关于1908年建造的兰州黄河铁桥(今“中山桥”),其“桥墩沉箱”技术的运用,是中国近代工程史上一次极具挑战性的壮举。这座桥的建造是在极端困难的条件下,将西方技术与本土智慧结合的典范。

1908年1月29日,建造中的黄河铁桥,这是桥墩沉箱,当时最先进的技术

兰州桥的建造,面临着黄河上游水深流急、地质复杂、设备简陋和气候严寒的多重挑战。其技术应用的核心逻辑是:在无法彻底排干河水的激流中,为桥墩创造一个稳固的“水下地基”。

与后世常见的“气压沉箱”不同,由于缺乏大型空压设备,兰州黄河铁桥采用了一种更原始的 “开口沉箱” 工艺。具体方法是先建造一个巨大的无底箱体,然后依靠向箱内抛填大量石块来增加重量,使其在自身重力下切入河床。这种方式更像一个“深基础围堰”。

为了减少水流冲击,主要施工选择在黄河冬季枯水期和凌汛间隙进行。工人们甚至利用冬季低温,在沉箱外围人工泼水结冰,形成临时的“冰围堰”来辅助止水,这是极具地域特色的土办法。

沉箱下沉并非机械化作业。当沉箱依靠自重下沉放缓时,工人需进入箱内,在齐腰深的冰水中用最原始的工具(铁锹、箩筐)人工挖掘河床的泥沙和卵石。这是一个极其艰苦且危险的过程,完全依靠人力与意志完成。

为了在沉箱底部进行混凝土封底,必须先排出积水。工程采用了 “虹吸管原理” 结合蒸汽泵进行抽水,利用气压差创造短暂的干燥作业面,然后迅速浇筑混凝土。这在当时是极为关键的工序。

“桥墩沉箱”技术示意图

在当时的技术和物质条件下,这项看似“笨重”的技术,却起到了决定性的、不可替代的作用。

成功穿透了黄河兰州段厚达数米、由鹅卵石和流沙组成的河床,将桥墩基础牢牢坐落在更稳固的底层上,直接决定了桥梁的生死存亡。

1908年冬季建造的兰州黄河铁桥(今“中山桥”),其“桥墩沉箱”技术堪称世界奇迹!

形成的巨大实体混凝土基础,其自重和嵌入深度提供了超凡的抗冲刷和抗倾覆稳定性,使其能够承受黄河汛期巨大的水流冲击力和浮冰撞击。

在工业基础几乎为零的内陆城市,将西方图纸上的桥梁技术,通过本土化的施工方法变成了现实,其象征意义和示范效应巨大。

兰州黄河铁桥的沉箱实践,影响深远。

该项目由德国泰来洋行承建,美国工程师满宝本、德国工程师德罗负责技术,但施工主力是中国工匠。这种“外方设计指导,中方落地执行”的模式,为后续大型工程(如钱塘江大桥)培养了第一批见过世面的本土技术工人和管理者。

它是在中国大江大河上首次成功应用深水沉箱基础的铁桥。它所积累的数据、遇到的难题(如卵石层挖掘、冬季施工、防水等)和解决方案,都成为后来者的宝贵经验库。茅以升在主持建造钱塘江大桥时,就深入研究过包括兰州桥在内的早期沉箱案例,并在此基础上优化为更先进的“气压沉箱”法。

通过实践,让中国工程界深刻认识到基础工程的重要性远大于上部结构。从此,“基础不牢,地动山摇”成为共识,对基础勘探、设计的重视程度被提升到前所未有的高度。

同时,兰州黄河铁桥“开口沉箱”的局限性(对工人生命健康威胁大、效率低),也反过来刺激和凸显了引进更安全、高效的“气压沉箱”技术的紧迫性。可以说,它为后续更先进技术的引入铺平了认知道路。

民国时期的兰州黄河铁桥明信片

简而言之,1908年的兰州黄河铁桥,是在极端受限条件下,用“人力+智慧”完成了沉箱技术的中国化首秀。它不像后来的大型工程那样拥有精良设备,但正因如此,其克服困难的过程更凸显了工程学的本质。它与后来采用更先进气压沉箱的津浦铁路泺口黄河桥、杭州钱塘江大桥共同构成了一部中国近代深水基础技术的发展简史:从人力主导的土法攻坚,到机械化气压沉箱的成熟应用,再到现代智能化、装配化的演进。

桥梁的“桥墩沉箱”技术,正是在这一次次具体的、充满挑战的工程实践中,不断迭代,最终融入中国现代桥梁工程的血液之中。