15.4　海上工程

15.4　海上工程

人们需要港口有两个目的，为在暴风天气受困的船舶在背风岸边提供庇护场所，并为货物和旅客登陆和上船提供场地。在帆船航海时代，船舶找到一个可以靠岸的避风港，直到风向改变，这是非常重要的。这类避风港可能也是港口，但并不一定如此，有些避风港是建在并没有什么贸易的地方。然而，如果有一个港口可以利用，不论是天然的还是人工的，它基本上总会被本地的渔业所利用，或产生出本地渔业。在一个深凹进去的岩岸，一般总能在部分由海角和岛屿围拢的港湾内发现避风所，这往往就只需建设一道短的防波堤以增强已有的自然防护。港口则要复杂得多，可能有大量的船舶不得不在那里避风相当长的时间。静水中的码头更适合船舶使用，对于驳船来说更加必不可少。所以，早期的港口基本上总是位于河流的入海口内，甚至是有一定距离的河口上游。这种地方有着供人居住的种种便利条件，具有通过陆路或河流通达其他居民区的便利。

顾名思义，防波堤是用来抵御波浪冲击，以使其背风面相对平静的水域能用于锚泊。阻力可用两种形式中的一种来提供，或者用一种坚固的结构来抵御波浪的冲击，使波浪无害地拍击和弹回，或者通过一条长长的斜坡，波浪冲上去以后，通过波浪卷起砾石和水流的来回滚挤干扰产生的摩擦来消耗能量。在自然界里，两者通常采用的形式分别是岩石峭壁和风暴海滩。

波浪力（force of waves）基本上取决于“吹程”，也就是从陆地到已经暴露在定向风中的水体表面的直线距离。在海岸处，这个距离可能非常大，也许还要抵御波高很大的波浪。最重要的“吹程”是盛行风区的海面。在合恩角附近，太平洋的波浪据说可高达50英尺，波峰与波峰之间距离为600—1000英尺。唯有最为坚硬的天然巨石才能经受住它们的冲击，同时也难免付出被巨浪掀起的一堆堆石头猛击而被持续侵蚀的代价。最大的残块矗立在最陡峭的石堆中，而较小的碎片只有在较缓的斜坡上才能稳定住。人工防波堤只有按与此相同的规律建造才能成功。

瑟堡的港口是一个人工港，需要防备英吉利海峡北面风暴的袭击。塞萨特（Louis de Cessart，1719—1806）曾作过建造巨型木制沉箱防波堤的尝试，该防波堤就像巨大的覆盆，用木桶使其漂浮到预定位置，再放入岩石使之下沉。绕着防波堤的两端有一条敞开的通道，在英吉利海峡作业的法国舰队也可以在防波堤后面避难。防波堤既可防御恶劣天气，也可以用建在防波堤上的海岸防卫炮群防御英国私掠船。该工程于1780年开始建造，使用的沉箱（图260）高70英尺，从直径为150英尺的底部开始逐渐变细，到顶部其直径只有60英尺了。做一只沉箱要用4.5万立方英尺的木料。这些沉箱是用编组划船拖曳到位，然后加载石头使之下沉，并与暗礁连接起来。

由于在劳力和资金方面的支出巨大，1788年，当放置了18个锥体后，停止施工的命令就下达了。那些锥体破碎以后，石头都散落到了海底，在深水中形成了一条坡度为1/3的斜坡。但是，由于高水位与低水位的变化，这一石堆被波浪往下拖，使坡度变为1/10，无论再加多少材料也不会出现更陡的坡度。当一个稳定的轮廓明显形成以后，就在由每块重达3—4吨的石块构成的海床上建起了一组堡垒。但是在1812年，之后又在1824年，这些堡垒却被风暴摧垮。最后，维卡特生产出了水硬石灰，用它在海底暗礁上建造了一条混凝土长堤，从低潮位直到高潮位以上3米的空间用粗砖石结构覆盖，这项工程于1850年胜利完成。

几乎没有什么比在英国海岸所作的尝试更加豪迈。早在18世纪初，人们就在多佛尔、黑斯廷斯和莱姆里吉斯建造了用石块堆积起来的小型防波堤，这些石块大到可以装在由编组的空桶提供浮力的木筏上运送，但这种防波堤的使用寿命不长。在英吉利海峡的英国一侧，第一条防波堤穿过普利茅斯由岩石围成的天然海港建成，只在长堤两端留有入口。这项工程是由伦尼承担的。人们曾希望用石灰石石块堆砌的大石堆侧坡的坡度约为1/3，但后来发现这种坡度只在深水中是稳定的。每块重约10吨的石块体可稳定在坡度约为1/5的斜坡上。最后，当整个堤岸稳定以后，呈现的轮廓如图261所示，与瑟堡的防波堤最后确定的轮廓相似。堤内用更小的石头堆砌的，堤顶用水泥浇铸的花岗岩块铺砌而成。虽然一个稳定的形状已经实现，但要是没有最后一道工序，个别石头会从斜坡上往下落或被抛到穿过堤脊，这道工序是在风暴过后就需要补充大量表层石块。这项工程始于1812年，在1841年完工。

沿着肯特和萨塞克斯海岸有或曾经有许多小港口，但是由于英吉利海峡的水流中带有相当多悬浮的固体物质，包括海岸峭壁的逐步侵蚀而产生的泥沙和砾石，这些港口大多数曾被这类物质堵塞过，在有些情况下还被人为地加快了衰落。罗瑟河的潮汐曾经漫入内陆很远，涌进来的海水淹没了拉伊城后面的一大片区域。在退潮时，积水冲过城旁的狭窄河道，把河道冲得干干净净。为使房屋免受潮汐淹没而设计的水闸和水坝，使得开垦有价值的农业土地成为可能，不过它们也抢占了冲刷水流的出口。类似在斯通纳修建的水闸，使得以前冲刷桑威奇陶尔河河床的暴风雨水转向，也导致了港口的泥沙淤积。

拉姆斯盖特是一座完全人工建造的港口，必须通过人工使它保持干净。为了使船舶在航运途中免受一股来自北方的季风袭击，需要在海岸的这一区域有一座避风港，而古德温沙洲却没有任何防护能力。关于在不同时期实施的海港工程，人们先后向拉贝尔雅（Labelye）和斯米顿进行过咨询，这项工程最后是由斯米顿完成的。海港的外海盆几乎是被两个从海岸伸展出去的曲臂包围着，那里很快就被泥沙淤塞了。对此，斯米顿曾于1774年作过报告。沉积的淤泥已达25万立方码，而每天用两艘驳船清除的淤泥只有70立方码，每艘驳船由10人操作，这实在难以应付淤泥的积累。成功的解决方案是围出一个约42英亩的内海盆，当高潮时里面充满水，而在低潮时通过6座水闸中的一座将水排出（图262）。在水流流经的航道上通过一艘机动的驳船，使下面和周围的急流能冲刷出一条较宽的水道。在这种潮流条件下，通过海港入口的水流可以将冲刷下来的东西带走。

直到18世纪行将结束的那几年，还很少建造可让船舶在任何潮汐条件下停泊的船坞。在河中抛锚的船只，在低潮时会搁浅在泥沙滩上。由于河岸对人人都是敞开的，所以小偷小摸的行为非常普遍，而在泰晤士河上进行大规模抢劫的则是有组织的匪帮。1798年，泰晤士警卫队组建起来，但直到建造了封闭式船坞，他们的任务才在实际上成为可能。建在萨里边上的豪兰大船坞是由韦尔斯（John Wells）于1700年为捕鲸船队建造的。建在北部的第一座船坞是西印度公司船坞于1802年开放使用，由斯米顿的一名学生杰索普（Willilam Jessop）在波普勒建造。1808年，东印度公司船坞也建成了。设在沃平更靠近城市的伦敦船坞由伦尼于1801年和1805年间建造，他在建造船坞仓库时采用了铸铁立柱和屋顶，并在码头边设置了蒸汽动力的起重机来装卸船舶上的货物。

利物浦第一座船坞是由斯蒂尔斯（William Steers）于1710—1715年间建成的，所在地曾经是水塘。1826年，船坞被填平，在上面建造了海关大楼。关于布里斯托尔港的建造问题，斯米顿曾接受过咨询。在这里，每当低潮位时，船舶就正好处在城市中心的河中泥滩上。斯米顿建议将闸门之间的一长段弯曲的河段围起来，再为埃文河开一条分水渠，这项工程最后由杰索普于1803—1808年间施工建造。关于格拉斯哥的克莱德河工程，伦尼曾于1799年接受过咨询，对此提出过几个不同的建设方案，还建造过一些河流治理工程。伦尼建议在布鲁梅劳建造船坞，并从那里疏浚出一条直通大海的水道。疏浚水道最后完成了，但船坞建造计划却没有实现。

为了能在夜间对船舶导航，不管是在建造港口时还是为了避免船舶碰上危险的海岸或礁石，灯塔都是必不可少的。灯塔通常建在岬角或岛屿上，但有时为了安全起见，也需要建在某个特别靠近航道或港口通道的孤岩上。埃迪斯通岩就是这样的孤岩，它位于普利茅斯西南约15英里处。在本卷所涉及的这一时期以前，人们曾经两度在这处孤岩上建造过主要由木材构成的灯塔，但第一座灯塔被1703年11月横扫英格兰西南海岸的异常激烈的风暴所破坏，这场浩劫造成了一片荒芜，第二座灯塔则在1755年毁于大火。

斯米顿受邀设计和监督第三座埃迪斯通灯塔的建造。他认为这种建筑物必须具有足够的质量，才能够抵抗住由大西洋直接吹来的十分猛烈的暴风的袭击。由于想不出什么办法可以运送单块质量足够大的石块，他就把每块石头切成与其相邻的石块形成楔形榫相互吻合，这样，当涂上强水硬性灰泥后，每一层实际上就会像一张坚固的石盘一样（图263）。灯塔的下面几层由埃迪斯通岩本身的坚固岩石组成，每一层的石块还要钻孔，并与其上层和下层的石块通过橡木钉或定缝销钉钉住，以进一步提高结构的刚性。这种方法再加上斯米顿为灯塔设计的树形轮廓，经证明是成功的（图264）。斯米顿的灯塔直至1882年才更换，而这并不是因为灯塔结构本身有什么缺点。即使选择岩石的顶部作为灯塔基座，斯米顿要在露天开凿下面几层也有很大的难度，因为哪怕在好天气里，适宜工作的时间每天也只有几个小时。灯塔的顶部向侧边略有凸出，随着其下部剥蚀的日积月累，人们不免会对塔的安全性表示担忧。为此，人们后来在斯米顿灯塔旁边又修建了另一座灯塔，采用的是围堰的方法以及在斯米顿的时代尚未开发出来的技术。斯米顿的开拓性成果再次建造在普利茅斯港（Plymouth Hoe）上，以作为对他的事业和勇气的最好纪念。