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  • 赵州桥建筑特点与艺术风格

    • 来源:石家庄市政府网
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    • 2013-10-20
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      赵州桥的建造者李春,在总结世界拱肩结构桥梁建筑史的基础上,勇于革新,大胆创造,一改笨重的半圆形实腹拱,创造了孔割圆式(即圆孤一段)敞肩石拱桥,此举成为世界桥梁史上之首创、始祖。在建筑特点、艺术风格上为后世树立了光辉典范。

    赵州桥

    科学选址

      赵州桥的桥基选用在河平直的天然地基上。桥台建在基本承载力为每平方厘米3.4公斤的褐黄式硬型轻亚粘土第四纪冲积层上。此处地层稳定,土质均匀,是良好的天然地基。它既能承载桥身重压,以能抗南地震危害。拱脚下平铺五层石板作桥台,总厚度仅1.55米。在桥台与桥脚处,用腰铁夹持信拱脚,防止桥拱走动变形。桥台下面无木柱和其它石料。在这样的地基上和如此小的桥台上,建筑如此大跨度石拱桥,中外建桥史上实属罕见,不可想象。足见中国古代匠师李春等众工匠的慧想卓识。他们对土壤与结构力学的关系有足够的认识。据北京市勘察处钻探挖掘测定,1400多年来,两端桥基下沉水平仅5厘米,这一惊人数字,证明这里的天然地基完全能承受大桥的载重量。我们的祖先早在1400多年前就懂得这些道理,这种超世超群的智慧不能不令人叹服倾倒。

    结构特点

      一、 敞肩拱

      安济是一座单孔割圆式敞肩石拱桥,主拱由28道券纵向并列砌成。桥身全长64.40米,净跨37.02米,孤矢7.23米。拱圈宽度:拱顶为9.0米,拱脚为9.6米;主拱两端靠桥堍(tù)的两个小拱(又称伏拱)净跨3.81米,近桥中央的两个小拱净跨2.85米。

      一般石桥的拱肩(在桥石和拦圈之间,拱顶两端都有一个三角地带一即拱肩,或称拱腹,填满石料),都是实心的,叫实肩拱。而安济桥却不同,它在两个拱肩部分各建两个对称的小拱,伏在主拱的肩上,这样就把拱肩敞开了,所以叫敞肩拱。它有以下优点:

      第一、符合结构力学原理。《桥梁史话》称:“利用静载和真料的被动压力以平衡活载的变位。”用现代力学原理(19世纪形成的弹性拱理论)对安济桥进行验核和计算,发现由于采用敞肩拱,使拱轴线(拱圈中心线)与恒载压力线(一根绳子悬在空中,其形状即是绳子的拉力线,若能反转180度,则是它的恒载压力线)甚为接近。造成拱圈各个横载成上均受压力,或受到较小压力。拱石抗压强度高,抗拉强度甚低。石拱圈受压是不容易压坏的,常常是因受拉力才开裂,甚至折断才破坏的。因之,拱轴线与恒载压力比较接近,大大提高了赵州桥的拱圈承载能力和稳定性。

      第二,敞开,增加排水面积16.5%,可以顺利渲泄夏秋季节突发的洪水,减轻水流平推力对石桥的威胁。1963年罕见的特大暴雨期间,洪水浸没了较低小拱的五分之四,较高小拱的五分之二。不难见到,如果没有4个伏拱,将会给渲泄洪水带来困难。所以,张嘉贞在《赵州大石桥铭》中说:“两涯嵌四穴,盖以杀怒水之荡突。”完全是这个道理。

      拱肩敞开,还可以节省石料,据计算节省的石料可减轻桥身净重的15.3%,相当桥身自重的五分之一,而主拱上的四个伏拱,可节省石料200多立方米,约500吨;又能利于下部的简化,从而,大大减少对桥面各地基的垂直压力以及水流平推力。进而增加石桥的安全系数11.4%,延长了赵州桥的寿命。

      二、 跨度大,弧形平

      中国石拱桥,一般为半圆形拱桥。赵州桥诞生前的石拱桥更是如此。洛阳郊外的旅人桥(北魏郦道元《水经注》),建于西晋太康三年(公元282年),是单跨半圆形拱桥,这种灯型的拱桥,拱圈高耸,桥面坡度较大,利于桥下般只通航,而桥上车辆通过比较困难。中国黄河以北广大地区以陆路交通为主,古代、物资运输多赖大板车和骡马大车,造坡度平坦的桥比较适宜。李春等匠师为满足陆路交通需要,大胆选用了圆孤拱,拱矢大大小于半径,只有7.23料(如为半圆拱,半径则是27.7米),与拱的跨度37.02米相比,约为1:5,这样的拱日坦拱以此降低坡度。此外,还采用低的拱脚位置(1995年修缮时发现拱线已埋入土中1米深),以适应平原地区降低桥梁的纵向坡度要求。还依照反拱顶较厚的通常做法,采用拱脚处厚约30厘米于拱顶渐减为16厘米的薄填石的方法。大大减轻桥身自重,降低了桥的坡度。现在桥坡为6.5%,即前进100米,上升6.5米,便于车辆通行。

      三、 两端宽中间窄

      梁思成在《赵县大石桥即安济桥》一文中,陈述防备拱券与拱卷之间外倒出倾时,说:安济桥在解决石卷外倾预防开裂,除设伏拱外,最值得注意的乃是故意使桥身两端阔而中间较窄这一特点。经实地测量,北端两旁栏杆间阔距9.02米;南端阔距为9.52米;而桥之正中仅不8.51米,相差之数51?D54厘米。这种做法,绝非施工中不慎所致,而是造桥设计师李春等预先料到纵向砌法各个单券有易于向外倾倒的危险。故将中间阔度特意缩小,使各道单卷有向内收拢相聚的倾向,依此来抵制它,弥补这一缺陷。其用心可谓周密,施工可谓谨慎。这样做完全可以加强与自然物理规律的抗衡力,符合力学原理。是造桥者聪明才智的表现。

      四、 纵向并列砌筑法

      赵州桥的主拱和四个伏拱,者是采用纵向并列工的砌筑法,与横向的联式拱不同。采用这样的砌券法,是有一定的原因的:造这样的巨大的石桥需耗众多经费,众多劳力,短时间难以完成。造一座不大的单孔旅人桥,自“太康三年(公元282年)十一月初动工,日用七万五千人,至四月末止(《水经注》)。”看来用了半年时间。赵州桥巨大的造桥经费不会一次或一年半载中筹集好,造桥只能分段进行。此情况国外也有,如罗马石拱桥,靠募捐筹款,往往建成一孔后,等一段时间,待筹款一足,再造相邻一孔。另外,还得考虑在桥梁施工时船只通航和夏秋洪水的影响诸问题。

      赵州桥共28道拱圈,拱圈厚度1.03米,全拱一律,拱石.长度从0.70米到1.09米不等,以适应砌成圆孤拱的需要;拱石宽度由0.25米至0.40米不等,以便垒砌变宽度的拱圈之需。每道拱圈约用43块大石块组成,计用券石1260块。桥面用石版铺成。分为三段,中间走车,两旁行人。纵向并列砌筑法的好处:

      一是施工方便。采用纵向并列砌筑,可以各道拱圈先后施工。一道砌完拢合后,独立站稳,移出桥架,依次砌筑下一道拱圈。至止28道拱圈全部完成。这样,施工中遇到洪水影响不大。

      二是各道拱圈自成一体,日后倘有一道损坏,不影响全桥,且修复方便。

      三是节省约木料。修拱形桥,需大量木材做支架。建桥时因各道拱圈先后施工,一道砌好,再砌相邻的一道,这样,可以用较窄的木架轮换拆挪,节约大量木材。

      为防止两侧各拱圈向外倾倒,加强横向连结,建桥者采用了以下措施:①用9根两端带帽头的铁拉杆(即铁梁)横穿拱背(全拱用5根,四小拱各用1根,锁信28道拱圈)。②对各块相邻拱石,琢石磨细洗净后,各面钻出精细对称倾纹,使接触面平而不滑,以利抗剪;用双银锭形的“腰铁”22块卡信,增加拱面联系。③在石桥两侧各有长1.80米,外头向下延伸5厘米的钩石6块,勾结主拱圈。④拱背上面用较宽石料交错平铺一层护拱石,跨于肋间,使拱圈结成一体,保持稳定。⑤拱石间全部用白灰或泥浆砌筑。因当时无水泥等粘结性能良好的材料,采用大型粗料拱石,用薄浆砌筑,提高拱圈抗压强度。⑥拱脚9.6米,拱顶宽9米,用这样少量的收分,防止拱圈变形。

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