赵州桥 文化地理
   

赵州桥三绝

  “券”小于半圆

  中国习惯上把弧形的桥洞、门洞之类的建筑叫做“券”。一般石桥的券,大都是半圆形。但赵州桥跨度很大,从这一头到那一头有37.04米。如果把券修成半圆形,那桥洞就要高18.52米。这样车马行人过桥,就好比越过一座小山,非常费劲。赵州桥的券是小于半圆的一段弧,这既减低了桥的高度,减少了修桥的石料与人工,又使桥体非常美观,很像天上的长虹。

  “撞”空而不实

  券的两肩叫“撞”。一般石桥的撞都用石料砌实,但赵州桥的撞没有砌实,而是在券的两肩各砌一两个弧形的小券。这样桥体增加了四个小券,大约节省了一百八十立方米石料,使桥的重量减轻了大约500吨。而且,当洨河涨水时,一部分水可以从小券往下流,既可以使水流畅通,又减少了洪水对桥的冲击,保证了桥的安全。

  洞砌并列式

  它用二十八道小券并列成9.6米宽的大券。可是用并列式砌,各道窄券的石块间没有相互联系,不如纵列式坚固。为了弥补这个缺点,建造赵州桥时,在各道窄券的石块之间加了铁钉,使它们连成了整体。用并列式修造的窄券,即使坏了一个,也不会牵动全局,修补起来容易,而且在修桥时也不影响桥上交通。


保护现状

  河北赵县的赵州桥始建于隋朝,距今已有1400多年历史,是全国重点文物保护单位。

  记者从石家庄乘车前往赵县的路上,便有当地人告诉记者,此行可能会令人失望。今年河北大旱,无水之桥想必缺少灵气。在赵州桥公园门前不远处,一条十多米宽的小河奔流不息,但河水黑如墨汁,散发着阵阵恶臭。当地人告诉记者,这条河是一条污水排放沟,根本不是河。进入赵州桥公园,没多远便是公园的核心、也是唯一的景点赵州桥,赵州桥依然那么雄伟刚劲,但桥下早已没有河,只有人为截流的一段长约两百米的水道,只见死寂的水面泛着绿光,一些公园里常见的脚踏游船飘荡在水面上。即使此时正值黄金周,但屈指可数的游人却着实让人难以想象。

  记者与一位从北京来的游客聊了起来,他们告诉记者对这个地方不很满意,35元的门票有些“不值”,而且周边环境不好。当记者表明身份后,他建议记者把赵州桥的现状写一写。一些从石家庄来的游客也对记者说,35元的门票太贵了,感觉不值,而同处赵县的千年古刹柏林寺却不收门票,游人摩肩接踵。一位专程从北京来的老先生说:“赵州桥气势非凡,确实名不虚传,但周围的环境太糟糕。政府应该首先把环境搞好,不然再好的景点也吸引不来游客。而且把赵州桥圈在一个小公园里,有些别扭,门票价格有些高,应该让更多的人有机会欣赏赵州桥。”

  9月1日上午9时,赵州桥景区历经两个多月的闭园升级改造,以全新面貌对外开放。北溢洪道暗涵改造、大型停车场、景观大道治理、公园内部环境治理等四大整治工程提前四个半月完工,被誉为“天下第一桥”的赵州桥,重新呈现“水从碧玉环中过,人在苍龙背上行”的优美景观。


赵州桥的建筑原理

  1、赵州桥桥址选择比较合理,使桥基稳固牢靠

  李春根据自己多年丰富的实践经验,经过严格周密勘查、比较,选择了洨河两岸较为平直的地方建桥。这里的地层是由河水冲积而成,地层表面是久经水流冲涮的粗砂层,以下是细石、粗石、细砂和粘土层。根据现代测算,这里的地层每平方厘米能够承受4.5到6.6公斤的压力,而赵州桥对地面的压力为每平方厘米5—6公斤,能够满足大桥的要求。选定桥址后在上面建造地基和桥台。自建桥到现在,桥基仅下沉了5厘米,说明这里的地层非常适合于建桥。

  2、赵州桥的砌置方法新颖、施工修理方便

  李春就地取材,选用附近州县生产的质地坚硬的青灰色砂石作为建桥石料。在石拱砌置方法上,均采用了纵向(顺桥方向)砌置方法,就是整个大桥是由28道各自独立的拱券沿宽度方向并列组合而成;拱厚皆为1.03米,每券各自独立、单独操作,相当灵活。每券砌完全合拢后就成一道独立拼券砌完一道供券,移动承担重量的“鹰架”,再砌另一道相邻拱。这种砌法有很多优点,它既可以节省制作“鹰架”所用的木材,便于移动,同时又利于桥的维修,一道拱券的石块损坏了,只要嵌入新石,进行局部修整就行了,而不必对整个桥进行调整。三)在保持大桥稳定性方面采取了许多严密措施 为了加强各道拱券间的横向联系,使28道拱组成一个有机整体,连接紧密牢固,李春采取了一系列技术措施。

  l、每一拱券采用了下宽上窄、略有“收分”的方法,使每个拱券向里倾斜,相互挤靠,增强其横向联系,以防止拱石向外倾倒;在桥的宽度上也采用了少量“收分”的办法,就是从桥的两端到桥顶逐渐收缩宽度,从最宽9.6米收缩到9米,以加强大桥的稳定性。

  2、在主券上均匀沿桥宽方向设置了5个铁拉杆,穿过28道拱券,每个拉杆的两端有半圆形杆头露在石外,以夹住28道拱券,增强其横向联系。在4个小拱上也各有一根铁拉杆起同样作用。

  3、在靠外侧的几道拱石上和两端小拱上盖有护拱石一层,以保护拱石;在护拱石的两侧设有勾石6块,勾住主拱石使其连接牢固。

  4、为了使相邻拱石紧紧贴合在一起,在两侧外券相邻拱石之间都穿有起连接作用的“腰铁”,各道券之间的相邻石块也都在拱背穿有“腰铁”,把拱石连锁起来。而且每块拱石的侧面都凿有细密斜纹,以增大摩擦力,加强各券横向联系。这些措施的采取使整个大桥连成一个紧密整体,增强了整个大桥的稳定性和可靠性。


赵州桥的设计创新

  赵州桥的设计在我国桥梁技术史有以下创新:

  (1)采用圆弧拱形式,改变了我国大石桥多为半圆形拱的传统,我国古代石桥拱形大多为半圆形,这种形式比较优美、完整,但也存在两方面的缺陷:一是交通不便,半圆形桥拱用于跨度比较小的桥梁比较合适,而大跨度的桥梁选用半圆形拱,就会使拱顶很高,造成桥高坡陡、车马行人过桥非常不便。二是施工不利,半圆形拱石砌石用的脚手架就会很高,增加施工的危险性。为此,李春和工匠们一起创造性地采用了圆弧拱形式,使石拱高度大大降低。赵州桥的主孔净跨度为37.O2米,而拱高只有7.25米,拱高和跨度之比为1:5左右,这样就实现了低桥面和大跨度的双重目的,桥面过渡平稳,车辆行人非常方便,而且还具有用料省、施工方便等优点。当然圆弧形拱对两端桥基的推力相应增大,需要对桥基的施工提出更高的要求。

  (2)采用敝肩。这是李春对拱肩进行的重大改进,把以往桥梁建筑中采用的实肩拱改为敝肩拱,即在大拱两端各设两个小拱,靠近大拱脚的小拱净跨为3.8米,另一拱的净跨为2.8米。这种大拱加小拱的敝肩拱具有优异的技术性能,首先可以增加泄洪能力,减轻洪水季节由于水量增加而产生的洪水对桥的冲击力。古代洨河每逢汛期,水势较大,对桥的泄洪能力是个考验,四个小拱就可以分担部分洪流,据计算四个小拱可增加过水面积16%左右,大大降低洪水对大桥的影响,提高大桥的安全性。其次敝肩拱比实肩拱可节省大量土石材料,减轻桥身的自重,据计算四个小拱可以节省石料26立方米,减轻自身重量700吨,从而减少桥身对桥台和桥基的垂直压力和水平推力,增加桥梁的稳固。第三增加了造型的优美,四个小拱均衡对称,大拱与小拱构成一幅完整的图画,显得更加轻巧秀丽,体现建筑和艺术的完整统一。第四符合结构力学理论,敝肩拱式结构在承载时使桥梁处于有利的状况,可减少主拱圈的变形,提高了桥梁的承载力和稳定性。

  (3)单孔。我国古代的传统建筑方法,一般比较长的桥梁往往采用多孔形式,这样每孔的跨度小、坡度平缓,便于修建。但是多孔桥也有缺点,如桥墩多,既不利于舟船航行,也妨碍洪水宣泄;桥墩长期受水流冲击、侵蚀,天长日久容易塌毁。因此,李春在设计大桥的时候,采取了单孔长跨的形式,河心不立桥墩,使石拱跨径长达37米之多。这是我国桥梁史上的空前创举。

  赵州桥不仅设计独特,而且建造技术也非常出色,有许多创造性。

  (1)桥址选择比较合理,使桥基稳固牢靠。李春根据自己多年丰富的实践经验,经过严格周密勘查、比较,选择了洨河两岸较为平直的地方建桥,这里的地层是由河水冲积而成,地层表面是久经水流冲涮的粗砂层,以下是细石、粗石、细砂和粘土层。根据现代测算,这里的地层每平方厘米能够承受4.5到6.6公斤的压力,而赵州桥对地面的压力为每平方厘米5——6公斤,能够满足大桥的要求。选定桥址后在上面建造地基和桥台,自建桥到现在,桥基仅下沉了5厘米,说明这里的地层非常适合于建桥。

  (2)赵州桥的砌置方法新颖、施工修理方便。李春就地取材,选用附近州县生产的质地坚硬的青灰色砂石作为建桥石料,在石拱砌置方法上,均采用了纵向(顺桥方向)砌置方法,就是整个大桥是由28道各自独立的拱券沿宽度方向并列组合而成,拱厚皆为 1.O3米,每券各自独立、单独操作,相当灵活,每券砌完全合拢后就成一道独立拼券,砌完一道供券,移动承担重量的“鹰架”,再砌另一道相邻拱。这种砌法有很多优点,它既可以节省制作“鹰架”所用的木材,便于移动;同时又利于桥的维修,一道拱券的石块损坏了,只要嵌入新石,进行局部修整就行了,而不必对整个桥进行调整。

  (3)在保持大桥稳定性方面采取了许多严密措施。为了加强各道拱券间的横向联系,使28道拱组成一个有机整体,连接紧密牢固,李春采取了一系列技术措施。l)每一拱券采用了下宽上窄、略有“收分”的方法,使每个拱券向里倾斜,相互挤靠,增强其横向联系,以防止拱石向外倾倒;在桥的宽度上也采用了少量“收分”的办法,就是从桥的两端到桥顶逐渐收缩宽度,从最宽9.6米收缩到9米,以加强大桥的稳定性。2)在主券上均匀沿桥宽方向设置了5个铁拉杆,穿过28道拱券,每个拉杆的两端有半圆形杆头露在石外,以夹住28道拱券,增强其横向联系。在4个小拱上也各有一根铁拉杆起同样作用。3)在靠外侧的几道拱石上和两端小拱上盖有护拱石一层,以保护拱石;在护拱石的两侧设有勾石6块,勾住主拱石使其连接牢固。4)为了使相邻拱石紧紧贴合在一起,在两侧外券相邻拱石之间都穿有起连接作用的“腰铁”,各道券之间的相邻石块也都在拱背穿有“腰铁”,把拱石连锁起来。而且每块拱石的侧面都凿有细密斜纹,以增大摩擦力,加强各券横向联系。这些措施的采取使整个大桥连成一个紧密整体,增强了整个大桥的稳定性和可靠性。

  (4)赵州桥的桥台独具特色。桥台是整座大桥的基础,必须能承受大桥主拱圈(桥身主体)轴而向力分解而成的巨大水平推力和垂直压力。赵州桥的桥台具有下述特点:l)低拱脚:拱脚在河床下仅半米左右;2)浅桥基:桥基底面在拱脚下1.7米左右;3)短桥台:由上至下,用逐渐略有加厚的石条砌成5米长、6.7米宽、9.6米高的桥台。这是一个既经济又简单实用的桥台。为了保障桥台的可靠性,李春采取了许多相应的固基措施。为了减少桥台的垂直位移(即由大桥主体的垂直压力造成的下沉),李春采取了在桥台边打入许多木桩的措施,以此来加强桥台的基础;这种方法在今天的厂房、桥梁的建造上也经常采用。为了减少桥台的水平移动(即由大桥主体的水平推力造成的桥台后移),李春采用了延伸桥台后座的办法,以抵消水平推力的作用。为了保护桥台和桥基,李春还在沿河一侧设置了一道金刚墙,一方面可以防止水流的冲蚀作用,另一方面金刚墙和桥基、桥台连成一体,增加了桥台的稳定性。由以上措施保证了大桥具有坚固的桥台,提高了大桥的坚实程度。

  赵州桥的敝肩圆弧拱形式是我国劳动人民的一大创造,西方在14世纪才出现敝肩圆弧石拱桥,已经比我国晚了600多年。英国著名中国科学技术史专家李约瑟博士在其巨著《中国科学技术史》中曾经列举了26项从1世纪到18世纪先后由我国传到欧洲和其他地区的科学技术成果,其中的第18项就是弧形拱桥。 赵州桥建成后成为中国北南交通的要冲,有“坦途箭直千人过,驿使驰驱万国通”的美誉。舟船在桥下航行,人马车辆从桥上驶过,大大方便了交通运输和人民生活,为洨河两岸人员来往提供了便利条件。

  这座大桥自建成至今已有130O多年,这期间经历了8次以上地震的影响,8次以上战争的考验;承受了无数次人畜车辆的重压,饱经无数次风刀霜剑、冰雪雨水的冲蚀,却雄姿不减当年,仍巍然屹立在洨河上。


赵州桥所获赞誉

  赵州桥声明远播,获得了海内外无数赞许。梁思成:“河北赵县安济桥……可称为中国工程界一绝”。李约瑟:“在西方圆弧拱桥都被看作是伟大的杰作,而中国的杰出工匠李春,约在610年修筑了可与之辉映,甚至技艺更加超群的拱桥”。桥梁专家福格·迈耶(H. Fugl-Meyer):“罗马拱桥属于巨大的砖石结构建筑……独特的中国拱桥是一种薄石壳体……中国拱桥建筑,最省材料,是理想的工程作品,满足了技术和工程双方面的要求”。

  1961年3月4日中国国务院公布为全国第一批重点文物保护单位。1991年,美国土木工程师学会将安济桥选定为第12个“国际历史土木工程的里程碑”,并在桥北端东侧建造了“国际历史土木工程古迹”铜牌纪念碑。