趙州橋也被叫做安濟橋,位于河北省趙縣境內的洨河上。它橫跨洨水的南北兩側。它通常被稱為“大石橋”,因為所有的橋梁都是用石頭建造的。建于隋朝595年至605年,由著名工匠李春設計建造。它有大約1500年的歷史。它是世界上最早、最完整的開肩石拱橋。趙州橋體現(xiàn)了古代漢族勞動人民的智慧和結晶,開創(chuàng)了我國橋梁建設的新局面。民族品牌-民族品牌網
約1397年(也有些資料為大約700年)后,歐洲才建成類似的石拱橋。但此前歐洲已有三層石拱橋。1961年被國務院列為第一批全國重點文物保護單位,2015年榮獲石家莊十大城市名片之一。它是中國第一座石拱橋,(世界第一座石拱橋為古羅馬阿爾坎塔拉橋,該橋由拉塞(lacer)于公元98年——105年建造,此后羅馬又修建了諸多石拱橋。)。在漫長的歲月中,雖然經過無數(shù)次洪水沖擊、風吹雨打、冰雪風霜的侵蝕和8次地震的考驗,卻安然無恙,巍然挺立在清水河上。
一.建筑結構
該橋是一座空腹式的圓弧形石拱橋,是中國現(xiàn)存最早、保存最好的巨大石拱橋。趙州橋是入選世界紀錄協(xié)會世界最早的敞肩石拱橋,創(chuàng)造了世界之最。河北民間將趙州橋與滄州 鐵獅子、 定州 開元寺塔、 正定 隆興寺菩薩像并稱為“ 華北四寶”。
橋長50.82米,跨徑37.02米,券高7.23米,兩端寬9.6米,橋的設計完全合乎科學原理,施工技術更是巧妙絕倫。唐朝的 張嘉貞說它“制造奇特,人不知其所以為”。這座橋的特點是:
(一)全橋只有一個大拱,長達37.4米,在當時可算是世界上最長的石拱。橋洞不是普通半圓形,而是像一張弓,因而大拱上面的道路沒有陡坡,便于車馬上下。
(二)大拱的兩肩上,各有兩個小拱。這是創(chuàng)造性的設計,不但節(jié)約了石料,減輕了橋身的重量,而且在河水暴漲的時候,還可以增加橋洞的過水量,減輕洪水對橋身的沖擊。同時,拱上加拱,橋身也更美觀。
(三)大拱由28道拱圈拼成,就像這么多同樣形狀的弓合龍在一起,作成了一個弧形的橋洞。每道拱圈都能獨立支撐上面的重量,一道壞了,其他各道不致受到影響。
(四)全橋結構勻稱,和四周景色配合得十分和諧;橋上的石欄石板也雕刻得古樸美觀。唐朝的 張鷟說,遠望這座橋就像“初月出云,長虹引澗”。趙州橋高度的技術水平和不朽的藝術價值,充分顯示出了我國勞動人民的智慧和力量。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(jù)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(xiàn),比我國晚了一千二百多年。
1.根基
1979年5月,由中國科學院自然史組等四個單位組成聯(lián)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1.56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(fā)掘,但河床下約70-81厘米,即發(fā)現(xiàn)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(guī)模的發(fā)掘,實無法到達我們據(jù)學理推測的大座橋基的位置?!?
其結構還是沿襲趙州橋,只是主拱上的小拱數(shù)量增加到一邊5個,橋上有車輪印,膝蓋印。
中國橋梁學家茅以升的《 中國石拱橋》中也提到。趙州橋建于公元605年距今1400多年,經歷了10次水災,8次戰(zhàn)亂和多次地震,特別是1966年3月8日邢臺發(fā)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(jù)當?shù)氐睦先苏f,站在橋上都能感覺橋身很大的晃動。據(jù)記載,趙州橋自建成至今共修繕9次。(備注:修繕過程中,在歷史歲月中破損的建橋原料經過整理收集,大多數(shù)存放在趙州橋景區(qū)內的博物館陳列。)
2.拱形
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(chuàng)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(xiàn)了低橋面和大跨度的雙重目的,橋面過渡平穩(wěn),車輛行人非常方便,而且還具有用料省、施工方便等優(yōu)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。
3.敞肩
這是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(yōu)異的技術性能,首先,可以增加泄洪能力,減輕拱可洪水季節(jié)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(jù)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(jié)省大量土石材料,減輕橋身的自重。據(jù)計算四個小拱可以節(jié)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(wěn)固。第三、增加了造型的優(yōu)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(xiàn)建筑和藝術的完整統(tǒng)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(wěn)定性。
4.單孔
中國古代的傳統(tǒng)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(chuàng)舉。
二.建筑原理
1.趙州橋橋址選擇比較合理,使橋基穩(wěn)固牢靠
李春根據(jù)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(jù)現(xiàn)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。建橋歷經1400年,橋基僅下沉了5厘米,說明這里的地層非常適合于建橋。
2.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(yōu)點,它既可以節(jié)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(wěn)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(lián)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。
(1)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(lián)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(wěn)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(lián)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(lián)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(wěn)定性和可靠性。
平拱即扁弧形拱的形式,既增加了橋的穩(wěn)定性和承重能力,又方便了人畜在橋上通行,還節(jié)省了石料;李春在大石拱的兩肩又設計了兩個敞肩小拱,增強了橋的泄洪能力,減輕了橋的自重。
四.建筑價值
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。
在主拱券的上邊兩端又各加設了二個小拱,一,可節(jié)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。
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(jié)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??墒怯貌⒘惺狡觯鞯勒氖瘔K間沒有相互聯(lián)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。