古今中外开启桥

绝大部分的桥梁，在建成后是固定不移的。但在特殊情况下，对一些跨越河流的桥梁，却需要让其一部分桥跨结构可以开合。这就是本文讨论的开启桥（movable bridges，也叫活动桥或开合桥）。

人类建桥，大概始于开启桥。为了防范野兽或外族侵袭，史前人类需要把桥做成可移动的。例如，陕西西安新石器时代的半坡遗址（公元前4800年—公元前4300年）是典型的环壕聚落，在聚落区四周有用于防御的大壕沟（宽6～8米、深5～6米），因此需搭设可移除的（以防范外族或野兽侵袭）进出通道。这样的通道，极有可能是由几根树干捆绑在一起的木梁桥。2011年联合国教科文组织认定的世界文化遗产“水边桩屋”（大约始建于公元前5000年），是指史前人类在阿尔卑斯山区周边的湖泊、河流或湿地的边缘建造的建筑遗址。这些桩屋借助栈桥与陆地相连。栈桥的面板可拆卸，以防范外族入侵。

当古人开始筑城而居时，情况也大抵相同。考古学家发现，公元前1860年前后，古埃及人在努比亚建造了布亨要塞（后因阿斯旺大坝的建设而被淹没在纳尔湖中），其防御工事包括护城河、吊桥（drawbridge，指吊住桥面一端、通过绳索开合的桥）、城墙、城垛等。公元前5世纪（一公元前说7世纪末）新巴比伦王国在幼发拉底河上建造的一座石墩木梁桥（见图1示意，注意桥面的颜色变化），其中的一跨需要在晚上移除或在过船时开启。

图1 新巴比伦王国的活动桥示意

古代中国的城池，大多有城墙，墙外有护城河或城壕。为方便出入，需在护城河或城壕上建桥；为阻外敌侵犯，就把桥做成可开合的浮桥、板桥和吊桥。吊桥用木梁制成，一端固定在一根可转动的木销轴上，另一端通过铁链或绳索牵引到城楼上的绞盘上；通过人力绞动，即可让桥板开合。

《墨子》第五十二篇（备城门）中记载了古代守城之法，其中的“断城以板桥”，似乎就有拉起桥板以断交通之意。在《魏书（列传第四十一）》中，记载有“杜门绝桥”（紧闭城门，收起吊桥）。在宋《武经总要》中，也记载了守城时如何制作吊桥（史籍中也有称其为桥或钓桥）。由此可见，古代开启桥主要就是吊桥，而吊桥是因城池或要塞防御而发展起来的。据此也可判断，中国最晚在春秋战国时期，就已开始应用吊桥。

在中世纪的欧洲，封建势力割据，大小战争频发。在公元9世纪后的数百年间，欧洲大量兴建具备军事防御性质的城堡，并在入口处设置吊桥。由于石砌城堡坚固耐久，一部分城堡得以保留至今，吊桥也因此维系下来。这样的例子比比皆是，如图2示例。到15世纪，就已创造出了不同的吊桥开启方式，包括：用滑轮绞盘控制起落、让桥板在滑轮上水平滑动、配置有平衡重的开合机构等。

图2 英格兰赫弗城堡的吊桥（始建于13世纪）

第一次工业革命给世界带来了翻天覆地的变化。军事科技的发展，让带有防御性质的吊桥变得无用；而内河（包括运河）船舶航行与跨河桥梁道路交通之间的矛盾，却给吊桥开辟了一席新的天地。图3所示的迪尔伯恩（Dearborn）街桥，1834年建成，是美国芝加哥的第一座开启桥，采用传统的木结构和开合方式，带有明显的古代吊桥特征。

图3 芝加哥的迪尔伯恩街桥（绘图）

现代开启桥，主要是在19世纪下半叶和20世纪上半叶修建的。建造现代开启桥的目的，是为了让桥下可通过较大的船舶。与不影响通航的固定式桥梁相比，开启桥的桥面可压低（除了开启跨），这样可缩短桥长，减小规模，节省投资；但是，桥上交通会受到一定影响，且需要长期承担桥梁开合的管养费用。可以这样理解，现代开启桥是为了同时满足通航和通车要求，而在跨河桥梁上做出的妥协。

开启桥的活动部分，是跨越主航道的桥跨结构。为减小开合重量，便于制造，活动部分多采用钢梁结构。主要的开合方式有立转、升降和平转三种。

立转（bascule）  指桥跨结构在立面上转动开合。从一端开合桥跨结构的称为单叶式，从两端开合者则为双叶式。英国伦敦的塔桥，就是一座双叶立转式桥，1894年建成，见图4。单叶式跨度最大的是乌克兰尼古拉耶夫的因古尔河桥，跨度76.25米，1980年建成（图5）；双叶式跨度最大者是2000年建成的西班牙巴塞罗那港“欧洲之门”桥，跨度106米，见图13。

图4 伦敦塔桥

图5 尼古拉耶夫因古尔河桥

升降（lift）  指桥跨结构垂直升降开合。这类开启桥需在活动桥跨结构的两端设置塔架和提升设备。跨度最大的升降桥是美国纽约州斯塔滕岛和新泽西州伊丽莎白之间的奥瑟基尔（Arthur Kill）单线铁路桥，跨度170米，建于1959年，见图6。

图6 奥瑟基尔单线铁路桥

平转（swing）  指桥跨结构绕一根或两根（桥墩处的）竖轴水平旋转，只绕一轴即完成开合的称为单叶式，绕两轴者为双叶式。世界上跨度最大的双叶式平转桥是埃及跨越苏伊士运河的艾尔法丹（El Ferdan）桥，其为一座三跨悬臂钢桁梁铁路桥，分跨150+340+150米，全桥沿主跨跨中分为两部分，各自绕一竖轴水平转动，2001年建成，见图7。

图7 埃及艾尔法丹铁路开启桥

设有活动通航孔的永久性浮桥，是浮在水面上的开启桥，多采用伸缩（retractable）的开合方式。这样的实例很少，图8所示为美国西雅图的老长青点（Evergreen Point，1963-2016年）浮桥的伸缩跨。不过，新建的长青点浮桥，采用抬高的边孔将其取而代之了。

图8 西雅图老长青点浮桥的通航孔

其他极少用到的开合方式，如侧转（tilt，英国纽卡斯尔的盖茨亥德千禧桥）、折叠（folding，德国基尔的号角桥）、潜入（submersible，希腊科林斯运河入口处的漫水桥）、卷曲（curling，英国伦敦的卷桥）、开扇（fan，英国伦敦的扇桥）等，均为建筑师在人行开启桥上的奇思妙想，恐怕难以用于交通干线上的桥梁。

无论采用哪种方式，活动桥均需设置一套适宜的开合系统。开合系统通常包括：平衡重机构、机械转动系统（铰，齿轮、滑轮等）、动力系统、控制系统等。近年来建造的一些开启桥采用液压驱动代替传统的齿轮驱动。

从历史的情况看，需要建设开启桥的地方，通常是在地势低平处的通航水道（包括运河）之上，比如，江河下游的城区河道，入海口的港湾地区等。举例如下。

荷兰阿姆斯特丹的地势不高，水网交错，河道纵横。全城数千座桥梁中，有90多座规模不大的开启桥，排名世界第一。瘦桥（Skinny Bridge，图9）是位于市中心的一座吊桥，也是现存唯一的木制吊桥，其始建于1691年，最晚一次重建是1934年。

图9 阿姆斯特丹的瘦桥

美国伊利诺伊州的芝加哥，位于芝加哥河河口，东临密歇根湖，号称开启桥之城。全城仅公路、铁路开启桥就有64座，其中41座仍在使用。最老的开启桥建于1834年，而最新的也是30余年前建造的了。为了满足芝加哥河与密歇根湖之间的帆船及其他船舶的航行，每年从4月到11月，需开启桥梁大约40次，这已成为城市旅游和桥梁文化活动一景，见图10。

图10 芝加哥的开启桥

中国天津位于海河下游，境内有海河、子牙河等多条河流穿流入海，是我国建造开启桥最多的城市。第一座开启桥是1888年在南运河上架设的金华桥（双叶立转式，早已不存）。接下来是1906年建成的跨越海河的金汤桥（平转式，1970年拆除设备，2005年改建后恢复），1927年建成的跨越海河的万国桥（今天的解放桥，双叶立转式，1973年停用，2008年改造后恢复），1937年建成的位于子牙河下游的大红桥（平转式，1965年停用开启功能）。

1985年建成的跨越海河河口的塘沽海门大桥，正桥总长550m，钢桁升降梁长64米，时为中国跨度最大的升降桥，见图11。2007年建成的温州瓯南大桥，其可升降的钢桁梁长75.46米。2010年建成的天津响螺湾海河开启桥，主跨76米，为亚洲跨度最大的双叶立转式开启桥。

图11 天津海门大桥

一般而言，开启桥难以适应繁忙的水陆交通。不过，在某些特殊情况下，仍需建造开启桥。这些特殊情况大致包括：无法提供足够的桥下净空，或水陆交通量都不大且可大幅节省建桥费用，或桥位两端道路难以适应高架，或桥位附近已有开启桥等。试举几座公路开启桥如下。

图12 西雅图斯波坎街桥

图12所示为美国华盛顿西雅图的斯波坎街（Spokane Street）桥，也叫西雅图开合桥。这是一座双叶式平转桥，结构为三跨预应力混凝土梁，主跨146.3米，1991年建成。每叶的转动重量6800吨，由设置在桥墩内部的液压系统承担。2015年该桥的开启次数约为每天3次，每次开启的平均用时约12分钟。

图13 巴塞罗那港的欧洲之门桥

图13为2000年建成的欧洲之门（Porta d’Europa）桥，位于西班牙巴塞罗那港内。结构采用造型简洁的双叶立转式，两转轴之间的距离109米，桥宽35.6米，液压驱动。不开启时的桥下净空22米，以供常规船舶通行并减少开启次数。

日本的梦舞大桥是一座可开启的永久性公路浮桥，连接大阪港内的梦洲、舞洲两座人工岛。主桥为三跨钢拱结构，主跨长280米，置于两个大型浮筒上，2002年建成，见图14。必要时，可用拖船将浮桥绕一端的竖轴整体平转，提供超过200米的航道宽度。

图14 大阪梦舞大桥

图15所示的古斯塔夫·福楼拜（Gustav Flaubert）桥，是位于法国鲁昂的一座升降桥，横跨塞纳河。桥全长670米，双幅，每幅桥宽18米；升降梁长120米，塔高86米，桥下净空7～55米，全开启后可通过4万吨级船舶。采用置于塔顶的一个蝶状滑动系统及塔内其他机构来升降桥面，开启时间12分钟。

图15 鲁昂的古斯塔夫·福楼拜桥

图16所示的英国双帆桥（Twin Sails Bridge），位于连接英格兰普尔港（Poole Harbour）和孔湾（Holes Bay）的一条运河上，建成于2012年。桥长约139米，宽约16米，5跨；中间可立转的跨度23.4米，由两个象征船帆的三角形叶片组成。采用液压驱动，开启时间只需2分钟。

图16 普尔港双帆桥

法国波尔多的雅克·沙邦-戴尔马（Jacques Chaban-Delmas）开启桥，其建筑造型表现出浓厚的当代科技气息，见图17。该桥跨越加龙河，桥长433米，宽45米；升降塔高87米，升降梁长110米，采用滑轮系统提升；2013年建成。

图17 波尔多雅克·沙邦-戴尔马开启桥

图18所示的雷斯（Rethe）航道开启桥，位于德国汉堡港内，完成于2017年，用以替换1934年建成的一座升降式开启桥。新桥跨度104米，采用双叶双幅的形式，一幅用作14米宽的公路桥，一幅用作10米宽的铁路桥。开启时间约4分钟。

图18 汉堡港内的雷斯航道开启桥

总体而言，建造开启桥的主要目的是为了缓和通航与通车的矛盾。过去经常是以牺牲通车、满足通航为前提，现在应能更合理地组织协调水陆交通。

在水陆交通繁忙之处，不宜建造开启桥。在不那么繁忙之处，建议能不修则不修。一来“各行其道”是最简单最有效率的交通方式，二来得慎重考虑开启桥长期的管养费用。

开启桥的设计建造，不仅仅是桥梁工程的事，还与机械工程、电气工程等有密切关系。宜采用先进的开合系统，尽量缩短开合时间，提高通行效率。

开启桥更容易吸引社会大众的关注。进入21世纪后，开启桥的开合技术更为先进，桥梁的建筑造型也更为讲究。

今天桥梁施工中广泛采用的转体技术，得益于开启桥。这可能是开启桥对桥梁建造技术的一大贡献。