趙州橋如何扛過(guò)1400年8場(chǎng)地震

趙州橋修建之后，直到新中國(guó)成立，中國(guó)人再也沒(méi)有修出跨度超過(guò)趙州橋的石拱橋。西方拱橋造橋技術(shù)不斷進(jìn)步，中國(guó)的拱橋在跨度上卻仿佛進(jìn)入了停滯時(shí)期，再也沒(méi)有如李春那般的工程師敢于嘗試跨徑如此巨大的石拱了。

歷經(jīng)10次水災(zāi)8次地震

河北省石家莊市趙縣現(xiàn)在是一座普通甚至稍顯破敗的縣城，雖然距離省會(huì)石家莊僅有40公里，但是省會(huì)的繁華似乎對(duì)這里沒(méi)有影響?？h城的面貌仿佛仍然停留在了上世紀(jì)90年代。趙縣以石頭出名，全縣有三處古代中國(guó)的石質(zhì)建筑——趙縣陀羅尼經(jīng)幢，永通橋和俗稱(chēng)“趙州橋”的安濟(jì)橋。

從唐代到明朝，趙州橋?qū)乙?jiàn)于文獻(xiàn)，其“安濟(jì)橋“的名字為宋朝哲宗皇帝所賜，取意為“安渡濟(jì)民”，而民間的俗稱(chēng)為“大石橋”。趙州橋也是世界上現(xiàn)存最古老的橋梁，它已有1400多年的歷史，故有“橋王”之稱(chēng)，“壽星橋”之譽(yù)。

趙州橋建于隋代開(kāi)皇十一至十九年（公元591-599），由建筑大師李春主持建造，是一座空腹式的圓弧形石拱橋，是世界上現(xiàn)存最早、保存最好的巨大石拱橋。橋長(zhǎng)50.82米、跨徑37.02米、券高7.23米、兩端寬9.6米，扁平率（拱高/跨度之半）僅為0.38。平橋如果沒(méi)有橋墩支撐或者用吊索拉住是無(wú)法橫跨水面的，同樣的拱橋越接近平橋，設(shè)計(jì)和施工的難度就越大，或者說(shuō)扁平率越低，拱橋的造橋水平越高。歐洲到十四世紀(jì)早期，跨度在24米以上的大跨度拱橋，扁平率都在0.7以上，看上去圓拱都很高。

它跨越河北省趙縣城南5里處的洨河，南連東都洛陽(yáng)，北達(dá)涿郡燕京，成為“坦途箭直千人過(guò)，驛使風(fēng)馳萬(wàn)國(guó)通”的要津，不僅為一般老百姓所使用，更為皇家官宦出行提供了方便。

趙州橋在1400余年里歷經(jīng)10次水災(zāi)，8次戰(zhàn)亂和地震，仍巍然屹立，堪稱(chēng)一座跨越千年的奇跡。

取得世界性的突破

中國(guó)石橋眾多，然而多數(shù)人所熟悉的石橋是所謂小橋流水人家中的明清江南風(fēng)格石橋，它們一般有一個(gè)高高的半圓形拱，陡峭的橋面上鋪設(shè)臺(tái)階以方便行人登橋。但這樣的拱橋并不適合趙州橋所處的環(huán)境。

趙州橋地處陸路交通要道，要在寬度達(dá)到30米以上的洨河上修建高拱，則上下橋必然得經(jīng)過(guò)陡坡，給過(guò)往車(chē)輛造成極大麻煩。更為要緊的是，洨河兩岸的土質(zhì)以沙土為主，修建高拱石橋意味著兩側(cè)橋腳會(huì)承受更大的重量，在松軟的沙土地，這樣的重量會(huì)讓橋梁發(fā)生嚴(yán)重沉降，最終導(dǎo)致橋梁變形坍塌。

趙州橋大拱的兩肩上，各有兩個(gè)小拱，少石料，橋身輕，增加排洪量，減少洪水對(duì)橋身的沖擊。圖為趙州橋全景

如何穩(wěn)定地筑拱一直是中國(guó)建筑技術(shù)的一大短板。中國(guó)古代建筑材料使用一直以木料為主，對(duì)石料性能和力學(xué)的掌握較為薄弱。中國(guó)東漢時(shí)期墓磚上就有石拱橋，然而羅馬石拱橋至今尚存900余處，中國(guó)同時(shí)代的石拱橋已經(jīng)幾乎看不到。眼前的趙州橋已是中國(guó)現(xiàn)存歷史最早的石拱橋。

然而趙州橋卻在石拱這個(gè)中國(guó)建筑技術(shù)的弱項(xiàng)上取得了世界性的突破。

趙州橋的設(shè)計(jì)者、工匠李春將石拱設(shè)計(jì)成弓形的坦拱，橋面坡度平緩，還解決了沉降變形問(wèn)題。平坦的弓形拱意味著拱高和拱跨之比已經(jīng)低于1比5，對(duì)拱圈承載能力和穩(wěn)定性是極大的考驗(yàn)。

古羅馬公元前62年的一座跨度為24.8的拱橋，扁平率達(dá)0.83，基本就是半圓拱，但在比趙州橋還早650多年的時(shí)候，能有那樣的工藝成就是相當(dāng)了不起的；1187年法國(guó)圣貝內(nèi)澤橋，跨度33.7米，扁平率0.70；1306年法國(guó)羅拿河上的St Esprit橋，跨度34米，扁平率為0.51，無(wú)論跨度或扁平率都不及趙州橋。直到14世紀(jì)中葉，佛羅倫薩的老橋落成（跨度29.9米、扁平率0.37），才在扁平率上達(dá)到趙州橋的水準(zhǔn)，但跨度上還是遜色一大截。可以這樣說(shuō)，趙州橋的工藝水平至少比歐洲早了750年，是世界上保存完好的最古老大跨度單孔敞肩坦弧圓弧拱橋，是中國(guó)古代傲視全球的石拱橋。

另外還值得大書(shū)一筆的是，在拱圈兩肩各設(shè)有二個(gè)跨度不等的小拱，即敞肩拱，這樣既能減輕橋身自重、節(jié)省材料，又便于排洪、增加美觀。如此精妙的設(shè)計(jì)和工藝，不僅在我國(guó)古橋是首屈一指，而且類(lèi)似的敞肩拱橋設(shè)計(jì)在歐洲到十九世紀(jì)中期才出現(xiàn)，比趙州橋晚了1200多年。這種“敞肩”的設(shè)計(jì)，減輕了橋身五分之一的重量，發(fā)大水時(shí)還可以起到分洪作用，減輕了洪流對(duì)橋身的沖擊?？缍乳L(zhǎng)達(dá)37米弧形的主拱得以穩(wěn)固千年不倒。大拱上設(shè)置小拱的做法，更是世界橋梁史首創(chuàng)。

在小拱和拱頂填石的幫助下，趙州橋的拱軸線和恒載壓力線極其接近，拱券橫截面基本均受壓力或極小壓力，符合19世紀(jì)才形成的彈性拱理論中拱的理想狀態(tài)。在一千多年前的隋朝，李春能夠憑借自己的經(jīng)驗(yàn)和智慧修成趙州橋這樣科學(xué)的石拱橋，堪稱(chēng)奇跡。

世界文化交流的溝通橋梁

不僅如此，趙州橋在工程難度如此巨大的情況下，仍然留足了富余能力。明朝末年，已經(jīng)使用了千年的趙州橋二十八道拱券中西側(cè)的五道發(fā)生坍塌。兵荒馬亂下無(wú)人有余暇主持修復(fù)。一般的橋發(fā)生如此大的問(wèn)題很有可能當(dāng)場(chǎng)徹底毀損。

盡管如此，趙州橋在拱券殘缺，力學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，剩余拱券扭成S形的狀況下還硬是撐到了清朝乾隆年間的修繕。在此期間，這座偉大的石橋以殘缺之軀承載兩岸交通達(dá)百多年之久?？峙逻B李春自己也不可能料到他的杰作竟會(huì)如此堅(jiān)固。

這是因?yàn)榻蚴暇徒x用質(zhì)地堅(jiān)硬的青灰色砂石，采用了縱向（順橋方向）砌置方法，整個(gè)大橋由28道拱券拼成，拱券向里傾斜，相互擠靠，增強(qiáng)其橫向聯(lián)系，以防止拱石向外傾倒；每道拱券都能獨(dú)立支撐上面的重量，共同組成了弓形的拱橋，這種設(shè)計(jì)便于車(chē)輛通行，也利于橋的維修，一道拱券的石塊損壞了，只要嵌入新石，進(jìn)行局部修整就行了，而不必對(duì)整個(gè)橋進(jìn)行調(diào)整。

此外，趙州橋設(shè)計(jì)上還采用腰鐵、拉桿、收分法等措施，使整座橋身連成一個(gè)緊密整體，增強(qiáng)了穩(wěn)定性和可靠性。西方學(xué)者李約瑟稱(chēng)：“在西方圓弧拱橋都被看作是偉大的杰作，而中國(guó)的杰出工匠魯班（代指李春），約在610年修筑了可與之輝映，甚至技藝更加超群的拱橋?！睒蛄簩?zhuān)家福格·邁耶則評(píng)價(jià)說(shuō)：“羅馬拱橋?qū)儆诰薮蟮拇u石結(jié)構(gòu)建筑……獨(dú)特的中國(guó)拱橋是一種薄石殼體……中國(guó)拱橋建筑，最省材料，是理想的工程作品，滿足了技術(shù)和工程雙方面的要求?！?/p>

趙州橋修建之后，直到新中國(guó)成立，中國(guó)人再也沒(méi)有修出跨度超過(guò)趙州橋的石拱橋。西方拱橋造橋技術(shù)不斷進(jìn)步，中國(guó)的拱橋在跨度上卻仿佛進(jìn)入了停滯時(shí)期，再也沒(méi)有如李春那般的工程師敢于嘗試跨徑如此巨大的石拱了。但對(duì)趙州橋的設(shè)計(jì)者，偉大的土木工程師李春，我們除了知道他的名字以及他和李通等工匠共同設(shè)計(jì)建造了趙州橋外一無(wú)所知。這座宏偉的橋梁連接了洨河兩岸，也讓李春青史留名，卻也暴露了中國(guó)古代對(duì)工程師的不重視。

1400多年來(lái)，趙州橋不僅見(jiàn)證了中國(guó)社會(huì)歷史的變遷，成為隋朝以來(lái)歷朝歷代文化交流的重要溝通橋梁，更見(jiàn)證了中國(guó)與世界的歷史文化交往活動(dòng)。

1392年，21歲的玄奘法師在趙州柏林禪寺虔誠(chéng)學(xué)習(xí)《誠(chéng)實(shí)論》10個(gè)月后，就是跨過(guò)這座橋踏上了西域取經(jīng)的漫漫長(zhǎng)路。明朝時(shí)期，我國(guó)以趙州橋?yàn)榇淼氖皹蚪ㄖ夹g(shù)流傳到日本等國(guó)，對(duì)這些國(guó)家的橋梁建筑產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，促進(jìn)了世界各國(guó)人民的文化交流并增進(jìn)了彼此之間的友誼。如今的趙州橋作為世界文化交流的使者，在展現(xiàn)著古老東方神韻的同時(shí)，還依舊煥發(fā)著新的生機(jī)。

（新華社2016.9.27等）