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        中國古代石橋?qū)δ緲虻哪7屡c演進(jìn)

        2018-11-26 11:33:14劉振宇
        重慶建筑 2018年11期

        劉振宇

        (魯東大學(xué)土木工程學(xué)院,山東煙臺(tái) 264000)

        最早的非人工橋是自然形成的天生橋、倒在溪流上的樹木以及淺水中散亂的石塊。當(dāng)人類有意識(shí)地推倒樹木或者排列石塊以跨越障礙時(shí)橋便產(chǎn)生了,這一造物活動(dòng)來自于生活經(jīng)驗(yàn)和對(duì)自然的模仿,形成的原始橋梁可能是獨(dú)木駢木、亂石汀步、藤蔓蕩索。陜西西安半坡村新石器時(shí)代遺址(4500 B.C.)發(fā)現(xiàn)在氏族部落周圍挖有環(huán)壕用以防御野獸侵襲,其外壕北部寬6~8m,東南部寬1~1.5m[1],因有出口設(shè)計(jì),很難判斷其上是否有橋。但根據(jù)半坡遺構(gòu)復(fù)原情況[2]來看,此時(shí)梁柱結(jié)構(gòu)已在房屋中使用,架設(shè)獨(dú)木駢木已不是難事。榫卯結(jié)構(gòu)則以浙江余姚河姆渡遺址第4文化層發(fā)現(xiàn)的為最早(7000B.C.)[3],隨著南北技術(shù)的交流融合,木結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展,至戰(zhàn)國時(shí)期,黃河流域已普遍建造木梁木柱橋了[4],而石橋的歷史才剛剛開始。冶鐵術(shù)源自古西亞(1400 B.C.),經(jīng)新疆(1000 B.C.)[5]傳入中原漢地,在春秋末戰(zhàn)國初期(500 B.C.)出現(xiàn)了生鐵冶煉和鑄鐵柔化技術(shù),極大地促進(jìn)了石料開采,在秦漢時(shí)期出現(xiàn)了石柱、石梁、石橋面等新構(gòu)件,也為石拱橋的出現(xiàn)提供了條件[6]。石材相對(duì)于木材來說屬于新材料,對(duì)其材料性能尚未準(zhǔn)確把握的古代工匠便用這種新材料來仿制舊結(jié)構(gòu),因此石橋發(fā)展過程中保留了一些木結(jié)構(gòu)的特征,這些特征在現(xiàn)存的一些古代石橋中有所體現(xiàn)。本文主要從新材料仿制舊結(jié)構(gòu)的角度對(duì)中國古代石橋的發(fā)展過程進(jìn)行研究。

        1 石梁的榫卯與石梁橋墩

        木梁木柱易燃易水毀耐久性差,在石材進(jìn)入建筑領(lǐng)域之后,開始出現(xiàn)以石柱代木柱、以石梁代木梁的情況,雖施工不便且跨徑較小,但堅(jiān)固耐久。由于木橋多為原木桿件,故石材最初也以石梁的面目出現(xiàn),用以模擬木梁木柱,石梁連接處也往往模擬榫卯。

        始建于宋的湖南江永壽隆橋[7]便是應(yīng)用榫卯結(jié)構(gòu)的石梁橋(圖1),橋墩由蓋梁和兩個(gè)石立柱構(gòu)成,蓋梁兩端鑿有榫眼,立柱榫頭穿過榫眼并夾住上部石梁,除榫卯屬于木構(gòu)特征外,其結(jié)構(gòu)形式與木梁木柱橋一致,跨徑也相近。這種橋在石材易得、水流淺緩地區(qū)應(yīng)用較廣,并一直沿用至明清,如廣東惠州陂頭壩永遠(yuǎn)橋便建于清康熙五十九年(1720 A.D.)。若橋面較寬,則橋墩需采用石排架(圖2),其構(gòu)造特點(diǎn)類似于木排架,并出現(xiàn)對(duì)抬梁式木結(jié)構(gòu)的模仿。

        圖1 湖南江永壽隆橋(蓋梁與石立柱之間為榫卯連接,與木梁木柱結(jié)構(gòu)一致圖片來源:http://panyifu.blog.163.com/blog/static/59473999201091602058972/)

        圖2 浙江瑞安八卦橋(下部結(jié)構(gòu)為石排架 圖片來源:http://blog.sina.com.cn/s/blog_713c50e80102uxhs.html)

        石立柱易斷且縱向穩(wěn)定性不好,便產(chǎn)生了截面較大的石軸柱。石軸柱是由多層圓柱形石軸疊砌而成,上下石軸通過陰陽卯及粘結(jié)材料連接,其構(gòu)造符合石建筑最大力學(xué)特點(diǎn)——通過石塊擠壓承載外力,雖然還有木結(jié)構(gòu)的榫卯特征,但木結(jié)構(gòu)的影響已明顯變?nèi)?。?dāng)石柱發(fā)展到石墩時(shí),石梁橋便徹底擺脫了木結(jié)構(gòu)的影響,唯一與木結(jié)構(gòu)似有聯(lián)系的便是石梁在石墩中的大量應(yīng)用,但這主要是因?yàn)橹袊糯恢睕]有較好且便宜的膠凝材料,只能通過石梁縱橫堆疊來保證石墩的整體性(圖3),這也是古代工匠的一大技術(shù)創(chuàng)新。

        圖3 福建泉州洛陽橋(石梁縱橫堆疊形成橋墩 圖片來源:https://www.toutiao.com/i6396890519753982465/)

        2 石伸臂(石疊澀)

        古地中海伊比利亞半島的圓頂墓(Beehive Tombs,3000 B.C.)為較早的石疊澀穹隆,古希臘的阿瑞凱迪克橋(Arkadiko Bridge,1300 B.C.)為最早的石疊澀拱橋。中國已知最早的疊澀應(yīng)用是西漢南越王墓(200 B.C.),磚疊澀穹頂則直至河南襄城茨溝漢墓(132 A.D.)才出現(xiàn)[8]。在地中海及西亞地區(qū)是先有疊澀后有發(fā)券,但在中國由于存在“外來技術(shù)吸收”和“本土技術(shù)改進(jìn)”兩條并行技術(shù)發(fā)展路徑而很難厘清技術(shù)之間的演進(jìn)關(guān)系,發(fā)券拱與折邊拱孰先孰后的問題也是如此,若無明晰并有實(shí)證支持的演進(jìn)譜系,任何判斷都只能是推測(cè)。疊澀演進(jìn)也可以從新材料仿制舊結(jié)構(gòu)的角度來推測(cè)如下:木挑梁→木伸臂(木疊澀)→石梁伸臂(石梁疊澀)→磚石疊澀。即由木結(jié)構(gòu)發(fā)展出疊澀并用于橋梁和墓葬,石梁替換木構(gòu)件后出現(xiàn)疊澀石梁橋及大石梁疊澀拱頂。該推測(cè)的依據(jù)有三:青海都蘭縣諾木洪搭里他里哈遣址(900 B.C.)的木構(gòu)技術(shù)[9]已足以制作簡(jiǎn)易木伸臂橋;甘青地區(qū)四世紀(jì)時(shí)成熟的木伸臂橋構(gòu)造[10]則意味著該橋式在當(dāng)?shù)氐玫搅顺浞职l(fā)展;南方木材豐富地區(qū)的仿木石橋說明“石梁代木”是一種較為普遍的發(fā)展模式,可以應(yīng)用在木伸臂橋上,從而實(shí)現(xiàn)木伸臂到石梁伸臂這一環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換。

        疊澀是原木或磚石分層縱向堆疊并層層縱向外挑,但橫向聯(lián)系較弱,用在跨徑比房屋和墓葬大得多的橋梁上容易損毀,因此需添加橫梁以使橫向受力均勻,從而形成伸臂橋。木伸臂橋常見形式有單向伸臂(圖4)和雙向伸臂,前者常見于藏區(qū),后者常見于湘桂,在“石梁代木”中均被完全模仿(圖5)。石伸臂橋在發(fā)展的過程中漸漸意識(shí)到石梁質(zhì)脆易斷,便逐漸增加橫梁數(shù)量,最終演變出石梁縱橫堆疊、形似疊澀實(shí)為伸臂的橋式(圖6),與石梁橋墩和睡木基礎(chǔ)[6]屬同一工法。

        圖4 西藏玉曲伸臂橋(木橫梁間隔布置 圖片來源:http://www.mafengwo.cn/traveller/article.php.id=475)

        圖5 浙江文成接龍橋(石橫梁間隔布置 圖片來源:http://nb.ifeng.com/a/20160616/4653066_0.shtml)

        圖6 福建永春東關(guān)橋(石橫梁緊密布置 圖片來源:http://www.chnjzl.com/bbs/read.php?tid=10284)

        3 石撐架與折邊拱

        木橋除伸臂外,還有駢木(簡(jiǎn)支木橋)、木撐架和編木(疊梁拱或貫?zāi)竟埃┤N結(jié)構(gòu)。其中的木撐架是駢木與編木之間的過渡,即在駢木下加斜撐形成八字撐架,以提高駢木的剛度。后在斜撐頂端加木縱梁與兩斜撐構(gòu)成三折邊(三節(jié)苗),再加次縱梁與兩岸相連,以此來增大跨徑。若在三節(jié)苗下再穿插斜撐則形成編木橋(三節(jié)苗加兩節(jié)苗),慢慢演化出流行于浙閔一帶的木拱廊橋(三節(jié)苗加五節(jié)苗)。

        編木由于桿件細(xì)長(zhǎng)、構(gòu)造復(fù)雜,僅適合于木構(gòu),若改為石梁則易斷,故未見仿制的編石結(jié)構(gòu)。木撐架由一主縱梁、二次縱梁、二斜撐、二節(jié)點(diǎn)橫梁組成,橫梁的作用依然是為了提高橋梁橫向整體性并使橫向受力均勻,這些桿件均可由石梁代替成為石撐架(圖7)。石撐架在演進(jìn)過程中取消了次縱梁,而代之以實(shí)腹式填料,這樣更符合石材抗壓的材料特性,并使整體性得到進(jìn)一步加強(qiáng),此時(shí)已近似于拱橋,被稱為三折邊拱(圖8)。由三折邊而五折邊、七折邊,石梁橋便轉(zhuǎn)化為石拱橋[6]。但折邊畢竟是直線,其轉(zhuǎn)化為曲線真拱的過程很可能是借鑒了外來發(fā)券拱的樣式,即將直石梁加工為曲石梁,初期應(yīng)用于外側(cè)拱券作為裝飾(圖9),后遂用于所有石梁,成為真正意義上的石拱橋(圖10)。

        圖7 浙江麗水河橋(有次縱梁的石撐架,與木撐架結(jié)構(gòu)一致 圖片來源:http://blog.sina.com.cn/s/blog_92c83e520100wcqj.html)

        圖8 浙江臨海大善橋(取消次縱梁,成為實(shí)腹式三折邊拱 圖片來源:http://yywhyc.com/home_1.aspid=581&ClassID=86&action=look)

        圖9 浙江紹興永昌橋(兩側(cè)為曲梁、中間為直梁 圖片來源:http://blog.sina.com.cn/s/blog_713c50e80102v0tx.html)

        圖10 江蘇蘇州吳門橋(拱券全部由曲石梁構(gòu)成 圖片來源:http://www.subaonet.com/2013/0819/1194362.shtml)

        4 發(fā)券拱(真拱)

        發(fā)券拱可能最早出現(xiàn)在古西亞或古埃及,在已發(fā)掘的烏爾城(City of Ur)中已見完整的磚發(fā)券拱(2160 B.C.)[11]。羅馬斷橋(Ponte Rotto)是凈跨20m的石發(fā)券拱橋(142 B.C.)。中國發(fā)現(xiàn)最早的拱券是麻彌圖廟一號(hào)墓凈跨1.64m的扇形磚券墓拱頂(127 B.C.)[12],最早有文字記載的石拱橋是旅人橋(282 A.D),現(xiàn)存最早的石發(fā)券拱橋是凈跨13.3m的河北滿城方順橋(309 A.D)。

        從現(xiàn)有資料來看,發(fā)券拱自域外傳入的可能性較大。漢墓中凡發(fā)現(xiàn)的拱頂構(gòu)造從造型到技術(shù)均已成熟,并且有些還帶有無效的本土技術(shù)嫁接,比如楔形券磚上帶有榫卯;空心磚折邊拱和發(fā)券拱有并置現(xiàn)象,未見折邊至發(fā)券的演進(jìn)關(guān)系;并列和橫聯(lián)磚券技術(shù)同時(shí)應(yīng)用,未見并列至橫聯(lián)的演進(jìn)關(guān)系[8]。發(fā)券拱技術(shù)可由古西亞直接傳入,也可由秦漢之際海陸絲綢之路傳入,應(yīng)用于橋梁時(shí)受木橋影響較小,僅少數(shù)石拱橋拱肋有榫卯殘留。發(fā)券拱對(duì)本土折邊拱的影響主要是使石梁由直變曲,折邊數(shù)量增加的同時(shí)石梁尺寸也變短,兩者漸趨融合(圖11)。偶有石拱橋兼用發(fā)券拱和折邊拱,即在下部用疊澀或發(fā)券,上部用三折邊甚至一折邊,屬于兩種技術(shù)的簡(jiǎn)單搭接。

        圖11 河北滿城方順橋(拱券兩邊為短石梁折邊拱、內(nèi)部為發(fā)券拱 圖片來源:http://blog.sina.com.cn/s/blog_14555c7cf0102wmir.html)

        5 結(jié)語

        中國古代本土石橋脫胎于木橋,通過“石梁代木”實(shí)現(xiàn)了材料轉(zhuǎn)換,通過經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)交流實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)演進(jìn)。石橋在對(duì)木橋的模仿過程中保留了大量木橋的桿件和結(jié)構(gòu)特征,但兩者材料性能畢竟不同,因此石橋在演進(jìn)過程中不斷做出結(jié)構(gòu)調(diào)整,比如石梁橋榫卯的取消、石疊澀橫梁的增加、折邊拱折邊的曲化等,從而使石橋逐漸擺脫木橋影響并找到了符合自身材料性能的橋式。中國古代石橋形式多樣,本文僅從石橋模仿木橋的角度對(duì)石橋演進(jìn)做了粗淺梳理,以期對(duì)古建筑研究有所助益。

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