站在 Yerba Buena Island 的 Vista Point 观景台上,朝西看,是一座深色钢架的双层悬索桥,两座高塔撑起两条弧形缆线,桥面日夜有车流过。朝东看,是一座白色的单塔,一条缆线从塔顶向两侧斜拉下来,塔不在桥的中轴线上,它偏在一边,让整座桥看起来像一只正在收拢翅膀的白鸟。

Bay Bridge 西段远景
Bay Bridge 西段,双塔、两根主缆、双层车道结构。来源:Wikimedia Commons

这不是两座桥。这是同一座桥的两个半段:西段 1936 年启用,东段 2013 年才通车。拆开它们的是同一次地震:1989 年 10 月 17 日的 Loma Prieta 地震。震后决策者在同一座桥上做了两个完全相反的决定。西段加固保留但外表不变,东段全部重建。结果就是今天站在 Vista Point 看到的画面:一段 1936,一段 2013;一段保留原貌,一段彻底换新。

西段:1936 年的工程自信

Bay Bridge 的全称是 San Francisco-Oakland Bay Bridge。1936 年 11 月 12 日通车时,它是世界最长的跨水桥梁之一,总长 8.4 英里,造价 $77 百万,比预算还低。152,000 吨钢、71,000 英里缆线、55 百万个工时。西段是双悬索结构,上层 6 车道走汽车,下层 3 车道走卡车加 2 条铁路铁轨(火车 1958 年停运后下层改为 5 车道)。两座主塔之间跨距 2,310 英尺。为给这座 3 百万吨的桥安装减震支座,施工队曾经把整段桥面顶起来

1935 年 Bay Bridge 施工 catwalk
1935 年美国海军飞艇拍摄的施工画面,catwalk 悬挂在未完成的塔柱之间。来源:Wikimedia Commons

这座桥一直是湾区的"workhorse",日均 25 万辆车,比 Golden Gate Bridge 多一倍。但它在 Golden Gate 的名气阴影下存在了将近 90 年。1930 年代,人们觉得跨过这段水域是不可能的:水深、风大、航线繁忙。工程团队独创了中心锚固、拼接式缆线铺设和双层交通组织等方法。建桥时间只用了三年,比计划还快。主缆由 17,464 根镀锌钢丝绞成,直径 25.75 英寸,里面每一根钢丝伸直了能绕地球近三圈。

地震:50 英尺的断口

1989 年 10 月 17 日下午 5:04,世界 Series 第三场开赛前几分钟,6.9 级地震袭击了湾区。Bay Bridge 东段的上层桥面在 cantilever truss(悬臂桁架结构)与 truss viaduct 的过渡段断裂,一段约 50 英尺长的上段桥面塌落到下层。一辆轿车正好在那个时刻开过断口边缘,掉入下方缺口,驾驶员当场死亡。

1989 年 Loma Prieta 地震 Bay Bridge 东段坍塌
1989 年 10 月 17 日,Bay Bridge 东段约 50 英尺上段桥面塌落到下层。来源:Wikimedia Commons

整个 Loma Prieta 地震共造成 63 人死亡,3,757 人受伤,绝大部分伤亡发生在 Oakland 的 Cypress Freeway 双层坍塌(42 人死)。此外 Embarcadero Freeway(SF 海滨高架路)也因结构受损被彻底拆除,今天 SF 从 Ferry Building 到 Fisherman's Wharf 向湾面完全打开的视野,是那场地震的间接产物。同一场地震同时摧毁了三条主要交通设施,而 Bay Bridge 是唯一一条被重建而非拆除的。

Bay Bridge 在一个月内修复重开。但这次地震暴露了一个工程师已经知道 30 年但没解决的问题:这座桥的东段,尤其是老 cantilever truss,在地震面前极度脆弱。

两条平行且相反的道路

决策层对东西两段分别做了完全不同的判断。

西段 1999-2004 年进行抗震加固。从外观上看,西段和 1936 年一样。但内部:50 万颗原铆钉换成了近 100 万颗高强度螺栓,加装了 1,700 万磅(8,500 吨)新的结构钢,上下层之间的镂空交叉梁换成了穿孔钢板,桥墩下装了减震器。全部完成之后,旅行者从 Vista Point 看过去看不出任何变化。但整座桥已经比原来重了几千吨,内部结构完全换了另一套标准。SF 侧一英里的西端引桥也被全部重建,六条匝道重新设计,下层上层的桥墩被装上了独立的支撑系统,这样一旦地震发生,上下层不会互相拖垮。

东段决定从零重建。不是局部修复,而是把从 Yerba Buena Island 到 Oakland 的 2.2 英里全部拆掉重做。这个决定本身就说明了旧 cantilever truss 设计在 1989 年之后被认为不可接受。原来的东段曾经拥有美国最长的悬臂桁架桥记录,包括 1400 英尺主跨、五跨 509 英尺的 through truss 和 14 跨 291 英尺的 deck truss。但地震标准变了。设计时只考虑了卡车荷载和海风,没有考虑地震。即使加固也达不到 1990 年代的新要求。

新东段:最长、最贵、最有争议

新的东段采用了"self-anchored suspension"(自锚悬索桥)设计。简单说,传统悬索桥的缆线两端锚在地面的大质量混凝土块里,自锚悬索桥的缆线两端固定在桥面本身,桥面承受拉力,相当于一根绷紧的弓弦。单塔 525 英尺高,涂成白色(据 MTC 记载,颜色匹配 Oakland 港口的集装箱吊车)。主跨 1,263 英尺,被 Guinness World Records 认证为世界最长自锚悬索桥

东段 SAS 单塔夜景
2013 年通车的东段 SAS 单塔,525 ft 白色塔柱、不对称缆线。来源:Wikimedia Commons

但这条路走了 13 年,比最初预计的 2007 年开通晚了 6 年。

1997 年第一次预算估算约 $1.3B(仅 skyway 加基本悬索桥)。2001 年涨到 $2.6B。2004 年 $5.1B。2005 年州长 Schwarzenegger 试图换成更省钱的混凝土设计方案,但这个尝试本身损失了 $81M。最终总价约 $6.5B。期间还发生了断裂螺栓事件:32 根高强钢支撑杆在拧紧过程中断裂,引发材料调查和参议院听证会。FBI 也一度介入焊缝质量调查,后来在 2005 年结案。

工程界不全都买账。HistoricBridges.org 的批评集中在:自锚悬索不是新技术,匹兹堡在 1920 年代就已经建了三座自锚悬索桥。Caltrans 声称的革命性设计,在结构工程史上更接近"已有理念的最大版本"而非技术突破。他们还批评拆除全长 1.25 英里的 historic cantilever truss(用美国钢材、由美国工人建造)是一种建筑文化遗产损失,而替换桥使用了中国进口材料。

意外收获:一条自行车道

新东段有一个老桥完全没有的东西:一条2.2 英里长的自行车和步行道。15.5 英尺宽,双向自行车道加外侧人行道,每天 6AM 到 9PM 开放,从 Oakland 侧一直通到 Yerba Buena Island。这条道在设计之初并不存在。自行车组织多年游说,最终让它在东段桥面一侧多占出一段空间。2013 年通车时,它成为 Bay Bridge 开通 77 年来第一次允许行人步行过湾。这一段因果也值得记住:桥梁同时是交通工程和公共空间的政治博弈。

Bay Bridge 东段自行车道
Bay Bridge Trail,15.5 ft 宽,从 Oakland 到 Yerba Buena Island。来源:MTC

到岛上之后,Vista Point 有卫生间、饮水站和长椅。站在这里,你刚刚走完了一段 2013 年才修的路,看的是 1936 年就挂在对面那段桥。西段桥面在 1989 年之后被顶高了几英寸、加了几千吨钢、换掉了半数铆钉,但油漆颜色没变、缆线弧度没变。东段比西段窄,但多了这条人走的路。回头看自己走过来的路,这段桥面本身就是 1989 年以前不存在的东西。未来的 Bay Skyway 项目计划把这续到 SF,但目前只在早期研究阶段,造价以数亿美元计。如果你只想站在地面上看,Oakland 侧的 Judge John Sutter Regional Shoreline 也是一个好起点。那里有停车位,站在岸上看湾的出口,Bay Bridge 的两段都能进入视线。

一段桥的两个答法

Bay Bridge 不是一座桥。它是一间关于地震的考场。西段考的是"旧的怎么保住",东段考的是"新的怎么从零造"。两次考试都用了几千吨钢、几十亿美金,但答出的卷子截然不同。把东西两段放在一起看,加州在过去 80 年里对"地震到底是偶然还是常态"这个问题的回答轨迹就清楚了:1936 年认为它是偶然,所以桥只要够长够宽就行;2013 年认为它是常态,所以桥的每一个部件都在为下一次地震做准备。西段用 1936 年的方式回答了"桥应该怎么造",东段用 2013 年的方式回答了同一道题。两段之间隔着一次地震、一次坍塌、一次从 $250M 到 $6.5B 的预算膨胀,以及 77 年间工程界对"桥梁到底应该多坚固"这个问题的全部认知变化。

站在 Vista Point 转一圈就能同时看到这一切。西段的深色钢架看着像 1936 年,但里面已经换了另一副骨架。东段的白色新桥站在 1989 年塌掉的地方。它既是新桥,也是那场地震最直接的物理后果。

现场观察问题

  1. 在 Yerba Buena Island Vista Point 原地转 180 度,对比西段和东段的颜色、塔数、缆线形态。哪一座看起来更像"旧桥"?这个视觉判断在工程上有多准确?

  2. 观察西段下层桥面和上层桥面的高度差。现在是 5 车道汽车。如果告诉你这层曾经跑过火车、上下两层在 1989 年地震后安装了独立支柱和减震器,你能从外观上看出哪些变化?

  3. 如果你从 Oakland 侧的 Bay Bridge Trail 入口开始骑车,2.2 英里骑到 Yerba Buena Island,把自行车停在 Vista Point。想一想这条路为什么在 1936-2012 年间不存在。一座桥开了 77 年才让人走上去,这个时间差说明什么?

  4. 从 Oakland 方向观察东段的白色单塔:它是偏在桥的西侧还是东侧?为什么不对称?这个不对称和自锚悬索的结构有什么关系?

  5. 如果 1989 年地震把 Bay Bridge 东段震塌了但西段完好,两种不同的结构面对同一次地震给出了不同的结果。这种差异对你理解"抗灾设计"有什么新的想法?