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改变美国乃至世界桥梁建筑史的大桥是如何完成的?| 我们的生活是这样被设计的

设计

改变美国乃至世界桥梁建筑史的大桥是如何完成的?| 我们的生活是这样被设计的

高雅2017-02-05 07:30:00

建造结构、方式、材质,所有的一切都是新的。坐落在纽约东河上的布鲁克林大桥 100 多年前就宣誓了技术和工业的力量。

“按照我的设计完成作品的话,(它)将不仅仅是现存最伟大的桥,也是这个州、这个时代最伟大的工程。它最显著的特点:伟大的塔楼,将会是连接两座城市的地标,将会被评为国家历史遗址。一件伟大的艺术品,一个先进桥梁工程的标本,这个结构将会永远证明这个社会的活力、财富和进取心。”约翰·罗布林(John Augustus Roebling)在 1867 年写下这句话,用他一贯“好像没有什么不可能”的语气。

他说的是布鲁克林大桥,当时世界上最长最贵的悬索桥, 首次连接布鲁克林和曼哈顿,创造了新纽约的桥,作为纽约想要成为世界商业中心的雄心布局的桥。

提案

“纽约和布鲁克林必须统一”,纽约论坛报的创办者 Horace Greeley 在 1849 年的旗杆中说。

在东河上建造一座桥连接两座城市的想法一直存在美国人心中,最早有记录的正式提议出现在 1800 年,此后,每年都会有一个又一个的东河桥提案出现,但没有一座化为现实。

这其中最主要的原因,便是横亘在两座城之间的东河。作为潮汐海峡,东河在当时水流湍急,河底有许多礁石;作为曼哈顿重要的交通口岸,它也是当时世界上最繁忙的一条航线。每到冬天,河面结冰,连接纽约和曼哈顿的交通便会瘫痪。

1867 年,美国奥尔巴尼,一个章程投票正在进行,The Bridge Company 获得了建造和运营东河大桥的授权,章程中没有提及关于建造桥店任何建议,只说,这应该是一座收费桥、有充足的围栏、整晚都灯火通明,以及应该在 1870 年 1 月 1 号竣工。

一个月后,章程变成了法律,约翰·罗布林被任命为工程师。

美国高架钢结构建筑史上有很多英雄人物,罗布林一家(是的,除了约翰,还有他的儿子甚至儿媳)是最特殊的一个组合。作为一位勤学好问的德国青年,建筑工程学背景的约翰·罗布林在 1831 的普鲁士只能修铁路和公路,于是他移民美国,并创立了一种特殊的生意:在纤维绳上绞入铁丝,以改善牵引船只的麻绳总是断裂的状况。约翰·罗布林就此拥有了世界上最大的钢梁和缆绳生产公司。

但是,约翰·罗布林最直接的愿望是做悬索桥。他在德国上学时就见过一些小型的设计,1851 年,他在尼亚加拉瀑布上得以实现了一个大型设计,并且在人类历史上第一次让一列火车驶过这座钢丝缆索拉撑的桥跨。这一切,成了他被任命布鲁克林大桥设计师的前提。

19 世纪末的美国,马克·吐温称其为“奢侈的年代”,也是臭名昭著的堕落时代,政治贿赂,欺诈合同,双重标准的全盛时期,如果你头脑简单,漫无目的,纽约是你幻灭的好地方。身为犹太人的约翰·罗布林显然不是。他聪明、有野心,知道如何与政府和商人打交道。

布鲁克林大桥最终耗时 13 年建成,约翰·罗布林和他儿子都成了大桥的牺牲品。

约翰·罗布林

前所未有的巨大沉箱基座

踌躇满志的罗布林着手建设布鲁克林大桥这个伟大的工程,但在一次勘测塔楼的途中,船撞上了码头,约翰·罗布林的一只脚被挤在了码头地面和锚桩之间,受伤并感染了破伤风,他拒绝医生治疗,迷信一种古老的水疗法, 2 个月后就去世了,年仅 63 岁。

但计划并没有停下来。约翰·罗布林的儿子华盛顿·罗布林说服了不安的股东,成为布鲁克林大桥的主工程师。

华盛顿·罗布林

约翰·罗布林的计划中,整座桥依靠两个塔楼支撑,首先他必须足够坚固,以支撑起桥的重量,其次必须足够高,不会干扰河上繁忙的运输。

当务之急是先建造一个可以水下作业的沉箱。华盛顿以前在欧洲见过小的沉箱,但布鲁克林大桥需要建造的沉箱比当时欧洲任何一座桥都要大,占地超过四个网球场的大小,要三城楼之高。罗布林选择了造船厂建造沉箱,因为他认为只有造船工人知道如何让木材防水。

建好的沉箱像船一样入水,再由拖船将其引导至修筑桥柱的地点。下水后,十层坚硬的木板添加在沉箱顶部,一边工人们用铁锹和鹤嘴锄将沙砾和石头挖出箱体,沉箱下沉;另一边工人在箱体顶部建造桥柱,花岗岩的重量让沉箱进一步下沉,直到触碰到河床,再灌入水泥,制成坚固的基座。

罗布林选择了坚固防水黄松木,并在沉箱内外涂上 6 英尺厚的防水涂层,6 个“管道”连接沉箱与外部空间,两个圆筒状的气闸( air lock)运输压缩空气,输送井(supply shaft)输送工人进入沉箱作业,也是工程完毕后水泥的输送通道,注水的传动轴(water shaft)一直从沉箱底端延伸到水上,输送沙砾和石头,“水轴”的巧妙之处在于,不仅能起到“锁住”空气的作用,还能检测沉箱中的气压。

沉箱

庞大精密的沉箱设计,对工人们来说就没有那么伟大了。

东河的压力、热气、压缩空气......难闻的气味,混杂着钻孔机和铁锹的声音,恶劣的环境中,水下的工人们每天只能工作 4 个小时。一些工人们经常感到呼吸困难、眼球发红突出、流鼻血、反胃作呕,之后甚至会出现四肢麻痹和疼痛,这些症状在回到陆地几天到几个星期中消失。

但即便是炼狱一般的施工环境,布鲁克林的大桥建造中从来没有缺过人。那是 19 世纪的美国,每天 4 小时 2. 1 美元的薪酬(地面上 2.5美元/8小时),足以吸引大量的移民劳工。

基座比想象中困难得多,必须经历漫长而痛苦的过程,一点一点挖出来。直到 1871 年,布鲁克林大桥的塔楼建成。

纽约河段的工程队就没有那么幸运了,沉箱持续下潜 18 米依旧没有到达岩层,接连两人死于潜水病,工地上人心惶惶不断有人离开,也不断有新的移民劳工被“丰厚”的报酬吸引而来。

深度到达 24 米,当时从来没有任何一座桥到达过如此深度。工程队碰上一块像水泥一样坚硬的石头,工人的工具都敲钝了。华盛顿必须作出评估,是要设法抵达床沿牺牲更多的工人,或是让塔楼立于坚硬的沙块上。

他选择了后者,但他必须承受失败的风险。如今,100 多年过去了,地基依旧坚固。

塔楼图纸

越是浩大的工程,牵扯的人越多,不可控因素也越多。由于工人偶尔的疏漏,造成火灾和压缩空气泄漏,长期呆在水下患上潜水病的华盛顿,病情在这几次的事故加重,已经无法去工地。

他的妻子艾米丽·罗布林自学高级数学、工程学,在接下来的 11 年中帮助华盛顿监督工程并转达大桥建造遇到的问题和解决方案。与此同时,生病的华盛顿依旧每天在纽约的家中,用军事望远镜观察工程进展。

相比磨人的水下之旅,水上的塔楼建造则轻松得多。每天,三架吊车在蒸汽发动机的带动下将巨石(石灰岩、花岗岩)吊到半空中,逐一就位。当时美国大多数建筑不超过 5 层楼高,布鲁克林大桥的塔楼有 25 层楼之高,视线之内,鹤立鸡群的哥特风格的塔楼,十分振奋人心。

第一次使用钢索

钢材的出现造就了布鲁克林大桥的另一个前所未有的成就。

塔楼上承受着四根巨大的主绞索,将纽约和布鲁克林相连。主悬索直径为 0.4 米,长约 5633 米,由 19 股钢索绑在一起,每股钢索由 278 根钢丝拧成,每根钢丝有一根铅笔粗。布鲁克林大桥首次使用了钢索,在这之前,应用较为广泛的是铁锁,有些甚至是绳子。

为了消除人们的疑心,当第一个钢索悬挂起来的时候,机械工程师法林顿坐着吊椅滑过钢索,成为了第一个跨越这座大桥的人。

但事故还是发生了。错的不是钢材,而是制造钢丝背后的人。

1871 年美国民主党的政治机器坦慕尼协会首脑 William M. Tweed(“BOSS” Tweed),也是桥梁股票的主要持有人和负责项目财务的董事会成员,被爆出贿赂丑闻入狱。根据他的证词,为了赢得 150 万美元的债券,从桥梁工程中牟利,Tweed 贿赂市参议员金额高达 6 万 5 美金。公众对政府和公司,再一次失望。

由于约翰生前对质量极尽严苛的要求,约翰罗布林公司可以制造出最好的钢索。但因为利益冲突的攻击,罗布林公司无法参与建造的过程。董事会紧扣预算,钢索承包权落在了布鲁克林公司 J. Lloyd Haigh 的手上。 J. Lloyd Haigh,业内都知道是一个不老实的商人,在主钢锁里,混杂了腐烂的钢丝。1878 年 6 月,一位工人在施工时由于钢丝断裂坠落,造成 2 名罹难,3 人伤势严重。

尽管最终钢索的承包权回到了约翰罗布林公司,但已经掺杂在主钢索的腐烂钢丝没有办法收回。华盛顿只好在每根主悬索上多添加了 150 根钢索,以保证工程的质量。而拉住四根主悬索的地钩,每个足有 54431 吨重,相当于 12000 头大象拽着主旋锁。除此之外,华盛顿在悬挂桥面的吊索中另加了斜撑杆,使得桥面比约翰·罗布林计划中坚固了 6 倍。

“最后一根稻草”出现在建造第十年,由于提供桥面材质的公司迟迟无法供应,再加上此前不断爆出的丑闻和事故,公众的耐心似乎消磨殆尽。关于华盛顿病情加重,神志不清的谣言四起,一时间舆论将矛头指向华盛顿。

换主工程师的提议被提上董事会议程,这对于为这项工程奉献了十几年的罗布林家族无疑是巨大的打击。艾米丽·罗布林在检测工程之余,张罗着平息谣言,保住罗布林主工程师的位置。她是第一个在美国土木工程师协会上进行演讲的女性,成功地保住了华盛顿的尊严。

建成

伴随着复杂利益的斗争和层出不穷的意外,1883 年, 历时 13 年,一共牺牲了 27 人,包括主工程师约翰·罗布林,布鲁克林大桥终于建成。

时任美国总统切斯特·艾伦·阿瑟及纽约市市长富兰克林·埃德森走过大桥,与另一边的布鲁克林市市长塞斯·洛会合,几千人参加了落成典礼,在烟花和礼炮中,见证了激动人心的一刻。

罗布林一家是幸运的(是的,用美国另一位著名桥梁建筑师欧玛士·阿姆曼的说法,“运气”,是他职业生涯最重要的东西。阿姆曼是著名的韦拉扎诺峡湾大桥的设计师。)

布鲁克林大桥始终未发生垮塌事故。垮塌事故在 19 乃至 20 世纪非常常见,其主设计师都是著名的工程师,比如西奥多罗·库柏之于魁北克附近的圣劳伦罗河大桥。86 名工人与垮塌的大桥一起掉入河中,75人溺水身亡。

许多工程师都会在别人的失败里寻找弥补自己方案短处的线索。每次发生这样的垮塌事故,与大桥建设无关的工程师们就会涌向事故现场,努力确定原因。但是就这座垮塌的大桥本身而言,设计它的工程师的职业生涯就此结束。

在罗布林的计划中,桥面两旁的人行道高于车道与铁路轨道,可以让人们好好地享受这座桥带来的迷人景致。正如 David McCullough 写道,“车行道和轨道是为了每天的交通,而人行道则为了灵魂”。

高耸的塔楼、优雅的拱门、交错的钢索和斜撑杆,感谢电灯的发明,布鲁克林大桥也是第一座使用电灯照明的桥梁,构成了东河上第一道迷人的夜景。

直到今天,布鲁克林大桥仍然是美国最著名的大桥之一。在 1903 年之前,即在布鲁克林大桥与曼哈顿中间的东河上建成威廉伯格大桥之前,他一直是世界上跨度最大的悬索桥。正如作家盖·特里斯的说法:“它一直为诗人们所赞美,美学家们所羡慕,自杀者们所钟情。”

《咖啡公社》中的布鲁克林大桥

题图、文中图来自:ArchdailyEngineer's journalMotherboard、Wiki

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