赵州桥又名安济桥,俗称大石桥,始建于隋代,由匠师李春设计建造。它经历了1400多年的风吹雨打,至今屹立不倒,被誉为“天下第一桥”。作为世界上现存最古老、跨度最大的敞肩圆弧拱桥,赵州桥融实用性与美观性于一体,体现了古人对力学结构的精准把握,是我国古代桥梁技术的巨大成就。
首创敞肩圆弧石拱桥
石拱桥是我国历史上非常重要的桥型。桥梁专家茅以升在《中国石拱桥》一文中介绍,有记载的最早石拱桥可能是《水经注》里提到的“旅人桥”。它大约建成于公元282年,是一座单跨石拱桥。
现存最古老的石拱桥是赵州桥。它位于河北省赵县境内的洨河之上,自建造以来就备受赞誉。《赵州志》称其是“奇巧固护,甲于天下”;唐朝张嘉贞的《安济桥铭》中记有“制造奇特,人不知其所以为”。
时至今日,人们对赵州桥建造技艺之精妙仍赞不绝口。王震华是中国古建筑榫卯非遗传承人,他曾复刻出微缩版全榫卯结构的赵州桥。复刻过程中,王震华无数次感叹赵州桥力学结构的完美:“作为世界上第一座敞肩式(即空腹式)单孔圆弧形石拱桥,赵州桥的力学结构非常科学。”
什么是“敞肩”“圆弧”?根据茅以升主编的《中国古桥技术史》一书中给出的解释,所谓“敞肩”,是指拱上建筑由实腹演进为空腹,以一系列小拱垒架于大拱之上。从外观上看,赵州桥中心的大拱两肩上,各有两个小拱。这一设计不仅减轻了石拱桥的自重,还可以增大桥梁的泄洪能力。尤其是对于洨河这一季节性河流而言,在河水暴涨的汛期,“敞肩”设计提高了排水量,增强了桥的安全性。
“圆弧”是指采用小于半圆的弧段,作为拱桥的承重结构。相较于半圆拱,在相同跨度情况下,圆弧拱可以大幅度降低桥梁高度。相应的,在相同的桥梁高度时,圆弧拱可以得到较半圆拱更大的跨度。“赵州桥的拱中心夹角是85度20分33秒,拱高和跨度之比约为1∶5左右,是一座很‘扁’的桥。从外观上看,赵州桥的桥洞不是半圆形,而是像一张弓。这样的设计降低了道路坡度,便于车马行人上下行走。”王震华说。
“敞肩”与“圆弧”的结合使用,让拱桥建造技术产生了飞跃。正如《中国古桥技术史》书中指出的,敞肩圆弧石拱桥的出现,赋予拱桥发展巨大生命力。我国在这一技术上领先西方1200多年。19世纪法国工程师保尔设计建造阿道尔夫桥,西方才出现了真正的敞肩圆弧拱桥。
合理选址打牢地基
赵州桥传世久远的原因,不仅在于其科学精妙的建造结构,合理选址也是重要原因之一。
资料显示,赵州桥为低拱脚、浅基础、短桥台设计。桥拱脚下平铺五层石板作桥台,总厚度仅1.55米。桥台下面无木柱和其他石料,直接建在没有经过夯筑的天然土石上。“古代建筑直接建在天然土石上的非常少。赵州桥做法大胆的原因,在于设计师李春对当地的土质非常了解。”王震华说。
《中国赵州桥志》提到:“赵州桥的桥基选在洨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2800吨的重压,也能有效减轻地震带来的伤害。近代以来的勘探显示,赵州桥虽然迭遇洪水,但1400多年来,桥台基础整体并无显著沉陷,两端桥基下沉水平仅5厘米。历史上,处于地震区的赵县曾经历过多次大地震,但因为地基稳定,赵州桥依然保存完好。
除选址外,赵州桥的独特搭建方式也值得注意。赵州桥采用了纵向并列砌筑法。茅以升形象地把这种搭建方式解释为:“大拱由28道拱圈拼成,就像这么多同样形状的弓合拢在一起,做成了一个弧形的桥洞。” 王震华介绍,这种搭建方式不仅便于施工,而且便于维修。“因为28道拱彼此独立,自成一体,如果有哪一道拱损坏了,只需要修这一块即可,不影响全桥。”
兼具实用与美观
赵州桥不仅坚固实用,其造型也非常美观,兼具雄伟气魄与轻巧姿态。茅以升在《中国石拱桥》一文写道:“全桥结构匀称,和四周景色配合得十分和谐;桥上的石栏石板也雕刻得古朴美观。”
赵州桥的价值不仅仅存在于桥梁本身,其中蕴含的中国古代建筑思想精华,更值得今天的人们去学习。“优秀的建筑,是人、建筑、环境三者互动的结果,三者之间的关系需要充分协调。”在王震华看来,赵州桥的首要作用是交通功能,而在建造过程中,李春正是综合考虑了当地的环境、人们的需求、桥梁的结构,才建造出这一流传后世的伟大作品。
王震华提到,赵州桥体现了以李春为代表的勤劳、精益求精的古代工匠精神。这值得我们学习和传承。
赵州桥是我国古代劳动人民智慧的结晶,成为后世学习的范本。同时它也流传到国外,促进了世界桥梁建筑技术的发展,是世界桥梁史上浓墨重彩的一笔。1991年,赵州桥被美国土木工程师学会认定为世界第十二处“国际土木工程历史古迹”,这也是中国唯一入选的土木工程建筑。