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亚东桥话14:何谓viaduct?

估计有些读者一看到本篇微文的题目,心里就会想:viaduct不就是高架桥吗!这有什么好谈的?可是,在英文文献中,有些桥被称为bridge,而有些桥却被称为viaduct,这是什么原因呢?本篇拟对此讨论一二。

viaduct一词的来源

一般认为,viaduct的词意源自于拉丁文via(取道)和ducere(引导),前一个词还在英文中使用,后一个词根逐步演变成了duct(输送管,导管)。在古罗马时代,建造了许多专门输水的通道(架在空中,或位于地下——搞隧道的读者应该对此比较感兴趣),称为aqueduct。在当时的技术条件下,当aqueduct需要架空跨越时,就只能做成跨度不大、跨数较多的石拱结构;同时,为输水方便,结构得架得较高,也比较平顺(起伏不大)。这类aqueduct,就称为水道桥,或高架渠,或渡槽。今天使用的viaduct一词,脱胎于aqueduct,用来特指具备某些构造特点的桥梁,且词意也有一定扩展。

古罗马时代的aqueduct

在古罗马帝国疆域内,曾建造过众多的水道,仅为古罗马城供水的水道就有11条。最早的aqueduct,是罗马城的阿皮亚水道(Aqua Appia)。这条水道长16.4km,建于公元前312年,其绝大部分位于地下,现已不存。另一条年代久远的aqueduct是玛西亚水道(Aqua Marcia),建成于公元前140年,全长91.3km,其中只有11km位于地面之上,见图1。从照片中看,玛西亚水道的拱上部分相当厚实,这是因为在公元前33年以及在公元1586年,在其上增建了其他水道所致。

图1  古罗马玛西亚水道

世人最为熟知的aqueduct,应该就是法国南部的加尔(Gard)水道桥了,见图2。这桥建于公元4060年,高49m,分三层,顶层渡槽47个拱,275m长;中间层11个拱,242m长;底层6个拱,142m长。1740年,在底层的一侧拓建出一座供马车和行人通行的石拱桥。

图2  法国加尔水道桥

另一座世界著名的aqueduct,是位于西班牙古镇塞戈维亚(Segovia)的古罗马水道桥,如图3所示。塞戈维亚水道桥全长728m,高约28.5m,大部分为双层石拱,共有167个拱洞。这桥共用了两万多块花岗岩巨石,不用任何粘合剂干砌而成。这桥一直到19世纪中期才停止使用,至今保存完好。

图3  西班牙塞戈维亚水道桥

补充一点。aqueduct的建造技术并不是古罗马人的原创,其继承于伊特鲁里亚(Etruscan)文明。这一文明(约900100BC,全盛时期为前6世纪)产生的城市建设(包括城市规划、拱券结构、供水及排水系统等)对古罗马建筑的影响很大。还有文献记载,在公元前700年左右,古代亚述王西拿基立Sennacherib曾建过一条50km长的水道,其中就有一座跨越河流的水道桥(就是今天所说的运河桥)。最早建造在地下的aqueduct,出现在地中海克里特Crete岛上的米诺斯文明Minoan,约28501450BC期间。米诺斯文明源于古埃及和小亚细亚,比古希腊文明大约早一千年。

铁路发展初期的viaduct

1825年,铁路在英国诞生。在铁路发展初期,建造了大量的铁路石拱桥。例如,最新的统计资料表明,英国的约4万座铁路桥中,石拱桥就占到一半,其中桥龄超过100年的占比64%。这些早期建造的铁路石拱桥,在相当程度上体现出古代水道桥小跨、多跨、高架、平顺的构造特点。这样的桥,就称之为viaduct,并沿用至今。

试举几例。图4所示为英国的阿辛顿(Arthington)高架桥。这桥建成于1849年,桥长460.2m,由20孔半圆拱组成,拱跨18.2m。图5所示为法国的西兹-博洛宗(Cize-Bolozon)公铁两用高架桥,建于1875年;桥长273m,计11孔;二战后毁坏,1950年重建。图6所示为德国的阿尔滕贝肯(Altenbeken)高架桥,建成于1853年;桥长482m,20孔,拱跨15.69m。

图4  英国阿辛顿铁路高架桥

图5  法国西兹-博洛宗铁路高架桥

图6  德国阿尔滕贝肯铁路高架桥

viaduct词意的扩展

随着铁路的发展,出现了采用不同材料、不同桥式的铁路桥(不仅仅是石拱桥)。但是,只要具备多跨、高架的特点,也还是被称为viaduct。图7所示为英国的贝内尼(Bennerley)铁路高架桥。这桥建成于1877年,墩和梁均采用熟铁制成的格构式桁架(现代桁架桥的早期形式);桥长443m,桥高约19m。

图7  英国贝内尼铁路高架桥

在“亚东桥话12:土木工程历史性标志ABC”一篇中提及的智利Malleco铁路高架桥,也是一例,见图8。这桥1890年开通,桥长347.5m,桥面高102m;采用格构式钢桁连续梁,5等跨结构,每跨长69.5m。后来,在边跨增设了支墩,在墩梁结合处增设了桁式支撑。

图8  智利Malleco铁路高架桥

今天,viaduct一词是指那些高架的、多跨的公路或铁路桥,而对桥梁类型、跨度大小则没有什么限制。这样的桥梁,多半是具备“两高一大”特征的山区跨谷桥(见亚东桥话5:漫谈跨谷桥)。试举几例。瑞士1969年建成的石墉(Chillon)高架桥,见图9。这桥两线并列,桥长2210m,跨度92104m。德国1978年建成的科赫塔尔(Kochertal)高架桥,见图10。该桥长1128m,最大跨度138m,桥面高度185m。法国2004年建成的米约(Millau)高架桥,见图11。这桥长2460m,最大跨度342m,桥面高度270m


图9 瑞士石墉高架桥


图10  德国科赫塔尔高架桥

图11  法国米约高架桥

另外,随着城市的交通发展,出现了城市高架桥。这样的桥,是架设在既有道路上方的。除了跨越交叉路口或河流的大跨结构外,城市高架桥同样体现出小跨、多跨、高架、平顺的特征。不同的是,其主要不是为了跨越障碍,而是为了增加道路的通行能力,见图12。因此,也称其为高架路,或简称高架。

图12  成都二环路高架桥

小结。Viaduct来自于aqueduct,早期应用于铁路桥梁,今天多用来称呼山区跨谷桥和城市高架。当然,从工程结构的角度看,viaduct和bridge都是桥梁,没有什么差异;但从工程历史的角度看,探讨viaduct的起源和应用,可能有助于我们从某个角度了解桥梁工程的发展轨迹。


(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)

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