我國古代石拱橋的杰出代表

我國古代石拱橋的杰出代表

　　我國古代石拱橋的杰出代表是舉世聞名的河北省趙縣的趙州橋（又稱安濟橋 該橋在隋大業初年（公元605年左 右）為李春所創建，是一座空腹式的圓弧形石拱橋，凈跨37, 寬9，拱矢高度7.23，在拱圈兩肩各設有二個跨度不等的腹拱，這樣既能減輕橋身自重，節省材料，又便于排洪、增加美觀。趙州橋的設計構思和工藝的精巧，不僅在我國古橋是首屈一指，據世界橋梁的考證，像這樣的敞肩拱橋，歐洲到19世紀中期才出現，比我國晚了一千二百多年，趙州橋的雕刻藝術，包括欄板、望柱和鎖口石等，其上獅象龍獸形態逼真，琢工的精致秀麗，不愧為文物寶庫中的藝術珍品，我國石拱橋的建造技術在明朝時曾流傳到日本等國，促進了與世界各國人民的文化交流并增進了友誼。

　　1991年，美國土木工程師學會將安濟橋選定為第12個“國際歷史土木工程的里程碑”，并在橋北端東側建造了“國際歷史土木工程古跡”銅牌紀念碑。

　　歷史

　　趙州橋建于公元605年距今1407多年，經歷了10次水災，8次戰亂和多次地震，特別是1966年3月8日邢臺發生7.6級地震，趙州橋距離震中只有40多公里，都沒有被破壞，著名橋梁專家茅以升說，先不管橋的內部結構，僅就它能夠存在1400多年就說明了一切。1963年的水災大水淹到橋拱的龍嘴處，據當地的老人說，站在橋上都能感覺橋身很大的晃動。據記載，趙州橋自建成至今共修繕9次。

　　結構

　　在主拱券的上邊兩端又各加設了二個小拱，一，可節省材料，二，減少橋身自重（減少自重15%），而且能增加橋下河水的泄流量。三，使橋身更加美觀。

　　1979年5月，由中國科學院自然史組等四個單位組成聯合調查組，對趙州橋的橋基進行了調查，自重為2800噸的趙州橋，而它的根基只是有五層石條砌成高1.55米的橋臺，直接建在自然砂石上。 這么淺的橋基簡直令人難以置信，梁思成先生1933年考察時還認為這只是防水流沖刷而用的金剛墻，而不是承納橋券全部荷載的基礎。他在報告中寫道：“為要實測券基，我們在北面券腳下發掘，但在現在河床下約70-80厘米，即發現承在券下平置的石壁。石共五層，共高1.58米，每層較上—層稍出臺，下面并無堅實的基礎，分明只是防水流沖刷而用的金剛墻，而非承納橋券全部荷載的基礎。因再下30-40厘米便即見水，所以除非大規模的發掘，實無法進達我們據學理推測的大座橋基的位置。”

　　創新設計

　　趙州橋的拱用于跨度比較小的橋梁比較合適，而大跨度的橋梁選用半圓形拱，就會使拱頂很高，造成橋高坡陡、車馬行人過橋非常不便。二是施工不利，半圓形拱石砌石用的腳手架就會很高，增加施工的危險性。為此，李春和工匠們一起創造性地采用了圓弧拱形式，使石拱高度大大降低。趙州橋的主孔凈跨度為37.02米，而拱高只有7.23米，拱高和跨度之比為1：5左右，這樣就實現了低橋面和大跨度的雙重目的，橋面過渡平穩，車輛行人非常方便，而且還具有用料省、施工方便等優點。當然圓弧形拱對兩端橋基的推力相應增大，需要對橋基的施工提出更高的要求。

　　采用敞肩

　　李春對拱肩進行的重大改進，把以往橋梁建筑中采用的實肩拱改為敞肩拱，即在大拱兩端各設兩個小拱，靠近大拱腳的小拱凈跨為3．8米，另一拱的凈跨為2.8米。這種大拱加小拱的敞肩拱具有優異的技術性能，首先，可以增加泄洪能力，減輕拱可洪水季節由于水量增加而產生的洪水對橋的沖擊力。古代佼河每逢汛期，水勢較大，對橋的泄洪能力是個考驗，四個小拱就可以分擔部分洪流。據計算四個小拱增加過水面積16%左右，大大降低洪水對大橋的影響，提高大橋的安全性。

　　其次，敞肩拱比實肩拱可節省大量土石材料，減輕橋身的自重。據計算四個小拱可以節省石料26立方米，減輕自身重量700噸，從而減少橋身對橋臺和橋基的垂直壓力和水平推力，增加橋梁的穩固。第三、增加了造型的優美，四個小拱均衡對稱，大拱與小拱構成一幅完整的圖畫，顯得更加輕巧秀麗，體現建筑和藝術的完整統一。第四、符合結構力學理論，敞肩拱式結構在承載時使橋梁處于有利的狀況，可減少主拱圈的變形，提高了橋梁的承載力和穩定性。

　　中國古代的傳統建筑方法，一般比較長的橋梁往往采用多孔形式，這樣每孔的跨度小、坡度平緩，便于修建。但是多孔橋也有缺點，如橋墩多，既不利于舟船航行，也妨礙洪水宣泄；橋墩長期受水流沖擊、侵蝕，天長日久容易塌毀。因此，李春在設計大橋的時候，采取了單孔長跨的形式，河心不立橋墩，使石拱跨徑長達37米之多。這是中國橋梁史上的空前創舉。

　　建筑原理

　　趙州橋橋址選擇比較合理，使橋基穩固牢靠。李春根據自己多年豐富的實踐經驗，經過嚴格周密勘查、比較，選擇了洨河兩岸較為平直的地方建橋。這里的地層是由河水沖積而成，地層表面是久經水流沖涮的粗砂層，以下是細石、粗石、細砂和粘土層。根據現代測算，這里的地層每平方厘米能夠承受4.5到6.6公斤的壓力，而趙州橋對地面的壓力為每平方厘米5—6公斤，能夠滿足大橋的要求。選定橋址后在上面建造地基和橋臺。自建橋到現在，橋基僅下沉了5厘米，說明這里的地層非常適合于建橋。

　　趙州橋的砌置方法新穎、施工修理方便。李春就地取材，選用附近州縣生產的質地堅硬的青灰色砂石作為建橋石料。在石拱砌置方法上，均采用了縱向（順橋方向）砌置方法，就是整個大橋是由28道各自獨立的拱券沿寬度方向并列組合而成；拱厚皆為1.03米，每券各自獨立、單獨操作，相當靈活。每券砌完全合攏后就成一道獨立拼券砌完一道供券，移動承擔重量的“鷹架”，再砌另一道相鄰拱。這種砌法有很多優點，它既可以節省制作“鷹架”所用的木材，便于移動，同時又利于橋的維修，一道拱券的石塊損壞了，只要嵌入新石，進行局部修整就行了，而不必對整個橋進行調整。三）在保持大橋穩定性方面采取了許多嚴密措施 為了加強各道拱券間的橫向聯系，使28道拱組成一個有機整體，連接緊密牢固，李春采取了一系列技術措施。l、每一拱券采用了下寬上窄、略有“收分”的方法，使每個拱券向里傾斜，相互擠靠，增強其橫向聯系，以防止拱石向外傾倒；在橋的寬度上也采用了少量“收分”的辦法，就是從橋的兩端到橋頂逐漸收縮寬度，從最寬9.6米收縮到9米，以加強大橋的穩定性。 2、在主券上均勻沿橋寬方向設置了5個鐵拉桿，穿過28道拱券，每個拉桿的兩端有半圓形桿頭露在石外，以夾住28道拱券，增強其橫向聯系。在4個小拱上也各有一根鐵拉桿起同樣作用。3、在靠外側的幾道拱石上和兩端小拱上蓋有護拱石一層，以保護拱石；在護拱石的兩側設有勾石6塊，勾住主拱石使其連接牢固。4、為了使相鄰拱石緊緊貼合在一起，在兩側外券相鄰拱石之間都穿有起連接作用的“腰鐵”，各道券之間的相鄰石塊也都在拱背穿有“腰鐵”，把拱石連鎖起來。而且每塊拱石的側面都鑿有細密斜紋，以增大摩擦力，加強各券橫向聯系。這些措施的采取使整個大橋連成一個緊密整體，增強了整個大橋的穩定性和可靠性。

　　三絕

　　1、“券”小于半圓。中國習慣上把弧形的橋洞、門洞之類的建筑叫做“券”。一般石橋的券，大都是半圓形。但趙州橋跨度很大，從這一頭到那一頭有37.04米。如果把券修成半圓形，那橋洞就要高18.52米。這樣車馬行人過橋，就好比越過一座小山，非常費勁。趙州橋的券是小于半圓的一段弧，這既減低了橋的高度，減少了修橋的石料與人工，又使橋體非常美觀，很像天上的長虹。

　　2、“撞”空而不實。券的兩肩叫“撞”。一般石橋的撞都用石料砌實，但趙州橋的撞沒有砌實，而是在券的兩肩各砌一兩個弧形的小券。這樣橋體增加了四個小券，大約節省了一百八十立方米石料，使橋的重量減輕了大約500噸。而且，當洨河漲水時，一部分水可以從小券往下流，既可以使水流暢通，又減少了洪水對橋的沖擊，保證了橋的安全。

　　3、洞砌并列式。它用二十八道小券并列成9.6米寬的大券。可是用并列式砌，各道窄券的石塊間沒有相互聯系，不如縱列式堅固。為了彌補這個缺點，建造趙州橋時，在各道窄券的石塊之間加了鐵釘，使它們連成了整體。用并列式修造的窄券，即使壞了一個，也不會牽動全局，修補起來容易，而且在修橋時也不影響橋上交通。

　　評價

　　梁思成：“河北趙縣安濟橋……可稱為中國工程界一絕”。

　　李約瑟：“在西方圓弧拱橋都被看作是偉大的杰作，而中國的杰出工匠李春，約在610年修筑了可與之輝映，甚至技藝更加超群的拱橋”。

　　橋梁專家福格邁耶（H. Fugl-Meer）：“羅馬拱橋屬于巨大的磚石結構建筑……獨特的中國拱橋是一種薄石殼體……中國拱橋建筑，最省材料，是理想的工程作品，滿足了技術和工程雙方面的要求”。

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