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世界科技全景百卷书: 中国石桥
石桥撷趣 古老的绍兴，物产丰富，雨量充沛，临近大海，分布着大量的湖泊与河流。全城面积仅6平方多公里，而纵横河道面积就达29800平方米，有29条河流，总长度超过60公里，是江南水乡泽国的代表。 绍兴的石桥古老、众多，式样齐全。相传早在越王勾践时就造了灵汜桥，在绍兴府城东2里。《汉书》讲山阴灵文园中的桥就是此桥。唐朝李绅还赋了《灵汜桥》诗：“灵汜桥边多感伤，水分湖派达回塘；岸花前石闻幽鸟，湖月高低映绿杨。能促岁华惟白发，巧乘风马是春光；何须化鹤归华表，却数凋零念越多。”根据历史记载，汉顺帝永和五年 （140年）会稽郡太守马臻在主持筑鉴湖湖堤时，建造了“三大斗门”把水闸与桥结合在一起，是我国最早的闸桥。千百年来，在绍兴究竟造了多少石桥是难以估算的。从清光绪癸已 （1983年）的《绍兴府城衢路图》上看，已是桥梁处处，遍布全城。当时绍兴城市面积为7.4平方公里，城中共有桥229座，平均每平方公里就有31座桥，远远超过了世界闻名水城意大利威尼斯的桥梁数。威尼斯面积为567平方公里，第二次世界大战前有桥378座，平均每平方公里仅有桥0.66座，绍兴桥梁的密度为当时威尼斯城的45倍，稠密程度令人惊叹。 近几十年来，由于建设事业的蓬勃发展和交通的现代化，绍兴城内河流已从过去的29条减为13条，很多古桥也被拆毁，数量大为减少。虽然如此，至今还是保留了不少古石桥。据初步调查，市与县还有3000～4000座石桥，始建年代自宋开始，历代都有。桥型众多，千姿百态，仍可算是我国古石桥的博物馆。 现存绍兴石桥中最古老的要数城东的八字桥了。桥石柱中刻有“时宝丙辰 （1256年）仲冬吉日建”，是南宋石梁桥，距今已有700多年。八字桥平面布置很有特色，桥东端紧沿河道由南北两个方向落坡，桥西端又从西南两个方向落坡，西端南面的坡道下还建一小孔，跨越小河。桥高5米，桥面条石并列，微微拱起，桥下设有纤道。这样布置，适应南去五云，北通泗门，从水陆两方面把城府与农村联系在一起的需要；同时，在桥梁建造中还可以不拆房屋，不改街道。布局如此巧妙，结构又十分简单，不愧为城市古桥中的佳例。 城西北角环公路旁的光相桥，因桥畔原有光相寺而得名，始建于东晋，是座单跨石拱桥。桥拱圈采用纵向并列砌筑，莲花瓣望柱，似属宋元建筑。桥头望柱上刻着“隆庆元年（1967年），吉日重修”。桥下拱石上有莲花座图案，刻有“南无阿弥陀佛”等字样，说明桥与佛教有关。桥长20米，宽6米，两端桥面各有21级台阶。 八辽桥北面几十米的广宁桥，始建于南宋时期，至明万历二年（1574年年）重修。全长60米，宽5米，是浙江省特有的七边形石桥。桥心正对大善寺塔，为极好的“水上”对景，在桥上还可看城南诸山的山景。民谚云：“大善塔，塔顶尖，尖如笔，写尽五湖四海；广宁桥，桥洞圆，圆如镜，照见山会两县。”自南宋以来，广宁桥一直是纳凉、观景、聚谈之处。明修洁士朱亢宗曾作诗：“河梁风月故时秋，不见先生浅杖游；万叠远青愁对起，一川涨绿泪争流。”该桥属市级文物保护单位。 绍兴城内的七边形石桥，除广宁桥外，还有吕府 （江南最大的明朝宰相府，共有13厅）边上的谢公桥、迎恩桥、宝驹桥；五边形石桥有昌安桥、拜王桥等。它们均始建于后晋与宋朝，现存多属明清石桥。这种桥型介于石梁桥与石拱桥之间，是一种特殊梁桥。这种梁桥跨越能力比石梁桥大，用料比石拱桥少，石料加工也比石拱桥简单，但远远不及石拱桥坚固。中国已故桥梁专家罗英先生认为，正是这种桥型的出现，才使石梁桥逐步发展为石拱桥。到目前为止，在世界其他地方尚未发现过这种桥型和有关记载，可以说是浙江古代桥工的独创。 萧山至绍兴运河上的太平桥，是拱桥和高低石梁桥相结合的多跨桥梁的代表。桥离柯桥镇不远，始建于明天启二年（1622年），清乾隆六年、咸丰八年两次重建。桥头原有石牌坊等附属建筑，现已毁圮。桥由一孔净跨径10米的石拱桥和九孔净跨径3～4米的石梁桥组成。拱桥供大船航行，纤道沿拱脚贯穿而过；靠拱桥的3孔石梁桥较高大，可通较大的木船；低的石梁桥可让脚蹬手划的乌篷船通行。这种桥型省工省料，利于排洪和兼顾众多的大小船只通航。桥边还设有船码头，以便水运与陆运较好的衔接，是绍兴等地江南水乡的特点。 太平桥西不远处，有一座建于清同治年间（1862～1874年）的百孔官塘桥，是国内外所罕见的。它跨萧绍运河，而与运河平行。全长达386.2米，共有115跨，每跨净跨径2米左右。桥面用三根条石拼成，宽1.5米。这座桥的建造，是因为运河河面甚宽，常受风涛，逆水行舟就需拉纤前行，所以专为拉纤修建了这座桥梁，俗称纤道桥。遇到较大风浪，船只还可通过桥孔进入浅水区躲避风浪，故有“避塘”之称。 除以上所介绍的桥型外，还有桥闸两用的“三江闸”。它始建于唐大和七年（833年），明嘉靖十六年重建。闸高3.3丈，长46丈，下有28个洞闸，上面可以通行。在丁字、丫字或十字形交叉的河道上，修建一种互通式的三接桥、四接桥，可以使一座桥跨越三段或四段河道，原来要造三四座桥的地方，造一座桥就够了。县城昌安门外和栖凫均有一座这种互通式的三接桥，昌安门外的一座，已在修筑公路时拆除。在人流、航行频繁的主要交通道上，还有“亭桥”、“廊桥”，以方便行人在亭廊中憩息，如绍兴西郊的望日亭桥及虹桥廊桥等均是。 绍兴名人辈出，晋代的大书法家王羲之，唐代诗人贺知章，南宋诗人陆游，明代书画家徐渭，直至近代的鲁迅和“鉴湖女侠”秋瑾等，他们的活动不少都与古桥有关。如兰亭桥是王羲之修禊处，题扇桥相传是王羲之为一老妇题扇处，春波桥是陆游与唐琬重逢的地方，等等。 有些古桥名与历史条件、传说、建桥过程有关。府山街道的五边形拜王桥，是因吴越王平董昌之乱后得胜回朝，文武官员在该桥朝拜迎接而得名。斗门花浦桥，相传是农民为方便卖布而集资修建的，因浦是布的地方谐音，故名花浦桥。柯桥镇的柯桥则因汉朝朱买臣在附近山上砍柴到桥上来卖的传说而得名，因绍兴方言柯是砍的谐音。 由于绍兴石桥众多，五步一登，十步一跨，所以多少也和当地风土民俗的形成有着一定的联系。过去绍兴民众迎亲时，花轿要先过桥、杀鹅，然后再拜堂。花轿过桥还要有一定的路线。城东北要经过“万安”“福禄”“长安”“宝祐桥”；城西北要经过“万安”“谢公”桥；城南要经过“五福”、 “大庆”桥。 石拱桥技术 在 1000多年的漫长历史年代中，石拱桥一直是我国特别重要的一种桥型，遍布全国各地城乡，其中不乏世界知名的佳构。值得注意的是：古桥之苑的这株娇艳的名花不仅怒放于神州本土，而且已结实于隔海邻邦。日本书刊的文章记述了1634年中国僧侣如定设计眼镜桥的事。该桥是二孔半圆拱，影映水中，虚实相连，酷似眼镜，故得此名，日本的史书赞美为“日本最古、最有名的石拱桥之一”。中岛川是长崎县内一条不大的河流，古代有20座桥雁列栉比，彼此相距不足百米，彼邦人士称此为“长崎石桥群”。当时长崎有唐人街。中国人侨居于此，多从事贸易及通译事务。上述20座桥中半数是中国人出资构筑的，眼镜桥还是中国人建造的。20年前发生大水灾，附近冲毁了钢筋混凝土桥梁，而眼镜桥安然无恙。当地掌管桥梁事务的官员大为“吃惊”，认为“不可思议”，甚至感到是“一次不得了的冲击”，从此，这座眼镜桥就作为国家重点文物得到修理、复原。长崎石桥群及眼镜桥的史事是我国古代人赞助邻国桥梁建设的一例，也是关于两国古代邦交敦睦、人民友好的一段佳话。 我国拱桥始建于何时是一个使人很感兴趣的问题。据早年的史籍记载，晋朝太康三年 （282年）建造于洛阳七里涧上的旅人桥是已发现的我国历史上最早的一座石拱桥。到了1965年，河南省新野县出土的汉代（东汉中期或晚期）的画像砖刻有单孔拱桥图，桥上有骑马的、驾驷马车的和拿弓箭的人，桥下有船。由此证明，我国至迟在东汉已有拱桥。图上的这座拱桥只是裸拱，既无桥面也无栏杆，结构极为粗陋，当时的车马行人不得不直接在高耸陡曲的拱背上通过。为了保障车辆安全过桥，车上桥时有3个力士用绳索在前挽拽，下桥时则又有3个力士在后牵制。这幅图画可贵地提供了汉朝拱桥的实际形象。当时西方拱桥已相当发达，而我国拱桥还带有原始性，这有助于说明，石拱桥是我国土生土长的产物，不像是对一种已相当成熟的外来桥型的移植。 多年来出土的两汉古墓中有大量的拱结构，也为今人研究古拱桥提供了很有价值的旁证，可以看到后来石拱桥的雏形。略举数例。 1956年在洛阳车站发现的西汉墓中有斜腿拱式刚架和曲线拱，此墓已移至洛阳市劳动人民公园内。 1976年6月洛阳发现卜千秋墓，考古工作者定为西汉昭帝—宣帝年间（公是拱形土洞，托以小砖砌成的拱圈。 一些地方的东汉墓内已用阴阳榫作为拱砖之间的联结物。汉墓中有并列式的拱圈与纵联式的拱圈，从前者可以看到隋朝赵州桥并列拱圈构造法的萌芽状态。 四川省德阳县黄许镇的汉墓在拱圈之上砌有拱伏，这也是其后的石拱桥常用的砌法。 四川重庆市江北区70中学的校园中发现了一座东汉墓，拱圈是并列式的，相邻两列之间凭伸臂悬砌，以加强联系，由此可以看到后世的拱圈悬砌法的滥觞。 古石拱桥中联拱桥 （即多孔拱桥）甚多，在汉墓中已能找到这种联拱结构。例如武威雷台的一座东汉墓是多室拱墓，结构是多孔联拱。 在特定的情况下，也有采用高耸拱圈的，其矢跨比大于 1/2。在不宽的河面筑拱，如要满足充裕的通航净空要求，可采用这种形式，桃子形的尖顶拱即是常见的一种。但也有不陡之拱采用尖顶式的。关于为什么构筑成尖顶的问题，众说纷坛。一说，为了筑成陡于半圆的拱，每半拱仍以取圆弧线为便，这样，两圆弧线在拱顶相交点就不可能有公切线，势必形成尖项。二说，尖项比平顶美丽，优于椭圆形之类的陡拱。即便并非陡拱，尖顶仍较别致。三说，尖顶是从外国古建筑和石拱桥吸取来的艺术风格。此问题还难作定论。矢跨比大于 1/2的拱桥也有采用大于半圆的圆弧线的，建于清同治年间 （1862～1874年）的绍兴阮社桥就是这样。 偶而也有椭圆形拱桥。苏州有这样的例子。镇东美桥，明朝成化廿一年 （1485年）建，据说该桥属于这一类。 拱圈石的连接方式大致分为下面3种：无铰链接；多铰链接——无铰石的和有铰石的；双腰铁连接。 石拱桥拱圈是由若干块折扇扇面形的拱 （圈）石拼合而成的。拱石间的连接方式有多种。 拱石两端用榫卯拱石而没有榫卯类似于铰链的叫做无铰链的拱石，依靠各块拱石相互挤紧形成完整的拱圈。与相邻的拱石连接起来的称为多铰式。 无铰式与多铰式相比，各有千秋。当万一墩台发生一定的位移时，无铰式的各拱石不复相互挤紧，此时拱圈的整体性将成问题。与之对比，多铰式的拱石间有榫卯联系，情况要好一些。在墩台发生不大的位移时，多铰式的拱圈呈现出几何可变结构的特点，用榫卯连接起来的拱石能发生微小的移动和转动，直至达到新的平衡为止。在温度有显著变化和桥上有沉重车辆驶过时也出现这样的情况（各拱石连接处有足够大的接触面，且相互间存在着压力，榫卯的作用并不等于理想的铰链，各拱石的移动和转动是受到牵制的）。有人说：“多铰式的拱桥好似倒置的悬桥，拱圈石好似悬索。”这个说法是有道理的。悬索是能够大大调整外形以保证只受拉力的可变结构，多铰式拱是能够稍微调整外形以保持与外力平衡的微变结构。两者在自动调整外形以求适应外力这一点上确有相似之处。 至于在墩台无位移和单纯随恒载的情况下，无铰式的拱石全部横断面都能承受压力，而多铰式的拱石由于卯孔削减了有效面积，就不及前者。再说，琢制多铰式的拱石是一件很精细和烦难的事，费工较多，对技术的要求也较高，因此它的使用范围受到客观限制。 赵州桥是由28列拱圈并立而成，拱圈上各拱石的端部和侧面都用两块腰铁相互连接起来。无铰式的拱石属于无联系的挤紧，多铰式的拱石端部的一个榫卯只相当于赵州桥的一个腰铁，而赵州桥却有2个腰铁。这种双腰铁的连接法基本上能使每圈全部拱石形成整体，整个拱圈差不多等于一根并非拼接而成的原来就相当完整的曲杆。何况，拱石的侧面也有腰铁，将各圈连接为一个整体。赵州桥拱圈的高度整体性应是该桥经历1300余载而犹岿然不动的重要原因之一。 多铰式的拱又可分为两种：一是无铰石的，也就是将相邻的拱石直接榫接起来的；二是用长铰石作为中介的。有铰石的多铰式拱，拱石的两端被琢成榫头，插入铰石的卯槽内，铰石是一条长度与桥宽相等的长石，两侧都有卯槽，以便联锁上下两排拱石。苏州一带的石桥工称长铰石为龙筋。龙筋除了能使并列的各条拱石沿横向形成整体，有利于石拱桥的侧向稳定性外，且能使桥上的重车荷载较均匀地分布到并列的各拱石，以免轻重悬殊。现代桥梁的横隔梁，其作用与此相似。多铰式的拱从无铰石的发展到有铰石的，应该说是一个进步。宋朝名画汴京繁华图上的石拱桥是没有铰石的。从上海郊县和苏州的石拱桥看，宋桥也是无铰石的，而明清石拱桥大多是有铰石的，大致可以看出这种发展变化的趋势。 诸拱石是否能形成具有整体性的全桥，这不仅决定于榫卯、腰铁而且还决定于砌置的方式。 最基本的砌置方式有两种：一是并列砌置；二是纵联砌置，其他还有多种派生的砌法。按纵联砌置的，拱石纵列交错，较易保持全桥的整体性，但在施工时须有满堂脚手架。这种砌置法最为普遍，如清代重建的江西抚州文昌桥即属此类。 介乎上述两法之间，后来又出现有其他砌法，较简单的有分节并列和纵联分节并列。看来，由于错缝的存在，在横向整体性这一点上说，分节并列优于全拱并列，由于联石的存在，纵联分节并列的横向整体性又优于分节并列。这里略见古桥工砌拱技术的精益求精。 由于艺术上的需要，也有在纵联砌置的拱桥两外侧用高级石料镶嵌成一个独立拱圈的，如北京颐和园玉带桥等。此外还有框式纵联砌置法，如卢沟桥即属于此类。 清朝《文昌桥志》在叙述砌筑拱圈的工序时说：“空其中一石以待合龙，一石紧而全瓮之石皆紧矣。”这种建拱传统技术至今仍在使用，称为尖拱法。 尖拱法是压紧组成拱圈的各块拱石，使能形成整体，脱离支架，悬空腾起，达到独立承载的一种施工方法，也是检查拱圈石有无缺点，试验拱圈石强弱和稳定性的特殊方法。刹尖是与拱圈的合龙和封顶密切相关的。古代筑拱都有拱架，在拱架上从两端拱脚处开始自下而上放置拱石，最后在拱顶预留空档以待合龙。尖拱是在空档内反复打入木楔，使整个拱圈处于受压挤紧状态，然后以石代楔。在尖拱以前各块拱石松散地和放置在拱架的曲拱形支托面上，支托面须略低于施工完毕石拱圈底面所保持的高度。成功的尖拱能使拱石挤密、离架隆起，实现拱的作用。然后就能在其上砌筑拱上建筑了。如虽经尖拱，各块拱石仍脱离不开拱架的支持，形成不了独立承载的结构，则证明这次尖拱是失败的，须重新砌筑。尖拱的成败主要决定于尖拱力的大小及其着力点的位置。古时要凭丰富的实践经验和熟练的操作技巧。分批加楔和以石代楔的过程都是很难的。先在甲乙空档打楔 （木制），紧密后再在丙空档打楔，当丙处之楔更紧时，甲乙楔必松，再加紧之，如此类推，交替进行。然后采用紧此松彼的方法分批以石代楔，达到拱顶处的合龙。 上述的尖拱法只适用于不大的跨度。因为尖拱力大致等于主拱圈既成之后拱上建筑未砌之时的拱脚水平推力，倘是大跨度，所需要的尖拱力甚大，难以用上述方法获致。在此情况下通常采用的方法是在拱架上预先垫高各拱石，挤紧到一定程度，然后卸架使拱石下降，达到充分挤紧而合龙。 古石拱桥施工采用的尖拱法是将拱石有效地装配成拱的方法，至今尚在使用。尤为可贵者，它是调整拱圈内力的一种科学方法，有许多高明的桥工善于巧妙地控制尖拱力的大小及着力点的位置，以求调整主拱圈内力，使之尽量合理，这里利用了预应力的概念。尖拱法是我国先代桥工发明的一种砌拱的极有价值的方法。现在拱桥工程中利用埋置在拱内的千斤顶进行内力调整，虽所用机具大为精巧，但其基本原理仍与尖拱法相同。 在拱背上两边砌筑边墙，两墙之间填以碎石灰土之类，其上铺设桥面，这是大多数古石拱桥的砌法。拱上的边墙、填料、桥面等统称拱上建筑。由于填料充满拱背之上桥面以下的空间，故称这一类拱上建筑为实腹式的，以区别于赵州桥那样的空腹式拱上建筑。拱上建筑能支承平坦的桥面避免车马行人直接在弯曲陡峻的拱背上通行，这固然是拱上建筑显而易见的功能，但古代桥工并不满足于此，他们还设法使拱上建筑对主拱圈兼起巩固和加强的作用。 以创建于元朝的苏州灭渡桥为例。在两拱脚处桥台之上，与边墙垂直的方向上用石料各砌间壁一道，横贯全桥的宽度。填料被包围在拱背之上、边墙和间壁之中，而且构筑边墙的石块有若干长短不一的，伸入填料之中，好似钉靴踩入泥土一样。又在边墙中段与拱跨中心对称之处，再设置长度等于桥宽的长系石，用以联系两侧的边墙。这样，本来松散的填料就与边墙、间壁形成一定的联系，遇石拱受载变形时能在一定程度上限制石拱变形，能增大主拱圈的强度与刚度。也有的石拱桥，间壁代之以明柱，虽不如间壁那样横贯桥宽，但柱之上下都有横贯桥宽的长系石，一对明柱加一对系石即对拱上建筑形成一个矩形的框箍。尚有其他措施，不胜枚举。古代桥工不仅考虑到主拱圈对拱上建筑的支持作用，而且有意识地利用拱上建筑对主拱圈的支持作用。这是一种令人赞赏的构思。福建省长汀县的宋庆元年间（1195～1200年）所建的古石拱桥名水东桥，现时可通汽车，而拱圈厚度仅40厘米，比同跨度、同荷载的现代标准石拱桥的拱圈还要薄得多。这样薄的拱圈而能承受重荷，其原因就是拱上建筑帮助了主拱圈。如何很好地利用拱上建筑对主拱圈的支持作用，仍是今天的桥梁设计者精心思考的问题。例如，正在推广中的桁架拱桥就是能充分发挥拱上建筑对主拱圈的支持作用的一种桥型。 据苏州的老桥工谈：清朝的拱架主要有满堂的和空心的两种：一般在宽度小、通航量少的河道上施工，用满堂式的支架；而在河道宽度大、通航量大的情况下，采用空心式的支架，以便在施工时仍能维持航运，这个原则至今仍未过时。可惜古拱架的实物已无法看到，但因为基本特点未变，从现在重建古石拱桥时所用的两种拱架中，还可以今推古。现在我们在苏州一些古石拱桥的桥台临水的襟边上，偶尔还能发现成行的方形卯孔，宋朝建筑的新造桥即为一例。据老桥工考据；这是当年用来插置拱架支柱的。古拱桥施工拱架的立柱一般是支承在桩顶之上的，但也有支承于横梁之上的做法。清朝光绪年间修建江西万年桥时所用的拱架即属此类，有古人当时所绘的示意图可考。若干横梁，两端插在墩台的预留孔内，称为过江梁，拱架的长柱立足于此梁之上。在长柱之间又架有短的横梁，横梁之上又竖立短柱。柱顶高低不一，恰形成拱圈下缘的曲线，以便支托各块拱石，构筑拱圈。 |
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