古桥上部结构技术
栏目:古桥科技 发布时间:2023-05-20
绍兴古桥技术与古代建筑技术是同步发展的。绍兴地区早在汉代已出现半圆拱、折边拱墓拱和窑拱。这类拱型结构必然会应用到古桥建筑上来。绍兴古桥技术曾经站在历史的前沿。 绍兴古桥上部结构类型前面已作介绍。古桥上部结构在施工中的技术再作重点介绍: 折边拱 折边拱在绍兴有三折边拱、五折边拱、七折边拱三种。《中国科学技术史》称“折边石拱,集中分布于浙江,独多于绍兴。”唐教授点出了绍兴折边拱桥在国内的地位,所以绍兴

绍兴古桥技术与古代建筑技术是同步发展的。绍兴地区早在汉代已出现半圆拱、折边拱墓拱和窑拱。这类拱型结构必然会应用到古桥建筑上来。绍兴古桥技术曾经站在历史的前沿。 


绍兴古桥上部结构类型前面已作介绍。古桥上部结构在施工中的技术再作重点介绍: 

折边拱 


折边拱在绍兴有三折边拱、五折边拱、七折边拱三种。《中国科学技术史》称“折边石拱,集中分布于浙江,独多于绍兴。”唐教授点出了绍兴折边拱桥在国内的地位,所以绍兴应珍视这份遗产。 


三折边拱:绍兴的三折边拱的三边夹角有逐渐增大的发展过程。如绍兴城区八字桥是在直立的桥台石板脚向内略有倾斜。三边夹角小于90 度,这可称为反向折边。三边夹角为90度,就是一般梁桥。三边夹角在90度以上,120以下的是一种过渡类型,较少见。如立仁桥、元宝桥。较多见的是120度至150度夹角的三折边拱桥。三折边桥型最早用于木梁桥的八字形斜撑。绍兴印山大墓是春秋越国的古迹。此墓为拱型结构。内有巨木斜撑支架。可见三折边结构和拱型结构在2500年前的越国已大量应用。三折边拱桥也应是一种很古的桥梁。因这种古老桥型的合理性,所以三折边桥型到近代仍在应用。三折边拱桥在诸暨、嵊州、新昌三县市较多见。 


五折边拱、七折边拱: 


这类古桥型在国内少见。主要集中在绍兴市区和绍兴县。唐寰澄在《中国科学技术史》桥梁卷中提到:“仅存于浙江绍兴的几座多折边石拱桥,虽经重修,也是难能可贵的文物佐证。” 


绍兴的五折边拱桥和七折边拱桥从其折边结点落在相应圆弧上的情况,可分为四类:一类是落在半圆上的,如宝珠桥、广宁桥。这类七折边拱桥是半园型拱桥的先导。第二类是结点落在160度的园弧上的,如迎恩桥。这类折边拱桥是圆弧拱桥的先导。第三类是结点落在椭园横向半园园弧上的,如拜王桥。这类折边拱桥是椭园型拱桥的先导。第四类是五折边拱的折点落在半圆上,拱券高于水面,桥基石的基脚内倾,这类折边拱的结点连同基石结点正好落在马蹄型拱的圆弧上,所以这类折边桥可以说是马蹄型拱桥的先导。罗英先生的《中国石桥》一书中选了新登的一座五折边拱桥作为桥例。其实这座桥不应称为五折边拱桥。因桥与桥基相连的二条对称折边是垂直于桥基的。严格说这二条边应属于桥台部份,上面的三边才是桥拱部份。这种桥可称之为五折型的三折边拱桥。折边拱桥的定义应是:折边拱桥的折边结点落在圆孤上才能称为真正的折边拱桥。 


临海有一座五折边拱,其折边结点也是落在椭圆曲线上。作者在乐清北雁荡山风景区拍摄的果盆桥已收录于《中国科学技术史》桥梁卷。此桥为弯板七折边拱桥。这是一种弯板与平板相组成的折边拱桥。这是一种由折边拱向圆弧拱转化的过渡形式。折边拱桥作为园拱桥的发展过程,相信在全国各地都存在过。古桥技术发展后,折边桥在改建过程中,必然会由园拱所代替。绍兴和台州能保存这几座折边拱桥是难能可贵的。所以,我认为凡是折边拱桥都应列为文物保护对象。 


《桥梁史话》一书中提到:折边拱桥“边数愈多,就愈接近半园形石拱桥。不过,它比石拱桥用料省,一般不用粘接材料,石料加工也简单得多,但远远不及石拱桥坚固。八字形与五边形是一种几何可变体系,边石与边石的结合处仅靠接触面的磨擦力来承受一些弯力,在不对称的活荷载作用下,就会开缝滑动,甚至导致桥梁倒塌。”这种结论是不科学的。事实上有绞多边形石拱桥的结点有园孤上,它的力学结构是合理的。绍兴县五折边形永嘉桥作为通汽车的古石拱桥,使用多年,至今稳定未变,足以证明这一点。茅以升说过“中国劳动人民的智慧和力量也充分表现在过去的古桥上”,“有的更是在学术上留传下可以发展的科学理论,如很多古老的石拱桥能胜任现代的繁重运输,就是由于利用了‘被动压力’的缘故。”⑤ 绍兴不少古桥至今仍作为公路桥梁使用就是运用了这一原理。


圆弧拱 


圆弧拱分为圆弧小于180度的园弧拱、等于180度的半园拱、超过180度的马蹄型拱、椭园曲线的椭园型拱、悬链曲线的悬链线拱。这几种拱型在绍兴市都齐全,这也是十分难得的。石拱拱券的砌筑方法分为十种:一是并列砌筑;二是并列榫卯;四是纵联砌筑;五是分节并列砌筑、六是联锁分节并列砌筑;七是锒面纵联砌筑;八是框式纵联砌筑;九是乱石砌筑;十是锒面乱石砌筑。并列砌筑又可分为块石并列砌筑、条石纵向并列砌筑、条石横向并列砌筑三类。联锁分节并列砌筑法在《中国古桥技术史》中称为纵联分节并列砌筑中国圆拱桥最早产生于何时还是一个悬案。绍兴上虞市卫生陶瓷厂平地基时发现跨径为2.5米的圆型晋代墓拱。这为绍兴地区在晋代可能存在圆拱桥提供了间接证据。现有考古资料证明并列砌筑产生于宋朝以前,联锁分节并列砌筑产生于唐代以后。 


绍兴地区的建筑结构中对半圆、椭圆造型的应用早在春秋战国至秦汉时期已很普遍。如当时墓拱、城门圆拱、陶器谷仓上拱型建筑都大量应用了圆弧曲线。当时要将圆弧曲线应用到桥梁上已有客观的技术基础。成书于战国初期的《考工记》中载有画圆的工具“规”,即山东济宁武梁祠东汉画象石上女娲手中所执之器。春秋越国曾建都山东琅琊。《考工记》中提到的圆规当时在越国也应已使用。有圆规画圆,建造拱桥就有了制图的工具条件。绍兴有一些古石拱桥原为砖拱,宋朝后改为石拱,如府桥。宝庆《续会稽志》中载:“府桥在镇东门外,蓬莱阁前,旧以砖,不能坚久,守汪纲乃命造,尽易以石。”绍兴的砖砌拱桥的历史更为久远。 


圆弧拱在山区常采用乱石拱形式,这种拱桥完全是靠拱形的合理的力学结构建造起来的。在山区,这种卵石是天然的,不存在有否加工石器的工具,可能这种乱石拱桥的出现更为久远。绍兴地区乱石拱陶器窑早在春秋时代就已出现,到晋代已能建造拱型龙窑。这种建筑技术为绍兴地区石拱桥的出现提供了技术基础。晋代建成的光相桥原桥即为拱桥,这是完全具备技术条件的。从光相桥的原始桥栏的风化程度,从桥上晋代吸水兽的造型,从并列砌筑的拱券类型可以推断光相桥在晋代始建时即为拱桥。历代重修时保持了原桥型。 


绍兴圆弧拱古桥中的椭圆型拱、悬链线拱桥位立国内古桥技术的前列。作者对悬链线拱的迎仙桥、玉成桥进行了实地测量,所得的拱曲线数据与标准的悬链线拱数据基本一致。当时古人不可能掌握绘制悬链线拱的数学公式,更没有电子计算技术。当时设计出这类拱曲线只能是模仿。也就是说古人掌握了这门技术,但没有掌握这门科学。即便如此,这类古桥技术也已经站在当时世界古桥技术的顶峰。正如茅以升先生预言,这是超历史的桥梁科技。(迎仙桥、玉成桥的实测数据、测量方式和计算公式见附三。) 


绍兴古代桥梁建筑师何以能设计出如此高超的拱桥,目前还是一个谜。据逻辑推理,古人对这种拱曲线一定有仿照物。例如浙西有悬索古桥,这一拱曲线反置即成悬链线。绍兴古陶瓷器中的提梁、耳杯,古代的弯弓,古船的船弦都有可能是悬链线的仿照物。当时的古桥设计者在设计此类桥型时确有勇于创新的胆略。