中国古代桥梁技术的发展

文本摘要：据考古发掘分析，中国真正意义上的桥梁诞生于氏族公社时代，也就是距今4000至6000年前。中国古代辉煌的造桥技术，特别是石拱桥的建造技术，为现代桥梁建设奠定了良好的基础，许多工艺、经验和理论仍在现代桥梁建设中得以运用。

 

据考古发掘分析，中国真正意义上的桥梁诞生于氏族公社时代，也就是距今4000至6000年前。经过数千年的发展，在东汉时期，基本形成了梁桥、拱桥、吊桥、浮桥四种桥梁基本体系。进人隋、唐、宋时期，古代桥梁建筑技术达到了巅峰，随后的元、明、清三代，将前代的造桥技术进行了全面总结，初步形成了各种桥型的设计、施工规范。19世纪后期，随着工业革命成果的传播，以砖、木为主要材料的古代桥梁渐渐淡出历史舞台。

一、梁桥

梁桥以其结构简单、建造方便，在桥梁史上最早出现。考古发现，陕西省西安的半坡村遗址已有独木、排木梁桥存在的可能。由此上溯两千年，浙江省河姆渡遗址就已经有了木构梁桥存在的迹象。原始公社时代生产力低下，因使用的工具绝大部分是石制工具，又称石器时代，只能对木材进行粗糙的加工，以木梁桥跨越天堑是唯一的选择。

经过了漫长的数千年，铁器时代的来临，才使加工大型石料成为可能，石材成为主要的建筑材料，石梁桥才应运而生。同时，铁制工具对木材的加工也更为精细，许多规模宏大，加工精美的木梁桥开始出现。建于公元22年的灞桥，计67跨，以石为墩，以木为梁，是石木完美结合的代表作。几乎与此同时，广西、浙江等地出现了两三块条石铺就的石墩石梁桥。

东汉以后，尤其是隋、唐、宋三代拱桥的异军突起，一度使梁桥黯然失色，但石梁桥仍以它结构简洁、稳定，石材加工简单，建造方便，造价低廉的优势，在许多运输便利，石料充足的地区广泛采用，其技术成就和艺术成就同样达到了极高的水准。如山西省太原晋祠的鱼沼飞梁，其建造之精美，结构之独特，在中国桥梁史上绝无仅有。在福建沿海地区，长大的跨海桥梁也多采用石梁结构，长十余米，重达数吨的石梁，依仗着便利的水上运输送达桥址，再利用潮汐的涨落架设石梁，建成了长达千余米，甚至两千余米的长桥，其中，福建省泉州市的洛阳桥、安平桥最负盛名，值得一提的是洛阳桥，不仅首开中国跨海石梁桥的先河，还首创了以牡砺胶结基础的殖砺固基法和稳固的筏型基础，这一发明保证了桥梁在近千年惊涛骇浪、沧海桑田的洗礼之后仍屹立不倒。

木梁桥由于材料的耐久性差，在石梁桥兴起之后建造的越来越少。但在大型石材采集、运输不便的地方，人们发明了一种更为新颖、实用的木梁廊桥。在唐、宋时代建筑技术全面进步的基础上，桥上盖屋，以瓦覆之，不仅保护了木梁不受风雨侵蚀，也避免了路人栉风沐雨之苦。浙江省的百梁桥、熟溪桥当属此类的佼佼者；后世的广西壮族自治区三江程阳桥更是以其规模宏大，设计奇巧，风格独树一帜而闻名于世。

简支梁桥由于受材料实用尺寸的限制，不可能建造大跨径桥梁，为了增大跨径，减少墩台，悬臂梁桥应运而生。悬臂梁是在木端施以重压，另端伸向对岸，节节伸出，然后在两个悬臂端之间架简支梁，从而达到增加跨径的目的。前文提到的熟溪桥、程阳桥也都是悬臂木梁桥的佳构杰作。木虹桥的出现的确有点匪夷所思，它的结构与以往的桥式和任何建筑结构都少有继承关系，与石拱桥的受力方式也颇有区别。它由两组木排穿插叠架在一起，形成两个受力系统组成的木拱。据分析，此类桥梁外型酷似拱桥，也具备一些拱桥的受力特征，但从两套木排梁的角度分析，在承受荷载时，木梁受弯而不受压，不像拱券石受压而不受弯，受力特点更接近斜撑木悬臂梁桥。据专家对《清明上河图》中所绘沛梁虹桥的分析推算，该桥长192米，净跨16.5米，宽8至9米，并列有21组圆木。圆木直径约40厘米，分两个系统，外面一组构成第一系统，由2根长圆木和2根短圆木组成，里面一组为第二系统，由3根等长圆木组成，共11组第一系统和10组第二系统组成在两个系统的交会点，设置横贯全桥的横木，共有5根，横木起到了联系两个系统、稳定结构、横向分配活载的作用，用条石砌筑两岸桥台，承担拱的推力，台前还留有纤道，不仅结构合理，设计也颇为周到。在北宋时期，能达到16.5米跨径的石桥也不多见。据史料记载，最大跨径的木虹桥可达40米，超过了赵州桥的跨径。木虹桥降低了自重，增大了跨径，但由于材料的原因，不易长久，以致这一技术一度失传，保存到今天的更是凤毛麟角。如甘肃省的溺陵桥由于地处干燥的西北地区，又有桥廊庇护，员经600余年风雨至今尚存。除悬臂木梁之外，悬臂石梁也不鲜见。悬臂梁桥对现代梁式体系中的许多桥式产生了深远影响。

二、拱桥

拱桥在桥梁史上出现的时间最晚，但是流风所及，不仅主导了古代桥梁的发展走向，也在现代桥梁体系独树一帜。

砖的发明有人认为始于东汉，但据考古发掘，中国早在战国时期（公元前475年至公元前221年）就已经出现了砖墓室。砖的发明是建筑史上的一次革命，砖与石、木不同的不仅仅在于它是人造建材，更在于它便于成型，外观整洁，尺寸规范，易于施工，这就为拱的发明提供了物质基础。世界上对拱结构的起源众说不一。或认为起源于自然界溶洞天然拱，或认为起自崩落的堆石拱，或认为由于砌墙开洞，逐渐由假拱演变而成。在中国，拱的起源据文献记载始于公元前2世纪末的西汉王朝。汉武帝元朔二年（公元前127年）所建的麻弥图一号墓墓室就是砖券顶，净跨达到1.64米。券即现代汉语的拱圈之圈，是拱的意思，法券、卷瓮都是中国古代的建筑术语，意为砌拱。更早的记载还有《礼记》蓬户瓮牖之说，即用破坛子砌造窗户。陶瓮则是一种更早的人造建筑材料，当然那时所砌的并不是真拱，更不是拱桥，只是拱的雏形。从墓葬结构及仅存实物来看，自东汉（公元25至220年）起，券顶、弯顶都比较完善，砖拱技术已十分成熟。现存有文字记载最早的桥梁―方顺桥是一座石拱桥，建于公元309年，晚于东汉砖拱顶100多年，规模已相当宏大，长13米，宽8米，大拱跨径达13.3米，远远超出了同时代石梁桥的跨径。

石拱桥是在墩台之间以拱形构件承重，构件在承受荷载时，墩台支点处产生水平推力，使拱内产生轴向压力，减小了跨中弯矩，使石材的耐压特性得以充分发挥，因此石拱的跨越能力大大高于石梁桥，从而提高了桥梁跨径。石拱桥的出现使中国古代桥梁进人了一个新纪元。

这个新纪元的扛鼎之作―赵州桥，一举将中国古代石拱桥技术提高到一个令人瞠目的程度。建于隋朝的赵州桥是一座单孔空腹坦拱石拱桥，主桥孔净跨37.02米，净矢高7.23米，矢跨比达到l比5.12，是一座很坦的圆弧拱桥，全桥长50.83米，宽9米，主拱圈并列28道，拱厚1.03米，拱石长1米，最大重量为l吨。在主拱圈之卜，镶有自拱脚处厚度为24厘米、拱顶处厚度为16厘米的变厚度护拱石。护拱石在空腹段为满铺，实腹段仅镶于桥的两侧。拱圈外形尤如变截面拱。为减轻桥梁自重，大拱之上，两侧各伏有两个小拱。靠近拱脚处的小拱，净跨为3.8米，另一小拱净跨为2.85米，圈石厚65厘米。每个小拱圈的东西两外侧，各铺设一层厚约16厘米的护拱石。小拱亦为并列砌筑。赵州桥的石拱桥跨径纪录，直到1959年湖南黄虎港桥的建成才被打破，长达1300余年。赵州桥制作精良，结构独创，造型上既稳重又轻巧，正如桥头关帝阁两楹对联所写：船从碧玉环中过，人在苍龙背上行。赵州桥的建成令当时相当杰出的小商桥、桥楼殿桥都黯然失色，不仅如此，其桥式成为后世建造单孔空腹坦拱石拱桥的范本。

厚墩联拱石拱桥的出现略晚于空腹式石拱桥。从技术结构上讲，厚墩联拱是单拱的集合体，每拱单独受力，一拱受力或受损，不及其他，墩台粗大厚重，承重能力很强，特别适合北方以车为主要交通工具地区，此外，这种桥式还具有较强的抵御洪水冲击能力，因此在南方山区亦很实用。著名的北京市的卢沟桥、云南省的双龙桥均属此列。北京市颐和园十七拱桥也采用这种桥式，可能是要体现皇家园林的气派，昭示帝王基业的稳固，并无实际价值。

与厚墩联拱相对应的是薄墩联拱石拱桥，多见于南方软基水网地区，一般采用木桩基础的柔性墩台，一孔受力，引起桥墩变形，将力传递到相邻拱圈，令体拱协助受力，分解了作用在墩台上的水平推力，这种结构减少了墩台重量和体积，不仅降低了水下工程量，也便利船只航行。此类桥式在以水运为主要交通方式的江浙地区非常多见，其中最著名的是建于唐朝的苏州宝带桥。

石拱桥是中国古代桥梁建设中最普遍采用的结构形式，拱圈类型也多种多样，浙江省嵊县公元1836年建成的玉成桥，其石拱已呈现代拱桥常用的悬链线状，接近现代拱桥，中国古代拱桥的技术成就由此可见一斑。

三、吊桥

吊桥又称索桥，是跨越能力最强的桥式，多见于中国西南高山峡谷、水流湍急的地区。吊桥种类很多，根据索材，可分为藤索吊桥、竹索吊桥和铁索吊桥等；根据结构，可分为单索、双索、三索、多索，单跨、双跨和多跨等等。其中多索单跨、双跨铁索桥最为常见。

藤索吊桥出现的年代最早，但由于桥的规模较小，又地处深山峡谷，少有文献记载。专家根据科技发展规律判断：无须过多加工，耐拉能力很强的天然藤条应该是人类最早利用的索材。有些藤条自然生长攀越峡谷，形成天生吊桥，但无论天生吊桥还是人工藤索桥都是简易桥梁，牲畜都很难通过，可谓吊桥的雏形。

竹索桥的出现晚于藤索桥，顾名思义是以竹蔑为索材。公元前3世纪，西蜀太守李冰在成都附近建造七桥，其中一座为竹索吊桥，后世文献多有记载，可见规模不小，且至少存在了600年。最著名的竹索桥是四川省都江堰安澜桥，始建年代不详，宋代前名珠浦桥，宋初用竹索建吊桥，改名评事桥，明末改桥为渡，名伏龙渡，清朝嘉庆八年（公元1803）用竹索重修索桥，名为安澜桥,20世纪70年代改建为钢索桥。关于竹索吊桥，在西南竹乡有不少记载，由于索材易腐，现已很难见到。

在冶铁技术成熟以前，许多地方就地取材，建成了各种各样的吊索桥。最特殊的要数西藏自治区日喀则以牛皮为主索的彭错岭索桥，它建于1800年前，长达230米，利用地形在江心设墩，飞渡雅鲁藏布江，吊索以牛皮拧搓而成，涂以酥油，历久不腐，直到20世纪七十年代才更换成铁链，值得一提的是其江心石墩，以乱石干砌，底部以巨木为桩，插于江心，迎千年激流而不溃，在世界桥梁史上堪称一绝。

随着冶铁技术的普及，以铁索为主要索材的铁索桥才使吊桥真正成为一个独立桥式，与梁桥、拱桥比肩而立。中国铁索桥最早的记载出现在唐朝，但留存至今的大部分为明朝所建。建于1475年的霁虹桥，位于云南省保山永平县博南古道的兰津渡口，跨澜沧江，是中国最早的有详细文字记载的铁索桥之一。据茅以升主编的《中国古桥技术史》记载：古以舟渡，两岸高险，横亘大竹索为梁，上布篑，篑上实板，其穿索石孔相传为孔明所凿。元元贞年间（公元1295至1297年）也先不花西征，易以巨木，后改舟渡。明成化中（公元1465至1487年）僧了然建铁索桥，清顺治年间（公元1644至1661年）重修。两端系铁缆16根，覆板缆上，南北筑四座关楼，桥西崖题曰西南第一桥。清代屡经重修，置铁索18根，桥净跨57.3米，两岸桥台长56.1米，总长113.4米。1986年，东岸桥台毁于洪水。据《中国公路》杂志2000年17期载文《重建霁虹桥记事》报道：云南保山洞经协会募捐重建，历时3年，募资10万元，于1999年底建成。新桥位于旧桥上游20米处，为钢索吊桥。

中国最著名的铁索吊桥是四川省甘孜的泸定桥，跨径达100米，是中国古桥中跨径最大的桥梁之一，由13根铁链组成，4根为两侧护栏，9根底索并排横越大渡河，上铺木板成为桥面，宽达3米，铁索两端绕过石砌桥台顶部，锚固于桥台背后底部，这种锚固形式在古代铁索桥中最为常见。

中国古代吊桥数量不多，但建造工艺非常领先，这也为现代悬索桥提供了宝贵启示。

四、浮桥

浮桥是在江河之上联结可浮体的一种特殊桥型，又称舟桥、桥航。一般为临时桥梁，适用于宽阔的大江大河，在黄河、长江上曾建过不少，但现已不存。

浮桥以船为主体，以竹缆、铁链联结，上铺木板，供行人车马通行，为加强稳定性，竹缆、铁链需在两岸锚定。山西省蒲津渡浮桥以竹索系船，始建于公元前257年，是有记载的第一座固定式浮桥，至唐开元十二年（公元724年）改竹索为铁链。在东岸和河心洲上各铸4牛4人以锚挂铁链，再系上巨船成浮桥。1989年在山西省永济发掘出唐代蒲津浮桥东岸，锚锭浮桥铁索的4头各10多吨重的4个真人大小的铁人，铸造精良，气韵生动。因铁牛铸于唐朝开元年间，故称开元铁牛，此桥当时是黄河上的重要通道。

浮桥历史悠久，但由于其本身稳定性差、阻碍通航、易于损坏，现在已很少建造，大多因军事用途而临时搭建，不能成为主流桥型。

 

总之，中国古代辉煌的造桥技术，特别是石拱桥的建造技术，为现代桥梁建设奠定了良好的基础，许多工艺、经验和理论仍在现代桥梁建设中得以运用。