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北京小清河减水坝、闸、桥、庙、碑水利文化遗产历史价值探寻(代小清河桥水毁考察初步 ...

2023-9-29 09:51| 发布者: weiwei |原作者: 王锐英|来自: 北京桥梁

摘要: 本文是在原有两篇文章基础上经现场考察补充分析之后修改而成。同时感谢永定河管理处提供的考察机会和条件,感谢蒋超、冉连起两位先生的观点和启发,还要感谢管理处龚秀英女士的帮助。引语北京卢沟桥西侧的小清河桥在 ...
本文是在原有两篇文章基础上经现场考察补充分析之后修改而成。同时感谢永定河管理处提供的考察机会和条件,感谢蒋超、冉连起两位先生的观点和启发,还要感谢管理处龚秀英女士的帮助。

引语

北京卢沟桥西侧的小清河桥在“23.7”永定河特大洪水中被局部冲垮,引发了社会各方面的关注,因为其处于久负盛名的卢沟桥旁边,也引起了人们对卢沟桥的担忧。这种担忧确实很有道理,因为从实际情况分析,小清河桥局部垮塌正是为了保护卢沟桥而做出的牺牲,而且北京小清河、减水坝、闸和小清河桥本身也是永定河一处重要的水利设施,虽然在此次洪水中受到损害,但的确为分洪发挥了巨大作用。此外还有同期建成的岱王庙、治河石碑等与河、坝、闸、桥、碑、庙构成一个完整的卢沟桥永定河水利文化遗产组群,它的历史价值值得挖掘和得到阐释。

1 历史追寻

1.1 1893年特大洪水与小清河的形成

据《再续行水金鉴·永定河卷》《永定河十一》中记载:自光绪十三年至十九年(1887-1893),七年中永定河决口五次,且以光绪十六年、十九年,以及二十二年夏季洪水为害最大,湍急的河水最高时漫过卢沟桥桥面三米,光绪二十二年漫过卢沟桥雁翅一尺有余。“(光绪十九年农历)六月乙亥(二十五日),李鸿章奏:本年入伏后,大雨时行,河流涨发。......(六月)十三日寅刻,雨势益疾,风力亦狂。山水忽又爆发,排山倒海而来,浪高卢沟桥顶者丈余。桥上东西石条(栏板)冲走数十块。该桥迤上西岸石堤,冲倒四十余丈。......卢沟桥东雁翅漫水,灌入拱极城。七月,李鸿章奏:......窃查本年六月十三日,永定河水势狂涨,高过堤巅。......卢沟桥北西雁翅迤上无工处所,冲破土山三十余丈。漫水右税局后旋奔东南,入哑巴河。南北冲逼,刷成河渠,宽深丈许。......该桥东雁翅迤上石堤外戗灰土,冲坏三十余丈。”

上述文字中卢沟桥被洪水淹没“丈余”,说明至少三米以上,即从桥面算起,洪水有桥栏狮子望柱的两倍高度,按卢沟桥面海拔约近65米,洪水面已达68米,高于天安门广场24米以上,实打实的成为北京地上悬河。而且大水不仅漫过东侧堤岸灌入了宛平城,同时也漫过西侧堤坝并“刷成河渠”,冲出了一条小清河。

其实,小清河位置早就是永定河西岸洪水漫流形成的行洪沟槽。在清嘉庆六年(1801)的《卢沟桥永定河水势情形图》中可以发现,卢沟桥上下游的东西两岸均被洪水决口,小清河所在位置应是屡冲屡淤,所以卢沟桥西街曾经是一处明显的下窪兜。直到1893年大洪水冲刷,此处再次形成分洪泄流的河道,分流的洪水向南流向北京房山的哑巴河。永定河决堤之水,曾经使大兴、良乡、涿州等地区顿成泽国,灾民流离失所。翌年初(1894),河道官员勘定永定河上下游治理方案,从小清河自然分洪得到启发,决定在卢沟桥以西正对卢沟桥位置建设小清河减水坝,充分利用刚刚形成的小清河并得以控制永定河分洪。

图 清嘉庆六年(1801),《卢沟桥永定河水势情形图》中永定河在卢沟桥四周决口漫流情况分布。

1.2 小清河减水坝的修建,北京第一次使用水泥混凝土和外国人监工

光绪二十年(1894年)“正月丁酉(十九日),许振袆奏:为遵旨会勘永定河上下游,......一曰建减坝。臣未抵京以前,督臣已饬司道定议,于卢沟桥上半里南岸,建减水大石坝一座。”  

“六月初四日,李鸿章奏:为永定河卢沟桥以上南岸新建减水大石坝,依限趱办完竣事。.....卢沟桥以(东)[应为西]增置减水大坝,乾隆以后,具有成规,事尚可行。......复派精于测算之副将陈季同,并洋员吉礼丰,赴工会勘。议于卢沟桥以上南岸,即上年漫溢处所,建设减坝,甚属合宜。酌定坝口宽五十丈,龙骨、金刚墙及出水坦坡簸箕,俱用大料石砌做。连同两面石堤、土堤、坝下减河,共估需银二十六万七千四百五十九两。”

根据奏折和后来修桥的位置分析,文中“卢沟桥上半里南岸”“卢沟桥以上南岸”即今卢沟桥西侧小清河桥位置。靠宛平城一侧为“北岸”,对侧为西偏南方位为“南岸”。工程由中、法工程技术人员共同勘察设计。吉礼丰(Griffon),法国人,曾在光绪十六年(1890年)以总工程师身份监工旅顺港工程,又曾监工拒马河铁桥。此次监修永定河减水坝工程和桥梁,并在光绪二十一年(1895年)七月,“以监修永定河工测量得法,赏洋员吉礼丰宝星。”得到了皇帝嘉奖。(见《大清德宗景皇帝实录》卷之三百七十五) 

“本年二月初十日开工,饬将做成分数,逐月报核。计自兴工以来,每日夫匠万数千人,分投力作,昼继以夜,喘汗不停。又虑限期过迫,灰浆未能干透,过水或致冲损。开平煤矿局有仿洋式制成塞门土,运来三百数十万斤,以之勾砌石缝,填筑槽底,较石灰坚结易干。”

塞门土,英语Cement,即:水泥。还曾有赛门敦、赛门得土、崔门土、西门土、四门町、塞门德土、红毛泥、士敏土、塞门德、水门汀、洋灰等十余种译名。遍寻历史,发现这是北京历史上第一次使用水泥。“较石灰坚结易干”是水泥的特点。中国最早使用水泥是在1872年上海英国领事馆。到了1889年,河北唐山开平煤矿,第一次设立了用立窑生产的唐山“细绵土”厂,1906年在此建立启新洋灰公司,年产水泥4万吨。1905年,詹天佑建京张铁路时,使用的就是启新洋灰公司的国产水泥。那么,卢沟桥减水坝使用的应该是开平煤矿生产的“细绵土”国产水泥。

图 小清河桥上游桥前拦水坝(侯秀丽提供),已为沙石掩埋,此次被洪水冲刷出来。

图 小清河桥下减水坝下游坦坡水簸箕遗迹和凸起消力槛(23.7洪水后)。

图 小清河桥下西端桥孔,可见完整的减水坝、桥台金刚墙,向南坦坡上的柱洞、凹槽;左边为后修的钢筋混凝土挡土墙。

图 小清河桥减水坝混凝土结构(1894年)及其中间设置的木桩和纴木(类似施工模板支护或类同“钢筋”作用遗存)。

“据报于五月十五日全工完竣。计砌成坝口大料石龙骨宽五十丈,高八尺。大料石坦坡儿宽五十丈,进深三丈五尺。出水簸箕宽五十丈,进深十九丈。内用大料石铺砌三丈,塞门土和沙石筑成十六丈。龙骨两面金刚墙高二丈二尺五寸,进深四丈一尺。两面片石堤共长三百五十九丈,高一丈三尺五寸至二丈一尺五寸不等。土堤共长一千四百十三丈四尺,高九尺至一丈一尺不等,顶宽二丈五尺至三丈五尺不等。开挖引河长七百五十丈,深四五六尺不等,宽五十丈、三十丈不等。下游护村堤长一千四十四丈。

陈季同、吉礼丰细加考校:若正河水涨一丈四尺八寸,与龙骨相平,渐涨则渐泄。若照光绪十九年,异常大涨,坝上应过水六尺。必不掣动正河大溜,致添下游清河之患。......该坝保固日期,即自本年五月十五日起,限照例保固三年。”

显然,李鸿章没有亲临现场,故关于卢沟桥西侧减水坝的具体方位描述不是很准确。减水坝的数据很是详细,坝口大料石龙骨宽五十丈,高八尺,即减水坝横截河道的主体结构总长度五十丈约165米,也是此处小清河河道宽度、两侧金刚墙之间形成的口门间距。以现今实际尺寸核对分配,墩厚7尺(约2.3米)、每跨净空56尺(约18.5米),合计497尺(约164米,余数应为两端净空和施工调整数值)。

大坝坝顶比河床(基础顶面,与河床取平)高八尺,约2.6米;坝体顶面平台北侧与桥墩分水尖齐,宽度约6尺。大料石坦坡儿进深三丈五尺,即堤坝上游为斜坡海墁,水平长度约10米,坡长4丈约12米。出水簸箕进深十九丈,即下游斜坡海墁水平长度约57米,是上游斜坡长度的近5倍,且为折线坡,其中有三丈(约9米)采用大料石铺砌,坡度较大,约为1:33,余十六丈(约48米)较为平缓,全使用“塞门土和沙石”筑成,这种混合材料即现今的水泥混凝土。可以推断,这是北京最早使用现代水泥混凝土的记录。

工程于二月开工,五月十五日竣工后,中法官员又根据完工数据进行了预测分析:龙骨(大坝)两侧金刚墙高二丈二尺五寸,进深四丈一尺。“异常大涨,坝上应过水六尺”,约合今2米水深,此数据可与今年大水进行对比分析,水位已然超过了130年前的分洪水位,实现了李鸿章时代的分水设想。
不过有一点记载含混不清,而且对于今天的文物保护却非常关键:“此减水坝合当一处过水道面,接通卢沟桥西向大道”。但注意大坝两端金刚墙垂直高度约6.8米,墙长约12.3米,加上中间的8个墩台落座在减水坝上,如果没有桥梁的话,自卢沟桥西出的道路势必被截断,根本无法通行。所以文献记载李鸿章紧接着提出“追加经费”修建钢桥的奏折。

交通是如此显明的需要和必须同步解决的大问题,可是为什么不在修建减水坝时一起提出呢?本文曾经推测,这有可能是当初策划修建减水坝时并没有考虑周全,也不排除当初为了保证“立项”争取皇庭同意,故意为之的可能。然后方有后来“突然”提出修桥方案,以迫使皇帝“追加经费”。至于交通问题,倒是有一种可能,卢沟桥西出桥头即转而向南,此处原本无小清河,而是直向长辛店而去的一段大道。但桥梁和减水坝的关系还是令人费解。

直到近日现场考察时,这个疑惑方才得以解决,原来桥墩在当时是比减水坝先建造的,桥墩可以说就是减水坝的结构组成部分,特别是这种结构和施工方法,以及在坝、墩上遗留的水闸遗迹,足以证明桥墩也是闸墩,小清河桥下是坝、闸、桥三位一体的水工与交通结构物。至于李鸿章奏折的“猫腻”,是否可以理解为要在闸墩结构基础上实行第二步修建桥梁的方案呢?

图 小清河钢桥河岸金刚墙和石堤遗迹(侯秀丽提供)。

图 小清河钢桥接驳道路两侧石栏杆遗迹(侯秀丽提供)。

1.3 北京第一座现代钢铁桥梁和第一盏路灯

先放一放桥梁与减水坝的结构问题,让我们先看一看北京历史上的第一座钢桥。

小清河桥曾经称名小清河铁桥,就位于卢沟桥西约150米处,建在小清河减水坝“上”。其建造背景也见于《续行水金鉴》:“至该处地当孔道,伏秋减坝泄水,文报行旅,未免阻滞。拟建钢桥一座,长五十丈,宽一丈六尺,可过三千斤重之大车。桥之两面,护以铁栏。间设灯架,两头接铺石道,并加石栏。应设石桥墩七座,每座高一丈五尺,即砌于龙骨之上。此桥应向西洋订购,铸造需时。本年秋后运到,明春始能设妥。今夏坝上过水,暂行设船济渡。”显然船渡不可能在减水坝上,应该在大坝下游一段距离。

“再,查原领部款三十万两,除拨归濬船项向下用银三万二千五百四十一两外,坝工实造原估用银二十六万七千四百五十九两。惟原估并无桥工在内,现已垫款赶办。俟桥成之后,核计不敷若干,即在赈捐款内提用,届时核实报销。......是月初七日,李鸿章奏:查卢沟桥以下两岸石堤,向归卢沟桥司巡检兼理。应将卢沟桥以上,南岸自英山嘴至桥西雁翅止,土堤民工长九里,就近拨归该巡检兼理。”

“光绪二十一年(1895)正月二十四日,李鸿章奏:为永定河卢沟桥迤上南岸建设减水石坝工程,缮具丈尺、银数清单恭呈御览事。据永定河河防局司道详称,建设减水石坝,并砌钢桥下石桥墩,两面添修石堤。......共享部拨经费银二十六万七千四百五十九两零。”

咬文嚼字的话,实际上该桥的准确名称应为“钢桥”,而且最早就名为钢桥。桥长五十丈,与减水坝等长,桥宽约5.3米。七座石桥墩,每座高一丈五尺,砌于龙骨(坝顶)之上。说明桥墩以大坝为基础,相当于筏式基础。可惜,该书没有记载桥梁的具体结构。据罗英《中国桥梁史料》记载,该桥由法国人设计和承造,为下承式钢桁架桥,采用螺栓连接(铆接?),与北边不远的三年后修建的京汉铁路桥一样。桥面两旁除了钢铁栏杆外,桥头与石道衔接处还有石栏杆,形制应接近卢沟桥的石狮栏杆,这可从一张老照片中看出端倪,与卢沟桥有了很好的呼应。罗英一文还记载,在桥两侧还装有铁带跨镂花灯柱,颇为美观。以镂花灯柱“间设灯架”是为照明,这是北京“路灯”的最早出现!其它历史文献记载北京最早的路灯出现在1906年,京师华商电灯公司首先在北京东城(前门楼子下)安装了官办路灯,管理路灯的官员叫稽查员。 早在1843年,中国第一盏路灯是煤油点燃的,出现在上海街头。直到1929年,北平日报报道:“平市增设路灯:大街改用电灯,小巷添设油灯”,自此才开始推广街道路灯。

钢桥桥梁是向西洋订购的,但“铸造需时”,因此不是本年即1894年建成,而是秋后方才运到,第二年春天才建成。为此,1894年夏天,“因坝上过水,暂行设船济渡”。因此应纠正该桥建成于1894年的说法,其正式建成当在光绪二十一年即1895年春季。

1.4 治河石碑与岱王庙

此项工程有可能还开创了北京采用铁路运输的水利和桥梁施工的历史,“由山东河工调用铁轨,运送土石,分投赶办,昼夜兼营”,大大提高了施工速度。抢在汛期前建成的减水坝,当年就经受了一次大水考验。“幸上游减坝分泄得力,减轻通工险情。......卒能抢护安澜,河流顺轨,实属办理得法,成效昭然。”随着横跨小清河上的钢梁木板桥建成,东河督臣许振袆“奉命勘治永定河,奏准于卢沟桥左建立大王庙一座,于光绪二十一年修竣,拨用赈款银一万两千四百两。”这座大王庙又称为岱王庙,位于卢沟桥与小清河桥中间路北,坐北朝南,门牌号为桥西街5号。上文所说“卢沟桥左”是指人在卢沟桥西头向西方向的左手位置。 

图 岱王庙。

图 岱王庙中的治河石碑。

岱王庙因水而生,在院内一位住户的煤棚里,至今存有一块倚墙侧立的高大厚重的治河石碑。碑是清光绪二十一年(1895)八月所立,由治水官员窦延馨撰文书写。碑身尚存漫漶文字中依稀可辨:“以卢沟桥上众水会合,欲杀其势,宜分其流,惟建减水石坝一道于此”“斯为釜底抽薪之计,并请发帑金三十万”“出水受水以九章之法¨除之,若正河水长一丈四尺八寸与坝身相平,渐长则渐分洩”“日役万人,时历半载,虽有暑雨祁寒之苦,负星戴月之勤”“减坝之上建泰西钢桥”“减坝东岸建立大王庙,无梁,通济神祗昭格馨幸逢盛事”等字迹。还有另一块碑据住户说被埋在一户自盖的厨房之下。

岱王庙券门门楣上有“岱王庙”汉白玉匾额,临街为前门楼后戏楼的合体砖木建筑,上下二层硬脊歇山顶形制,院内曾经有两重大殿,曾经被民间供奉佛像,其实是祭拜“通济神祗”即各路水神的龙王庙,所以有戏台就是为神明唱戏演戏的,自然也就是当地老百姓的庙会所在。清末民初,岱王庙又先后成为高等小学堂、顺天府西路中学堂、顺天府西路师范学堂校舍。1910—1920年,岱王庙成为官办京兆师范学校,为京兆20个县培养了大量小学师资人才。家境贫寒的孙敬修考入这所学校,1920年毕业,后来成为少年儿童喜欢的故事大王、著名的教育家。1937年7月7日,卢沟桥事变期间,岱王庙为第29军37师219团3营营部驻地,是中国人民抗日的血火之地。民国期间,此处就是永定河河务局所在地。1949年7月7日,在岱王庙成立了隶属河北省管辖的永定河第一个防汛机构——永定河防汛指挥部,该机构设在岱王庙内办公达六年之久,清晰地证明岱王庙与水利文化的绵长关系。岱王庙曾经经常有戏曲表演,后来经历了工厂、大杂院的变迁,多数建筑已经面目全非。至今岱王庙主体建筑尚存,2022年12月28日被列为北京市第二批不可移动革命文物名录,今年刚刚由文物部门修复一新。岱王庙已被列入全国重点文物保护单位——卢沟桥的保护范围内。

1.5 永定河卢沟桥分洪枢纽

以卢沟桥为中心,最大规模的水利工程在古代是左堤大坝,现代工程应数建于1986年的永定河卢沟桥分洪枢纽。在小清河减水坝和现在的小清河分洪闸之间,还曾于七十年代修建过一座小清河分洪闸,因分洪能力不够,才有了八十年代修建的卢沟桥分洪枢纽小清河分洪闸。均为总结借鉴了小清河减水坝的经验。分洪枢纽包括永定河拦河闸、小清河分洪闸和大宁水库。永定河拦河闸位于卢沟桥和小清河桥上游982m,按50年一遇洪水设计,弧形钢闸门,全闸共18孔;小清河分洪闸与拦河闸在同一轴线上,位于西侧,同样为弧形钢闸门,共15孔,设计、校核标准与拦河闸相同,按200年一遇洪水校核。在今年发生的特大洪水中,卢沟桥分洪枢纽发挥了巨大作用。 

图 图中右侧减水坝泄水坡面以上在桥墩上的痕迹,可以看出暗色泥水痕迹表明洪水最高没过墩帽;下面与坝顶坡面形状一致的浅显痕迹似为多年泥沙淤积、反复冲刷高度。此外河底的成排钢筋不知何用?

2 对小清河桥和减水坝结构特征与水毁情况的观察分析

2.1水毁情况

根据对小清河桥水毁现场的实地考察,可以做出如下几个初步判断,准确结论需要在后续维修过程中再根据探挖“解剖”情况进行纠正补充:

1)此次洪水的破坏力极其巨大,东数第三墩南侧1971年扩建的钢筋混凝土墩体被整体冲走,北侧老桥砌石墩体严重歪闪。墩体指露出在坝体之上部分。南侧的钢筋混凝土桥墩是直接贴合老桥墩建造的,之间没有形成整体。 

图 小清河桥水毁情况初步分析图。

2)第四墩(中墩)新、老墩体整体倾覆并离开原位置8米以上,倒卧在东侧跨中地方。大部结构破裂体的移动为西北向东南方向,可以据此判定洪水主流的冲击流向为东南。

图 中间端部呈三角状结构为四号老桥墩(中墩),呈斜放倒置状态,胶结石块未离散。下面为减水坝坝面石体也未离散。上面歪斜的为三号老桥墩,可见两端均为三角状,因此可见南侧后扩建的钢筋混凝土新桥墩当初直接包裹了老桥墩三角体,但未加钢筋连接,没有形成整体。新桥墩此次已经完全倾覆移位。图中还可见减水坝体混凝土的浇筑厚度、洪水冲刷深度不小于3-4米。 

图 四号老桥墩(中墩)移位倒置状态,自北向南拍摄,可见砌体的整体性很好。

3)第四、五跨北侧老桥(1958年修建)上部梁体连带桥面系掉落到第四墩墩体倾覆移走后的位置,南侧扩建桥梁(1971年)的上部完全消失,破裂(碎)后被冲到下游十几米之外,并可见部分行车道面结构在下游河床中。

 图 桥梁四、五跨上部落到四号墩基础位置,减水坝整体被掀动、破裂。

4)第四、五跨中的减水坝坝体整体断裂、倾斜、移位,坝体总高8尺(2.6米),可看到分为2-3层结构,均被整体掀动。

图 桥墩基础、减水坝坝体和基础分层情况,可见当初浇筑混凝土是分层施工的,但界面处治可能有问题,有的木桩、纴木减弱了整体性,造成过大缝隙,留有后患。

图 第四跨邻接五号墩位置,可能有树木根部深入石材缝隙,对基础有破坏作用(此点尚待详细勘探)。

5)第四、五跨中的减水坝坝体下部被掏空(这是引发损坏的主要原因),而且露出了地基基础顶面(推测与原初河床持平的位置),局部还有更深的掏空,可见积水。

图 疑似坝体底部被洪水掏空位置,四号墩东侧、北面。

图 迎水面减水坝端部,一是可看出当初建筑结构为立木支模浇筑的混凝土,上部还有石灰土结构(可能后期增加);块石和水泥混凝土面层被洪水掀开;迎水面的坦坡构造不知道为何全部消失?这是严重问题!失去了这个保护,加剧了洪水对基础结构的冲击和冲刷!

6)其它相邻桥跨,上部结构受到牵扯破坏,墩台和减水坝主体、下游海墁没有损伤,但上游海墁冲刷破坏严重。

图 上部结构的连带性破坏。

2.2 坝、闸、桥三位一体的水工结构特征

根据因破坏而暴露出来的桥梁下部和基础结构内容,可以初步判断:

1)小清河桥是坝、闸、桥三位一体的水工(与交通)结构物,其一体基础为木桩基础,上覆盖素混凝土结构。此结构应为前述光绪二十年(1894)修建的北京最早的混凝土结构物。

图 小清河桥减水坝与桥墩基础,中间木桩和两侧混凝土结构、上部条石面层(坡面,平立做法)。

图 小清河桥墩基础在减水坝坝体之下,1971年扩建的桥墩则在坝体之上。

2)以往所认为的老桥桥墩不是建于减水坝之上,而是与减水坝同时建于木桩混凝土基础之上。根据基础结构和木桩位置,还可判定:桥墩建造应在减水坝之前,因为减水坝结构体与桥墩相接处有部分结构叠压在桥墩下部稍有扩大部分(以及伸出的三角形石板)之上。 

图 桥墩基础和减水坝基础均为很厚的混凝土结构,但两者是分离的,界面非常齐整,证明是分期施工的;三角石块实际为下游导水尖的延伸部分。
再结合减水坝坝体上部发现有直径30-40厘米的圆形孔洞、分布在疏水坦坡上的很有规律的楔型平台凹槽,推测上面为立柱结构;桥墩侧面靠近上游位置有类似与门闩方形孔洞,推测为安放横梁之用;因此判断减水坝上部每个桥孔中均有“水闸”结构。 

图 疑似设闸遗迹,减水坝下游坦坡面上的圆(柱)孔洞、楔形平台凹槽和墩体上的门闩(横梁)方孔;现今中间几孔的减水坝顶部曾经被降低高度(时间可能在1971年)。

再据《再续行水金鉴·永定河卷》《永定河十一》记载:光绪二十年(1894)“六月初四日,李鸿章奏:......陈季同、吉礼丰细加考校:若正河水涨一丈四尺八寸,与龙骨相平,渐涨则渐泄。......嗣后每年汛前须测量一次,一沙滩之坍涨,定龙骨之高下。”《永定河十二》记载:光绪二十一年(1895),“三月日,王文韶奏:二月十六日以后,冰凌逐渐融化......并随时启放卢沟桥减水石坝(即本文小清河桥减水坝),过水五六寸至一尺五寸。全河溜势稍减,始得化险为平。”光绪二十二年(1896),“七月初四日,王文韶奏:卢沟桥以上南岸减水石坝(即本文小清河桥减水坝)、南二金门闸、北三求贤坝同时启放,过水三四五六尺不等。”可以看出,减水坝龙骨似乎可以变化高度,这只有水闸可以实现。

因此据上述观察分析,可以判定小清河桥下减水坝首先是坝、闸一体的,闸墩(首要功能)本为闸墩,然后在闸墩之上修建钢桥,闸墩兼有了桥墩功能。坝、闸、桥是三位一体的,也可以大致理解李鸿章补奏修桥的原因了。

3)1971年加宽部分,桥墩可能不全部是扩大基础,而是直接建于减水坝坝体之上的。
2.3 建造技术探寻

正如一起实地考察的蒋超、冉连起先生指出的:小清河坝闸桥一体的水工结构物是我国从传统的水工与桥梁建造技术向现代科学建造技术转变的标志性工程。

在水毁暴露出来的基础结构中可以看到,减水坝主体结构采用木桩基础,同时又采用了大木桩和模板围护进行基坑开挖、浇筑水泥混凝土,形成现代土工结构体。桥墩也是外部砌筑大型块石、条石,内部则浇筑水泥混凝土。 

图 竖向大木桩,估计为减水坝中部主体结构浇筑混凝土的模板围护位置,当时的模板可能是大木桩和砖石。

因此,当洪水导致桥墩、坝体破坏时,很多砌为一体的块石居然没有离散破碎,如老桥四号桥墩是整体倾覆、局部破损,三、四、五孔的坝体表面结构,亦保留大面积的块石和条石砌体面层没有破裂,推究原因就在于里面的水泥混凝土的胶结作用,亦足以证明距今130年前的国产水泥的质量很过硬,当时混凝土修筑的施工质量也是相当优秀的。

3 小清河桥在永定河7.31洪水中局部垮塌原因分析

3.1 永定河洪水和小清河桥垮塌情况回顾

中新网北京(2023年)7月31日17:42分报道:7月31日下午网传持续强降雨致卢沟桥坍塌。中新社记者与丰台区核实,因永定河分洪,造成了小清河桥坍塌,并非卢沟桥塌陷。据北京市水务局报道,本轮降雨形成的最大洪峰7月31日午后出现在永定河卢沟桥拦河闸。据北京水文部门监测,最大洪峰为4649立方米/秒,是自实测记录以来的第二位(第一位为一百年前的1924年发生的4920立方米每秒)。7月31日零点起,卢沟桥拦河闸开始提闸小流量泄水,至凌晨逐渐加大下泄流量。

图 永定河卢沟桥分洪枢纽开闸泄洪(2023年7月31日)。

当日卢沟桥洪峰不仅流量大,而且上涨特别迅速。31日中午前后到14点,从500立方米/秒上涨到峰值4649立方米/秒仅用4.5小时,其中从2000立方米/秒到4649立方米/秒仅用1.5小时。流域内干支流多次出现洪峰,三家店至卢沟桥两次洪峰间隔时间仅30分钟。卢沟桥分洪闸高程为67米,当时闸前实测水位已经达到66.5米,已经处于紧急状态。至此时,永定河卢沟桥分洪枢纽33孔闸门全面开启泄洪,其中18孔排向永定河主河道,流向卢沟桥下;15孔泄洪进入小清河,通过小清河桥流入下游的大宁调蓄水库和1998年建成的永定河滞洪水库,该水库又分为马厂水库和稻田水库两部分,三座水库的总库容达到8000万立方米。7月31日开启小清河分洪闸后,永定河管理处同时对三座水库进行调度,截至8月1日8时,已分蓄洪水7500万立方米,最大限度发挥了蓄洪调峰作用。据新闻报道,一位北京市民向记者提供在当地的朋友拍摄的现场视频证实,7月31日下午2点多,小清河桥发生坍塌,正是拦河闸刚刚开启最大泄洪之后。北京市水文总站于31日15时升级发布永定河流域洪水橙色预警:预计31日15时至17时,永定河将出现橙色预警标准洪水,现升级发布洪水橙色预警。请市民远离河道,确保自身安全。其实,此时最大洪水不是将出现,而是已经发生了。 

图 永定河卢沟桥分洪枢纽开闸泄洪(2023年7月31日)后,小清河桥中间两墩三孔垮塌。

然后我们看到北京丰台区宣传部、丰台区防汛办、丰台区融媒体中心的确证消息:受永定河分洪影响,致卢沟桥西侧的小清河桥局部坍塌。区防汛办提醒,目前永定河河道在行洪,广大市民务必远离河道,确保安全。央视新闻总台记者介绍:“经初步判定,北京丰台区小清河桥的垮塌是因强降雨导致永定河水激增,开闸泄洪后,分洪过程中水势凶猛,以致小清河桥第四跨的桥墩被冲垮。整个桥体被冲垮之后(此报道极其不准确,不是整个桥体),当时在桥上的一些车辆不幸被冲至洪水中。据此前电视报道画面显示,一些被冲走的车辆车灯仍开着,但车上是否有人、现场伤亡情况如何,还在进一步了解当中。”实际上应没有人,此桥早已成为当地村民的停车场,不是交通要道。

3.2 小清河桥的结构变化情况

据《北京地方志》小清河桥记载:“小清河桥位于卢沟桥迤西150米处,属于卢沟桥路上的一座桥梁,因跨于小清河上而得名。该桥始建于清朝光绪年间,初建为钢桥,系法国人所设计,这是北京地区建成的第一座公路钢桥。全桥为8 孔7墩,上部结构为简支下承式钢桁架,桥面为双层木板。另据记载,所架设的钢梁桥,当时是向外国订购,汛期后运到,待钢梁架好后,铺上木板,设计载重1.5吨。桥长165米、宽4.95米。(人们也称木板桥)”“1937 年“七·七”事变中,东起第三孔钢桁架被炸毁,后用装配式钢桁梁修复。因桥面较窄只能单车行驶,故在桥头设有起落板式信号(俗称洋旗),用人工控制车辆通行。1950 年木桥面磨损严重,中央人民政府指令北京市人民政府修理。即由市建设局将全部桥面用厚木板予以更换,同时改桥头交通信号为红绿灯。从此该桥由河北省管辖划归北京市建设局养护。”
 

图 小清河桥结构。

这座钢梁木板桥使用了60余年,到了1957-58年,将钢梁与木板拆除,进行上部结构改建,设计为变截面钢筋混凝土连续 T 梁(横向三片),梁高1.05-2.2m,4跨1联,全桥共2联8跨(特别注意分为2联的连续梁的衔接位置就在中墩之上,此为薄弱之处,恰巧碰到中墩损坏,加剧了桥孔垮塌)。原有石砌桥墩完好,至今仍发挥作用。又过了20年,1971年为扩宽道路桥梁,在其南侧采用钢筋混凝土扩大基础和桥墩,上部结构采用桁架肋拱结构(横向四道)以加宽桥面,拱脚固结,拱中设铰,取旧桥长度,共8跨。从此小清河桥变成两座并列、结构不同、类同一体的桥梁,维持至今。 

图 上世纪七十年代的小清河桥。

图 小清河桥南侧的桁架肋拱结构,1971年 。

图 小清河桥头的空中岗亭(已经拆除)。

3.3 小清河桥垮塌原因初步分析

3.3.1 洪水对桥梁的危害

桥梁最害怕洪水,排在第一位的最大威胁是墩台、基础被冲刷、掏空所造成的破坏,严重时将导致桥墩歪闪、垮塌,引发上部梁体的破坏。据现场考察判断,小清河桥中部的垮塌主要原因是第四、五跨减水坝基础被冲刷掏空破坏,桥墩歪斜、倾覆,引发上部结构的损坏。

排在第二位的威胁是桥头堤岸和桥台后背被洪水冲刷破坏,不仅冲走桥头道路,甚至将桥台冲倒,导致桥梁也损坏。因为此处是桥梁刚性结构与道路柔性结构的交界地带,往往最为薄弱,也是建造者最容易忽视的地方,特别是洪水不见得从堤岸开始冲刷,而是漫上桥面的洪水从桥上向桥头低矮的道路动手。注意洪水不是只向一个方向有规律的流动,这叫平流或层流,而是打着漩涡冲动性地形成紊流,先搅动再冲刷,很厉害!历史上房山琉璃河桥、涿州永济桥就多次毁于此种情况。

看看卢沟桥桥头此次摆放的沙袋,这个位置代表很多河道堤防被洪水破防的关键位置——桥头往往很低,为了顺接道路又低于防洪堤的高度。如果洪水漫过卢沟桥,历史上曾经发生过,大水将冲入宛平城,或者继续冲入宛平城以东,宛平城隧道下面的五环路将被淹没。 

图 卢沟桥安稳度过今年特大洪水的威胁。 

图 永定河洪水和卢沟桥防洪沙袋的防护措施。

排在第三位的是洪水及其漂浮物对桥梁的顶托和冲撞。平时河里的流水都在向下游流动,水流对桥梁都有向下游方向的巨大推力。当发生洪水时,水深加大,因为浮力的顶托——桥梁包括砖石、混凝土桥梁都受到巨大浮力的作用——减轻了桥体重量,同时伴随水流和裹挟的沙石的横向冲撞,以及伴随洪水发生的风浪冲击,放大了冲击力度,尤其当桥孔被树木、杂物堵塞时,大水的压力、浮力和冲击力,漂浮物的冲撞力(冬季凌汛时就是巨大浮冰)同时起作用,并且相互配合,共同发力,桥梁就危在旦夕了。

排在第四位也是与第三位破坏因素共同作用的是振动,是由洪水的波浪发起的振动,在大海里游过泳的人感受最深,这种波浪振动频率很低、振幅很大、动量大,破坏力也大。越是河水宽阔、水量巨大之时,使得站在桥上的人都会感受到桥梁在发抖!
3.3.2 小清河桥局部坍塌原因分析

准确判断导致基础掏空破坏的原因尚需开挖和探坑分析。小清河桥中心部位,应该同时受到上述一、三、四几种因素的同时作用而垮塌的。其自身的内因大致看来,有下述几点:

1)主要原因:

一是可以初步推测经年累月的基础不均匀沉降、河床水文变化导致基础的沙石基底出现空洞和薄弱现象。
二是观察到第四跨有一大型钢管露出河床,该钢管口径约5、60厘米,已经断裂,仅存上游露出部分,穿过第四跨减水坝坝体的部分钢管已经消失。此钢管直接穿透减水坝,对减水坝的整体性造成很大的消弱,并带来洪水激流顺势顺位掏空减水坝的极大可能性。这是一个重要因素。

图 大型钢管下穿第四孔减水坝位置。

三是因为第四跨减水坝基础首先被掏空、倾覆,导致东侧第三墩、第四墩的南侧桥墩(1971年建于坝顶的钢筋混凝土桥墩)完全倾覆,因为是无根之墩;在牵扯和洪水冲击下带动第四墩北侧的老桥墩倾覆,最终上部结构坍塌。注意老桥墩应为断裂,墩身和承台(带下部突出桥墩的分水尖部分)分离。

基础被掏空的另一个重要因素可能是迎水面的坦坡构造首先被破坏,而且很可能早就全部消失了,这是一个严重问题!失去了这个保护,加剧了洪水对基础结构的冲击和冲刷! 

图 第三墩老桥墩向上游倾斜、歪闪,推测桥墩上游基础下面被掏空、下沉;南侧新桥墩已消失。 

图 第四墩墩体上部消失,下部倾斜约45度,上部梁体落在其上。

2)次要原因:

一是第三、四桥墩墩体可能有损害,本身就处于河床主流位置,本次经受不住巨大洪水的冲击,尤其当水流紊乱和侧向冲击桥墩时。
二是桥墩和上部桥梁的结构有损坏有薄弱点,但最大的因素是重量不够,桥比较“轻浮”,尤其桁架肋拱很大的减轻了桥梁重量,压不住巨大水头了。
三是河底原为减水坝形成的海墁比较高,形同门槛,海墁上下游两边向河底呈斜坡下降,大水来时增加了河水冲击力度和造成漩涡淘涮的可能性。对比卢沟桥桥孔下没有“门槛”,小清河也就没有扩大过水断面的可能。

此次洪水发生时,北京铁路(京铁发布)有一条重要消息:“受华北地区持续强降雨影响,永定河水位不断上涨,为保障桥梁和线路安全,铁路部门组织两列共93辆大型车辆驶上京广线跨永定河5号铁路桥,采用‘重车压梁’的方式,确保桥梁安全。” 

图 铁路重车压梁的镜头,图为京广线永定河桥(网络图片)。

其实这就是增加桥梁重量,减少洪水浮力、冲击力和振动力的联合作用,是简单有效的桥梁防洪措施。卢沟桥也做好了重车压桥(墩)的准备,计划发生危险时每个桥墩位置配置50吨荷载。卢沟桥此次并没有经受特大洪水的考验,因为小清河分洪减少了永定河主河道洪水,减轻了对卢沟桥的冲击。在这一点上,完全可以说:小清河桥是为了保护卢沟桥做出了牺牲,因为小清河命中注定要为卢沟桥分洪而存在的。

站在卢沟桥角度看问题,卢沟桥天生就是一个巨人,是一座具有极重重量的重力式连拱石拱桥。卢沟桥能够延续存在了830年,经受过无数次大洪水的考验,大家不要忽略石造的桥栏望柱和数不清的石狮子,它们都是有利于增加卢沟桥的重量的,对压制洪水的威胁,每个狮子都是做出了贡献的。当然还有众所周知的六层巨石板压住的船型分水尖、斩妖剑,桥墩下游巨大的凤凰台、铁柱贯底的基础和海墁石还能够抵抗洪水漩涡造成的巨大冲刷。
其实,小清河桥的桥墩虽然薄弱一些,但也是重力式的,就是每个桥墩都能够独立支撑桥梁,不会因为一个桥墩坍塌,导致多米诺骨牌效应,引发其它桥孔的破坏。此次小清河桥仅仅坍塌了局部三孔,桥墩毁损2座,其它墩柱也是经受住了考验的。

3)不可忽视的一个特别外在因素:

必须注意的是小清河桥的牺牲也有外在的不利因素作怪:一是洪水确实太大,超过了它能够承受的压力。二是河流紊乱形成斜向甚至横向的强烈水流冲击着桥墩、掏空了基础,这应是最主要的外在因素。一般情况下,沿河流方向比较长、顺桥方向比较窄的桥墩都害怕横向水流的冲击。况且小清河桥的两个年代修建的桥墩上下游联为一体,形同高大的侧墙,加上水流的侧向冲击,破坏力增大。 

图 高铁永定河桥墩和岱王庙西侧河岸线对小清河水流的干扰(调治)以及对小清河桥梁的冲击角度估测示意(底图据网络《鸟瞰图 - 改造后效果图 ©Crossboundaries》)。

此次洪水造成上游河床发生明显变化,对洪水主流初步流向判断,自北向南先东南再折向西南、然后在桥前折向东南方向,斜向冲击中间四、五跨后下泄。导致小清河上游水流紊乱的因素,一方面源自泄水闸释放洪水的强度,包括流速和流量的陡然增加,另一方面本文推测还来自新建的丰台高铁西高架桥之永定河桥,该桥在小清河桥上游160米至360米范围内,有一排10余座桥墩呈弧线形,巨大桥墩间距一般情况下为25米,横跨小清河和永定河。流速极快的洪水经过这些类似水工结构物“丁字坝”的桥墩时,水流自然受到“调治”,转而向着左岸冲击。特别是左岸偏偏又是斜向着小清河桥方向,水流遇到河岸就会折射形成向着小清河桥桥墩的侧向冲击力,这段最强水流的距离可能不会超过160米,使其经受了更加严峻的考验,遗憾的是其中有一个或两个桥墩最终支撑不住了。

图 高铁永定河桥墩和岱王庙西侧河岸线对小清河水流的干扰(调治)以及对小清河桥梁的冲击角度、距离的估测示意。

图 民国时期的永定河卢沟桥和小清河桥,注意在两座桥梁上游岱王庙北侧河水可以归流主河道,发洪水时,虽然小清河桥和减水坝溢流可消减部分洪峰,但对卢沟桥也具有一定的威胁。

图 丰台高铁永定河桥修建之前。

图 丰台高铁永定河桥修建之后致使水流发生变化推测方向(据实地河床修正)。

小清河桥这回没有经受住巨大的洪水考验,应该是各种因素综合性起作用的,但有必要交待拱桥尤其肋拱桥,对于桥墩的变形是敏感的。就像我国曾经大面积推广的双曲拱桥,实际上主体结构就是肋拱,桥墩稍有闪失就会导致桥拱和桥面体系的显著变化,尤其伸缩缝处、桥面部分容易发生裂缝、水毁和冻胀破坏。小清河桥肋拱为单铰拱,两个拱脚固结,更易受到桥墩变形的影响。虽然旁边有钢筋混凝土连续T梁结构,因为两座桥梁桥面一体化了,可能形成连带的牵拽性破坏。因为没有详细实地考察,也不排除连续梁桥体的桥墩首先被冲毁的可能。 

图 东数第三、四、五孔坍塌毁坏的小清河桥和桥北侧的高铁永定河大桥桥墩关系(图片来自网络)。

4 卢沟桥与治河治水的关系和古桥保护建议

前面说到相对卢沟桥,小清河桥没有扩大过水断面的可能,这是什么情况呢?清朝康熙皇帝和于成龙等大臣治水,总结出一条经验:对于泥沙非常多的永定河要采取“束水攻沙”的办法,也就是通过修建两岸的坚固堤坝,将河水束缚住,同时利用河水的冲击力冲刷河床,带走沉积的泥沙,又增大了流水断面。永定河是一条季节性、泥沙含量特别多的“小黄河”,这次洪水让我们见识到了历史上的卢沟河为什么叫浑河、黑水河。大家平时看到的卢沟桥桥下,往往看不到河底的海墁石版,大多情况都是堆积的泥沙,甚至占满半个桥孔。 

图 被沉积泥沙几乎占满桥孔的卢沟桥。

如此净空的桥孔是如何宣泄巨大的洪水的?秘密就在卢沟桥的构造,也是830年前建造卢沟桥的设计者对永定河水性的深刻认知。卢沟桥为重力式桥墩,桥身重量很重,能够抗击特别巨大的洪水的冲击。相邻的两座桥墩如同坚固的堤坝,将河水“束流”在桥孔中,整个大桥十一孔,巨大桥墩压缩了河面宽度,也即压缩了过水断面,使得河水通过桥洞时流速加大,这就增大了冲刷桥下泥沙的力度,形成“束水攻沙”的可能。每次洪水来临,将上次沉积的泥沙冲走,也就增大了桥孔的泄水断面面积,增大了排泄洪水流量。当然,其前提有两点:一是桥孔净空具有恰当的尺寸,既不能太小,太小则过水不足、冲刷却过大危及桥墩基础;也不能太大,太大过水量虽然很大,但冲刷力不足,桥下淤积泥沙难以淘刷。二是桥底的海墁石要低于河床,具有足够的深度,同时也就要求桥墩基础也要修建到足够的深度,并采取大石板铁柱贯底的技术,使得桥梁无比坚固。这一点恰恰是小清河桥的弱点,它不具备束水攻沙的能力。

但是还要强调小清河桥“不得已”牺牲自己保护了卢沟桥,当然还有上游的水库、拦河闸等,否则以此次超大洪水全部流向卢沟桥,极有可能出现琉璃河桥面临的险况,洪水冲入宛平城的可能性也是不可预料的。随着大气气候的巨变,对古桥保护迫在眉睫。仅仅就古桥本身来说,建议在桥梁一侧修建分水溢洪道,更深入地加固桥梁基础提高抗冲刷能力,以及持续掏挖河底,且有意做好淤积泥沙的冲刷设计,以此加大泄水断面,还有进一步完善上游调治水流水工设施,防止河床和主河槽流向的异常变化,创造性地采取有效措施拦截漂浮物等。

结语

历史中的永定河卢沟桥西侧的小清河铁桥应该正名为“小清河钢桥”,建成年代为1895年春季。谨此,对罗英《中国桥梁史料》记载建成于清光绪二十年(1894)做一纠正。

永定河小清河减水坝和钢桥创造了数个北京和永定河历史的第一:北京第一座钢桥、第一座路灯、第一次使用水泥混凝土且是国产水泥的历史,第一座中外合作修建的桥梁。稍晚一些的是1898年修建的卢汉铁路桥(桁架钢梁、混凝土桥墩)、1905年建设的京张铁路、1923年建设的京门公路钢筋混凝土桁架肋拱桥。这里还有北京早期的桥头岗亭,均为珍贵的历史记录,具有重要的历史意义。但最为重要的历史价值在于小清河坝闸桥是永定河流域最早的坝、闸、桥三位一体的水工与交通结构物,是北京最早的应用现代建筑材料水泥混凝土和钢材的土木工程,是我国从传统的水工与桥梁建造技术向现代科学建造技术转变的标志性工程。

因此建议:鉴于小清河坝、闸、桥、庙、碑,即减水坝(遗迹)、闸墩钢桥(遗迹)、岱王庙和治河石碑(历史建筑遗存)作为北京永定河水利文化遗产和北京交通文化遗产,应将小清河减水坝和闸桥墩遗存列为北京市重点文物保护单位。
感谢蒋超、冉连起先生和龚秀英老师的帮助。

本文进行的推测分析仅为一家之言,某些结论尚需实践验证,仅供有关方面参考。

王锐英
2023年9月28日再修改

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