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穿越千年的美丽弧线:以赵州桥为例看古代桥梁建造技术

它是千年前工匠们的一次奇思妙想,也是千年后我们眼前的一个奇迹。它是一道美丽优雅的弧线,经受1400多年的风吹雨打、冰雪风霜、汹涌洪峰依旧巍然挺立在洨河水面。它就是“天下第一桥”——赵州桥。

一、桥梁巨匠:李春

提到赵州桥就不得不说到它的设计师李春。作为隋朝著名的造桥工匠,赵州桥无疑就是他最为伟大的杰。,浓缩了古代华夏人民智慧结晶的赵州桥,开创了中国桥梁建设的崭新篇章,为推动我国造桥技术发展作出了巨大的贡献。在唐代张嘉贞所写的《安济桥铭》中就有对赵州桥这座传奇石桥的记载和赞叹。赵州桥存世1400年有余,堪称中国道桥建造史上的奇迹之一,李春也是当之无愧的世界建筑史上第一位桥梁建造专家。

二、赵州桥的建筑优点

首先,在结构上,赵州桥具有以下几个特点:

1.“伏拱敞肩”结构:赵州桥首次在主拱的两肩上各建造了两个小拱,小拱也就是称伏拱。而挖去了肩部的部分填充材料则被称为敞肩,敞肩有几个优势所在。首先是减轻了桥的自重,同时不仅减轻了桥身对桥台垂直压力和水平推力还节省了建造材料,让桥身变得轻巧,桥的下部分结构也更加得简单。其次,敞肩的四个小拱起到的则是在洪水来临时泄洪的作用。据可靠数据分析,大约增加了整个桥体16%左右的过水面积。最后,通过合理的载荷分布受力,敞肩让整个桥承受压力均匀同时大拱的轴线也符合受力均匀设计,整个拱的构造也就是那样的经济合理。

2.“坦拱”设计:赵州桥的设计正是符合了现代桥梁学中的“坦拱”结构——桥身跨度大而弧线形状趋于平直。这样的设计不仅便于人和车马在桥上通行,也让桥下的航运不受影响。但同时产生了一个小小的问题:拱的弧度过平使得拱身对桥台的水平推力增大,这样对桥台和地基的要求也就比较高。而李春为了解决这一问题,采用了敞肩设计减轻桥身自重,并且采用纵向并列砌筑的施工方式使得每一道拱券自成一体。也就是说,其中一个拱券的损坏并不会影响桥的整体使用。

3.“天然地基”+“浅基础”:按照建筑学中的推算,赵州桥采用的“坦拱”对桥台和地基的要求都是比较高的。续断专家推测赵州桥的桥台应该会采用长后座形式的基础并且极可能还有桩基支撑。梁思成先生在1933年考察时甚至还认为这只是为了防止水流冲刷作用而采用的“金刚墙”,而非程娜全部荷载的基础。然而,1979年,桥梁专家们采用岩土工程勘察方法中的坑探技术对赵州桥进行勘测时发现,赵州桥的桥台居然是厚度仅有1.55米的又小又浅的普通矩形桥台,并且桥台是直接安放在轻亚黏土与亚黏土组成的第四纪冲积土层上,这种天然地基土质极为均匀且稳定,承受大桥的荷载可以说是绰绰有余,这不得不令人称赞以李春为代表的一批中国古代工匠们的全局设计思想。

4.“拱券”设计:在建筑学中把弧形的桥洞、门洞一类的建筑叫做“拱券”。一般来说石拱桥的“券”大都是半圆形,但是赵州桥这种大跨度石桥如果把“券”设计成半圆形,那拱桥的弧度就会非常大——也就是说行人车马过桥就像是翻山一样,极为费劲。赵州桥的“券”是小于半圆形式的一段弧,既降低了桥的拱高,还减少了石料用量和人工劳力,桥的整体也更显优美。“主拱券”上两个小拱又起到了什么作用呢?一来增大了桥拱的整体排水泄洪量;二来大大节省造桥所用的石料。

5.“撞”的设计:在券的两边有两个“撞”,我们常见的古代石桥基本上都是把它们砌成实心的,而赵州桥的“撞”却没有,而是在“券”的两肩各砌了一两个“弧形小券”。这样的设计方式让桥体增加了4个“小券”,但却节约了约180立方米的石料,整体桥重也减轻了约500吨。并且,当洨河涨水之时,一部分的水可以从“小券”流出,保证水流畅通的同时又减少了洪水对桥身的冲击,保证了大桥的自身安全。

6.洞砌并列:赵州桥采用二十八道“小券”并列成了宽9.6米的“大券”。但并列式的砌筑令各道“窄券”的石块间失去了联系,比不上纵列式砌筑的坚固。李春为了弥补这个缺陷,在建造赵州桥时,在各道“窄券”的石块之间加入了铁钉把它们连接成为了整体,颇有“铁索连环”之感。这样即使其中的一个“窄券”损坏,也不会牵动整体影响安全性,同时也便于修补,修补之时也不会影响桥上的通行顺畅。

三、交通要道、美丽传说

西方国家石拱桥建造在14世纪才开始采用敞肩圆弧设计,而赵州桥的敞肩圆弧拱比起西方则早出现600多年,是中国古代劳动人民巧妙构思下的智慧结晶。赵州桥建造于隋朝,隋文帝统一天下,结束了南北分裂的局面,促进了社会的经济人文发展。而赵州桥所在的赵县又恰好是南北交通的必经之地,北上可抵重镇涿郡,南下可达京城洛阳。可是一条洨河却阻断了南北交通,而赵州桥建成后恰好就成为了中国南北交通的要道。舟船桥下行,人马桥上过。

关于这座古桥还有一个美丽的传说。相传,每到夏秋雨季时,洨河河水暴涨、洪峰汹涌,河上渡船都无法通航,两岸的百姓感到非常不便。工匠祖师鲁班得知这个问题后,特地远道而来施展神技,一夜之间就造好了这座石桥。这个奇迹很快就传遍十里八乡,最后甚至惊动了“八仙”之一的张果老。张果老骑上毛驴,在驴背上的布兜中一边装上太阳,另一边又装上了月亮,还约上柴荣,推着载有“五岳名山”的独轮车,存心想和鲁班开一个大大的玩笑。两人来到桥头,开口便问这桥能不能让他们两人一同上去行走。刚完成这么一个巨大工程的鲁班大师正十分得意,对两人的质疑不以为然:“这么坚固的一座大石桥,还经不起你们两个走么?”结果,两人刚一上桥,桥便被压得摇摇欲坠,眼看就要垮塌了。鲁班一看情况不妙,大惊之下赶忙跳下桥去,用手托住桥身东侧,这才使两位仙人带着日月和五岳名山顺利过桥。而这几位仙人过桥自然也留下了属于他们的“印记”:桥上留下了张果老毛驴的蹄子印、张果老斗笠掉在桥面上压出的圆形坑印、柴荣推小车膝盖着地的印记以及小车车轮印记、桥下鲁班托举桥身留下的手印。后来,因桥身东侧一度塌毁,手印已经不见了,而其它的“仙迹”都还留存至今。

四、古桥年鉴:建筑艺术的瑰宝

中国自古就有“桥的国度”的美称。据史料记载,从商周时期,就有了浮桥;到战国时代,还相继出现了排柱式木桥、伸臂式木桥等;南北朝时期,又出现了木石混合桥;隋唐时期,各式各样的石拱桥开始登上历史舞台,其中以李春主持修造的赵州桥最具代表性,历经多次强震、洪水、战争等灾害依然屹立不垮;两宋时期,造桥技术发展突飞猛进,新式桥梁层出不穷,像《清明上河图》中雄跨汴河、美轮美奂的虹桥就是其中之一;明清时期,西南地区开始出现各种滕桥、索桥,建于清朝康熙年间横跨大渡河的泸定桥就堪称当时索桥建筑中的经典之作,也是世界桥梁史上的又一个奇迹。在众多古桥中,赵州桥、卢沟桥、洛阳桥、湘子桥,因其科学合理的设计、先进的建筑工艺、优美的桥体造型、实用的功能以及使用年限的长久被称为“中国四大古桥”。

桥,作为集艺术性和实用性于一体的建筑,不得不令人称赞其的美妙。梁桥的平铺直叙、浮桥的诗意盎然、索桥的凌空独立、拱桥的优雅涵影,无不透露出桥梁建造工程和艺术气息相结合的精妙神韵。从古至今,多少文人骚客都曾在古桥上留下了数不清的风流文墨:长安灞桥的柳丝、二十四桥的明月、西湖断桥的浓雾、钱塘江大桥的波涛、卢沟桥的枪声。一座座古桥承载着一个个的美丽梦想,记录一段段的历史伤痛,也寄寓着一丝丝的情怀诗意。每一座古桥都有着属于它独特的魅力和一个美丽的传说,造桥的石头是冰冷的,而桥梁却是鲜活的文化化成的。跨越千百年时空依然存在的一座座古桥,都是中华文明建筑史和艺术史上宝贵的财富。

参考文献:

1、《中国桥梁的骄傲——赵州桥》

2、《中国古代桥梁》

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