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陇南普化光谦的博客

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日志

 
 

〖原创〗 赵 州 桥  

2009-09-06 22:37:47|  分类: 诗意人生 |  标签: |举报 |字号 订阅

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踏雨去观赵州桥,美名儿时已知晓。

今日梦圆站桥上,目睹真容悦心境。

敬佩古人之智慧,造就名桥利有情。

名桥历尽风云史,千载悠悠还如是。

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附:【赵州桥简介】赵州桥坐落在河北省南部的洨河上,洨河流经赵县。建于隋代(公元581-618年)大业年间(公元605-618年),由著名匠师李春设计和建造,距今已有1400年的历史,是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥。赵州桥1961年被国务院列为第一批全国重点文物保护单位。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。赵州桥, 又名安济桥(宋哲宗赐名,意为“安渡济民”),位于河北赵县洨河上,它是世界上现存最早、保存最好的巨大石拱桥。被誉为“华北四宝之一”。桥长64.40米,跨径37.02米,券高7.23米,是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。因桥两端肩部各有二个小孔,不是实的,故称敞肩型,这是世界造桥史的一个创造(没有小拱的称为满肩或实肩型)。桥上有很多的东西,类型众多,丰富多彩。

赵州桥建成已距今1400年,经历了10次水灾,8次战乱和多次地震,特别是1966年邢台发生的7.6级地震,邢台距这里有40多公里,这里也有四点几级地震,赵州桥都没有被破坏,著名桥梁专家茅以升说,先不管桥的内部结构,仅就它能够存在1300多年就说明了一切。1963年的水灾大水淹到桥拱的龙嘴处,据当地的老人说,站在桥上都能感觉桥身很大的晃动。据记载,赵州桥自建成至今共修缮9次。

在主拱券的上边两端又各加设了二个小拱,一是可节省材料,二是减少桥身自重(减少自重15%),而且能增加桥下河水的泄流量。

1979年5月,由中国科学院自然史组等四个单位组成联合调查组,对赵州桥的桥基进行了调查,自重为2800吨的赵州桥,而它的根基只是有五层石条砌成高1.55米的桥台,直接建在自然砂石上。

这么浅的桥基简直令人难以置信,梁思成先生1933年考察时还认为这只是防水流冲刷而用的金刚墙,而不是承纳桥券全部荷载的基础。他在报告中写道:

“为要实测券基,我们在北面券脚下发掘,但在现在河床下约70-80厘米,即发现承在券下平置的石壁。石共五层,共高1.58米,每层较上—层稍出台,下面并无坚实的基础,分明只是防水流冲刷而用的金刚墙,而非承纳桥券全部荷载的基础。因再下30-40厘米便即见水,所以除非大规模的发掘,实无法进达我们据学理推测的大座桥基的位置。”

为了保护赵州桥,上世纪末在赵州桥东100米处新建的桥梁,其结构还是沿袭赵州桥,只是主拱上的小拱数量增加到一边5个,桥上有车轮印,膝盖印。

(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。古代佼河每逢汛期,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。

(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,选择了佼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。

【赵州桥原理】

赵州桥,又名安济桥,坐落在石家庄东南45公里赵县城南蟤河之上,因桥体全部用石料建成,当地俗称大石桥。建于隋代开皇至大业年间(595年~605年),由匠师李春建造。赵州桥结构新奇,造型美观,古人说它"制造奇特,人不知其所以为"。桥全长64.4米,宽9.6米,跨度37.02米,是一座由28道相对独立的拱券组成的单孔弧形大桥。赵州桥最大的科学贡献就是它"敞肩拱"的创举。在大拱两肩,砌了四个并列小孔,既增大流水通道,减轻桥身重量,节省石料,又增强了桥身稳定性。这就有力地保证了赵州桥在1400年的历史中,经受住了多次洪水冲击,8次大地震摇撼,以及车辆重压,仍挺立在蟤河之上。

关于赵州桥的建造,有很多美丽的传说。昔日蟤河水泛滥,百姓只靠木船摆渡。木匠祖师鲁班一夜之间把羊群化成石头建起大桥。张果老和柴王爷一同来试桥。张果老倒骑毛驴,驴背褡裢里装着日、月;柴王爷推小车,运载着五岳名山。行于桥中心,将桥压得摇摇欲坠。鲁班见势不妙,纵身跳入水中,用手将桥托住,石桥安然无恙。至今桥上面还留下了清晰的驴蹄印、车道沟和膝盖印;桥底保留着鲁班的手印。正如民歌《小放牛》所唱的:"赵州石桥鲁班爷修,玉石栏杆圣人留;张果老骑驴桥上走,柴王爷推车轧了一道沟"。

赵州桥只用单孔石拱跨越洨河,由于没有桥墩,既增加了排水功能,又方便舟船往来,石拱的跨度为37.7米,连南北桥堍(桥两头靠近平地处),总共长50.82米。采取这样巨型跨度,在当时是一个空前的创举。石拱跨度很大,但拱矢(石拱两脚连线至拱顶的高度)只有7.23米。拱矢和跨度的比例大约是1比5。可见桥高比拱弧的半径要小得多,整个桥身只是圆弧的一段。这样的拱,叫做“坦拱”。坦拱降低了桥的坡度,方便往来的车马行人。而更为高超绝伦的是,在大石拱的两肩上各砌两个小石拱,从而改变了过去大拱圈上用沙石料填充的传统建筑型式,创造出世界上第一个“敞肩拱”,的新式桥型。这是一个了不起的科学发明,其优越性在于:第一、减轻桥体的重量,节省填腹的材料。经计算,四个小石拱留下的空洞,可以减少填料180立方米,合700多吨。这不但省工省料,还减轻桥身净重的15.3%,从而降低了石桥对两岸地基的压力,相应增加了桥梁的安全系数11.4%,延长了桥梁使用的期限。另外,充分利用小拱对大拱所产生的“被动压力”,从而大大增强了桥梁的稳定性。第二、四个小拱留下的四个空洞,增加排水面积16.5%,在洪汛季节。桥下过水面积增大、减轻了洪水对桥身的冲击。第三、大拱之上加两对小拱,均衡、对称,给人一种轻盈的美感。这个精巧的造型,使得赵州桥更加壮丽多姿。

再其次,赵州桥的施工方案极为科学巧妙。砌筑拱洞有两种砌筑法,一是横向联式砌筑法,另一是纵向并列式砌筑法。横向联式砌筑的拱洞是一个整体,比较结实,但这种砌筑法要搭大木架,而且必须整个拱洞竣工才能拆除本架,施工期较长。纵向并列砌筑法是把整个大桥沿宽度方向用28道独立拱券并列组合起来。每道拱券单独砌筑,合龙后自成一体。这样砌完一道拱后,移动承受拱券重量的木架,再砌相邻的一道拱,一道一道地砌筑。这种砌筑法优点是,既节省搭木架的材料,又便于移动木架分别施工,并且以后容易维修。因为每道拱券都能独立承受重压,28个拱券拼成一个大拱券,如果某一道拱券损坏了,可以部分施工维修,不影响整个桥身安全。但是,纵向并列砌筑法,并列的拱券之间缺乏联系,整体结构并不结实。李春建造赵州桥的时候,所以大胆采用纵向并列砌筑法是由于他充分考虑到洨河水文情况和施工进度的矛盾。在当时的生产水平条件下,建造这座大石桥不可能短期竣工。而洨河冬枯夏涨,如果采取横向联式砌筑法,工程进行到一半,遇上洪水,木架和已砌成的部分就要被冲毁,可是采取纵向并列砌筑法即使遇上洪水,也不会太受影响,李春为了克服纵向并联砌筑法整体结为不结实的缺点,先用9条两端带帽头的铁梁横贯拱背,串连住28道拱券,加强横向联系,再对两块毗邻的拱石,用双银锭形的腰铁卡住,然后在桥的两侧各有长1.8米,外头向下延伸五厘米的钩石六块,勾住主拱券,拱券外还有护拱石,这样,整个桥身结合在一起。另外,利用拱脚比拱顶宽0.6米的少量“收分”来防止拱券倾斜。经过1350多年的考验,证明这种施工方案是极其科学,极有成效的。

赵州桥的故事非常感人可是桥身上为什么会凿上这些痕迹呢?据现代桥梁专家罗英先生按照工程原理推测,这些痕迹是行指标和工程指标。由于赵州桥是采取纵向并列砌筑法修建的,两边如行重车,桥就容易损伤。桥面厂的驴蹄印都在东侧1/3的位置。这就是说,重载过桥如果太靠边,石拱券容易变型外倾发生危险,应当走中间。桥腹上的手掌印应当是一种工程指标,表示万一桥发生裂痕,可在手掌印处暂时支撑,以免立刻坍圮,可以从容维修。

总之,赵州桥处处都体现着中国古代工匠们的聪明才智。象赵州桥这样古老的大型敞肩石拱桥。在世界上相当长的时间里是独一无二的。在欧洲,公元14世纪时,法国泰克河上才出现类似的敝肩形的赛雷桥,比赵州桥晚了700多年,而且早在1809年这座桥就毁坏了。隋代著名石匠李春的重人贡献在世界桥梁建筑史上永放光辉。

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