浮桥的描述，语焉不详。直至今天，大家对此还存在一些质疑和讨论。

前257年，秦昭襄王最早在黄河上的蒲津渡（今山西永济市古蒲州城附近）建“河桥”（即浮桥）。至唐开元十二年（724年），唐玄宗命改建蒲津桥，把栓连船只的竹索换成铁索，铁索每端用铁牛4头（每只重达约30吨）作为地锚。金元之际，浮桥毁于战火，只剩下两岸的铁牛（其中一岸的铁牛铁人铁柱等在1991年出土，见图1）。蒲津桥对我国古代社会的发展起到了重要的推动作用，是中国古代技术和艺术有机结合的工程典范。

图1 蒲津桥头的铁牛、铁人和铁柱

古人在长江上建造的第一座桥梁，也是浮桥。《后汉书·岑彭传》记载，东汉建武十一年（公元35年），四川割据势力公孙述为阻止汉军入蜀，在今宜昌附近“横江水起浮桥、斗楼，立攒柱绝水道，结营山上，以拒汉兵”。后被刘秀手下岑彭用火攻摧毁。

罗马皇帝图拉真（98年-117年在位）在第一次达西亚战争（101年-102年）中，曾在多瑙河上架设浮桥。这一事迹，刻录在今天罗马的图拉真记功柱（建于107～113年）上，见图2。

图2 图拉真记功柱上的浮桥石雕

在汉代，浮桥建造技术已经成熟，应用广泛。不过，因浮桥由易腐的木船木板搭建，能沿用几十年已属少见，能延续几百年（需时常修复更新）则更属凤毛麟角。江西赣州贡江之上的建春门浮桥（又称东津桥、东河浮桥，见图3），长约400米，桥宽5米，由大约百艘木舟组成。这桥始建于宋乾道年间（1165～1173年），至今已有800多年历史，仍在服役。

图3 赣州建春门浮桥（摄于20世纪40年代）

中国古代的浮桥，有不同制式。在《尔雅·释水》中，有“天子造舟，诸侯维舟，大夫方舟，士特舟，庶人乘”。有史学专家考证，“造舟”指船体顺河摆放并紧密相靠，并“亘板其上”；“维舟”指用三船或四船形成一个浮体单元；“方舟”为连两舟为一节，即采用古代曾经出现过的双体船为浮体；“特舟”指用一船为浮体；“”则是指以（木、竹）筏相连，属最简易的浮桥。从工程的角度看，这样的划分，主要取决于建造浮桥的舟船数量及类型。至于什么等级的人用什么制式的浮桥，大概是后世儒生为维护礼制的附会之辞，恐难实现。

中国古代的浮桥，也有不同构造，主要包括“曲浮桥”和“直浮桥”等。

曲浮桥通常适于河水较深、河床不稳定的河道。曲浮桥的各船体，无须用、碇或锚单独锚定于河底，而是采用大缆维系各船，并将大缆拴于两岸桩柱之上。浮桥在水流的冲击下，自然向下游弯曲，形成曲浮桥。早期的大缆材料，使用藤、竹、棕等，后来才用铁链。唐代李吉甫编撰的《元和郡县图志》中记载了建于隋炀帝大业元年（公元605年）的洛阳天津桥（初为浮桥，后改石桥），该桥“用大缆维舟，皆以铁锁钩连之”，兴许是中国古代第一次在浮桥中采用铁链。

为控制浮桥的平面移位不致过大，以利通行，在一些河水较浅、流速不大、河床稳定的河道中，可将浮桥的各船体单独锚固于河底，形成直浮桥。即便如此，通常仍需采用缆索横联各船首和船尾，或将靠浮桥端头的船体斜系于岸边，以策稳定。

另外，为使浮桥与两岸接通并适应水位涨落，需在两岸设置跳板栈桥等。为不阻碍通航，可通过在浮桥中撤板、移船或设置高脚船等方式加以实现。

浮桥的长处与不足

按使用时间的长短，浮桥可分为永久性浮桥（根据桥梁设计规范确定使用寿命，通常50-100年）、半永久性浮桥（特殊情况下或特殊季节中需拆除，经修复更新可维系较长时间）和临时性浮桥（随时装拆，临时使用，不作长远打算）。

与固定式桥梁相比，浮桥有其长处，也有不足。

浮桥的长处包括：

（1）构造简单。浮桥通常由四个部分组成——浮体、梁板、缆索及岸上或水中的锚定装置。

（2）装拆便捷（永久性浮桥除外）。做好架设准备工作后，多则数天，少则数小时乃至更短时间内便可架设完成；同样，拆除也方便。

（3）造价经济。浮桥不用设置水中基础和桥墩，工期也短，尽管日后维护费用可能不菲，但建造费用通常远低于固定式桥梁。

浮桥的不足主要是环境适应性较差，这表现在：（1）易遭受自然环境（与水文、天气相关者）变化带来的不利影响，导致浮桥的安全性或通行能力降低；

（2）设置了开启构造的浮桥，其对水上和桥上交通均有一定影响。

利用浮桥的优点，可快速架设所需的临时性浮桥。图4所示为印度“大壶节”期间，在恒河上架设的多座临时性人行浮桥。图5所示为2015年解放军舟桥部队演习时，用时15分钟架好的500多米长的军用浮桥。

图4 印度“大壶节”期间恒河上的临时人行浮桥

图5 2015年解放军架设的军用浮桥

永久性或半永久性浮桥的使用寿命较长，遭遇环境激烈变化的可能性大。因此，从设计、施工到运营、维护，更需关注环境适应性问题。

位于美国华盛顿州西部的胡德水道（Hood Canal）浮桥，是世界上第一座在峡湾环境中建造的浮桥，见图6。该桥采用混凝土浮箱，长1988米；浮桥两端设通航孔，中间也有183米长的可伸缩的浮体（以便船舶航行），1961年建成。1979年2月13日，在一场罕见的飓风（最高风速达190千米/时）、巨浪（最大浪高4.6米）冲击下，一些浮体连接部位破坏，浮桥西半部分最终在2月14日早上沉没，见图7。1982年，修复西半部分后重新开通；2009年，替换了东半部分。

图6 胡德水道浮桥

图7 1979年胡德水道浮桥西半部分沉没

在西雅图的华盛顿湖中，世界上第一座混凝土浮桥（1940年开通，现名Lacey V. Murrow纪念桥），曾在1990年的拓宽改造施工中遭遇风暴，因其中一个浮箱进水而导致850米长的一段浮桥沉没，后经修复在1993年重新开通。

在我国，似乎还没有用于公路交通的永久性浮桥。目前拥有半永久性浮桥最多的省份，大概是山东（全省有50余座，连接黄河两岸的有20余座）。这些浮桥多采用承压舟（民用的制式舟桥装备）作为浮体，型号多样，承载力较大。为保证浮桥的安全，往往在夏季洪汛期需要拆除，在冬季冰凌期需要拆除（参见图8），甚至在黄河调水调沙时也需要拆除。由此可见，这些半永久性浮桥还难以适应环境变化的要求。在交通日益发达的今天，这样的方式显然会对区域交通造成一定阻碍。解决的办法，是在条件具备时逐步将半永久性浮桥替换成固定式桥梁。

图8 2018年初山东泺口浮桥拆除

现代永久性浮桥

实际工程中，永久性浮桥的数量十分有限。

是否建造永久性浮桥，取决于桥位处的自然环境。第一是水深及其水域宽度。若水过深（例如，超过60米）且深水水域过宽，建造深水基础的技术难度和费用就会明显加大。第二是地基条件。若水下软土地层过厚，从技术和经济角度看，也不适于建造固定式桥梁。第三是对环保、景观等因素的考虑。例如，西雅图的华盛顿湖，最大水深60米以上，需要建桥处的水面宽度超过2000米，软土层厚45～60米。于是，湖上建成的三座桥均采用了永久性浮桥。

建造现代永久性浮桥的材料，通常是钢和混凝土。由于浮体位于水中，采用混凝土可能更为合适，这不仅有利于结构耐蚀，也有利于抑制浮桥因交通荷载、风浪引起的冲击和波动。浮体之上的桥梁结构，可选择钢或混凝土或两者。

永久性浮桥的浮体结构，常采用多室的混凝土密封浮箱。沿桥纵向，浮体既可连续布置，也可分开布置。对连续式浮体，桥面可直接布置在浮箱顶板上，也可配合线形设计，在浮箱顶板上再建立柱、梁和桥面。为保证浮体的定位及稳定性，需要设置锚定装置（爪锚、重力锚、系缆等）。

浮桥需与两岸的固定式桥台或固定式桥跨结构可靠相接。这是永久性浮桥的关键构造，要求接头处既可满足浮桥的多向变位，又可承受由车辆、强风、波流、温度变化、水位变化等产生的作用。

永久性浮桥的结构力学分析，因牵涉到流体-浮体耦合运动，设计上比固定式桥梁更趋复杂。对位于峡湾处的浮桥，尤为如此。设计所需考虑的各种作用，除了常规的结构自重、车辆、施工荷载、温度作用等外，还需考虑水压、浮箱配重、水位变化、强风、波浪、冰凌、层状流、水生附着物、混凝土吸水率等。偶然荷载包括：地震、船撞、锚定装置失效、滑坡造成的波浪等。

永久性浮桥的工程描述指标，主要是长度。对浮体分置的浮桥，跨度（两浮体之间的距离）也是一个指标。全世界长度排名前10的永久性浮桥信息（不完全统计），见上表。

限于篇幅，下面仅简要介绍美国的长青点（Evergreen Point）桥和挪威的诺德霍德兰（Nordhordland）桥。

图9所示为运营中的旧长青点浮桥和未开通前的新桥，图10为新桥的结构布置示意。旧桥（照片中靠前者）建成于1963年，长2310米，2016年关闭拆除。新桥长2350米，桥宽34.5～39.4米，设双向6车道和一条自行车及步行道，两端设通航孔，使用寿命75年。该桥（还包括华盛顿湖中的Homer M. Hadley纪念桥）正考虑在浮桥上增加两条城市轻轨线。一旦建成，当是世界首创。

图9 西雅图新、旧长青点浮桥

图10 西雅图新长青点浮桥结构布置

新桥的构造特征主要表现为：

（1）在混凝土浮箱上再设置梁柱结构，把桥面抬得更高（桥面高出水面至少6米），如此，一来可让过桥者免受风暴来临时的浪花飞溅之苦，二来可方便人员进入浮箱内检查维修。

（2）设置了三类浮箱，即连续布置的纵向浮箱（21个）、离散布置的稳固浮箱（44个，通过后张预应力与纵向浮箱相连）和两端的横向浮箱（2个）。最大的纵向浮箱长109.7米，宽22.9米，高8.5米，砾石配重后的吃水深度6.4米，浮力接近1万吨。

（3）为确保浮桥稳定安全（该桥可承受的百年一遇持续风速143千米/时，浪高1.83米），除浮箱构造外，还设置了50根横向锚索和8根纵向锚索。

图11 挪威诺德霍德兰桥

图11为挪威的诺德霍德兰桥。该桥是由一座提供通航的独塔斜拉桥和一座浮桥连接组成，全长1614米，桥宽10米，跨越挪威的一处峡湾，1994年开通。斜拉桥为高强轻骨料混凝土结构，长368米，主跨172米，通过一段置于浮桥之上的、坡度大于5%的坡道与浮桥相接。浮桥长1246米，置于半径1700米的圆曲线上，由10个高强轻骨料混凝土圆端型浮筒（长/宽/高尺寸：42.0米/20.5米/7.38米）及跨长113.25米的钢箱梁组成。

军用浮桥

自古至今，几乎每一次战争中都可看见浮桥的身影。这是因为浮桥构造简单、装拆便捷的特点，正好适应战时桥梁的临时性特征。不过，尽管都为浮桥，民用临时性浮桥与现代化军用舟桥之间仍存在明显区别。

较为传统的军用浮桥，是以军用舟（或特制浮箱）为浮体，设置锚索将其固定于河床，上置制式钢梁（板梁或桁梁）并形成桥面。笔者以为，这样的浮桥，除材料及构造不同外，建造思路与常规临时性浮桥没有本质区别。这类浮桥所用器材（舟、浮箱等）的尺寸较大，陆地运输不便，架桥的准备时间较长，难以适应战时快速部署，但好处是可以架设承载能力很大的浮桥，接通河上中断的公路或铁路线路。例如，2017年俄军在叶尼塞河上架设了一座长约460米的公铁两用浮桥，见图12。

图12 俄罗斯公铁两用浮桥

现代化的军用舟桥，多由高强轻质的钢结构制式器材和军用舟（还可包括两栖车）组成，其主要由车辆载运，讲究机动性能、装拆速度、承载能力和抗损毁能力，也非常注重“舟”与“桥”的灵活运用。

军用舟桥的类型较多，从构造上区分，大体上可分为以下两大类——

第一大类是带式舟桥。这类舟桥的设备包括：专用运输车、河中桥节（沿桥纵向的单元浮体）和岸边桥节（便于车辆上下浮桥）。为便于车辆运输，将各桥节横向再分片（四片），片与片之间铰接，折叠后由专用车辆运输，卸至水中可自行展开。将各桥节纵向销接或扣接，就形成长短不一的浮运平台（类似于筏子，可载运坦克等）或一座完整的浮桥。另外，带动力的军用舟也由专用车辆运输装卸，既可在浮桥下游一侧起到定位作用（可取代锚缆），也可为浮运平台提供动力。参见图13。

图13 带式舟桥（IRB型）示意

第二大类是自行舟桥。这类舟桥的设备就是两栖桥接车（bridging vehicles）。车上配有一体化设计的浮箱（或充气浮筒）及相关搭接器材，展开后下水即成为自带动力的“舟”。将若干“舟”相连，就可形成浮运平台或浮桥。参见图14。

图14 自行舟桥（M3型）示意

浮桥的发展

桥梁工程的发展，早就让浮桥退出了主流行列。即便如此，在某些特定的桥位处，浮桥仍有一定的竞争力，甚至成为唯一选择；在军事领域，各类军用舟桥的发展仍方兴未艾；在建筑和艺术领域，浮桥也可为社会生活增添色彩。

近年来挪威开始尝试的水下悬浮管桥（Submerged Floating Tube Bridge, SFTB，也叫水下悬浮隧道），可以认为是浮桥的一种特殊形式。

2016年9月，挪威公共道路局（NPRA）牵头开展的比约纳峡湾（Bjrnafjorden）悬索桥方案，完成了第二阶段的研究工作。如图15所示，因该峡湾过于宽深，方案拟借鉴近海石油行业的浮动结构技术，将一种垂直固定的浮动结构，即张力腿平台（Tension-leg platform），与悬索桥结合起来，形成采用浮式基础的多跨悬索桥，跨越宽约5千米、深约500米的峡湾。这桥一旦建成，有望对人类建造深水大跨桥梁提供一种新的思路。

图15 挪威比约纳峡湾浮式基础多跨悬索桥方案

第二阶段的研究重点包括：技术可行性，结构系统稳定性，使用性能，总体风险，意外撞击，主要结构构件的试设计，运营和维护，施工原则，材料估算等。总的结论是：建议方案适于比约纳峡湾的环境条件；对船舶撞击的安全裕度大；采用已有建造技术可在期望时间内建成；维护成本可控。

近年来，随着材料科技的发展，出现了各类水上浮式平台，包括用于水上交通的码头和人行浮桥，用于旅游的观光休闲娱乐平台，用于生产的水产养殖平台等。

水上浮式平台的主要组成单元，是由高密度聚乙烯材料制成的浮体（多为尺寸有限的立方块）。各浮体采用同质销钉或扣件相互连接，所形成的平台则借助钢桩或水下锚碇定位。这样的浮式平台，具备稳定性、耐腐蚀性、环保性和新颖性，大大拓展了传统浮桥的应用范围。

2016年，保加利亚艺术家赫里斯托在意大利伊塞奥湖上创作了一座浮式平台（图16），其由一块水面休闲观光码头和总长约3千米、宽16米的人行浮桥组成。平台由22万个高密度聚乙烯浮体组成，上铺金黄色织物，成为一件颇受欢迎的艺术作品。在为期16天的免费展览之后，平台被全部拆除回收。

图16 赫里斯托创作的浮式平台

2017年10月，世界上规模最大的、位于贵州罗甸的水上漂浮乐园向公众开放（图17）。这座平台的使用面积达到10万平方米，浮道全长5.1千米，宽8米，由20余万个浮体构成。平台区域内配备了漂浮游泳池、游乐设备、表演舞台、建筑物等，整体造型如同一只色彩绚丽、振翅飞舞的蝴蝶，鸟瞰效果十分壮观。

图17 贵州罗甸水上漂浮乐园

浮桥是最古老的桥式。全世界史籍中最早记载的桥，就是浮桥；中国先民在长江上建造的第一座桥梁，也是浮桥。按时间长短，浮桥分临时性、半永久性和永久性；按使用性质，分民用和军用。古今浮桥，各有特点。今天，各式浮桥在为人类社会提供服务；今后，新一代浮桥可能会成为宽深水域通道的一种有竞争力的选择。

（作者注：本文参考了诸多文献资料，不一一列出，在此一并致谢！）

本文刊载 / 《桥梁》杂志 2019年第6期总第92期

作者 / 李亚东

作者单位 / 西南交通大学