赵州桥施工建成的构造原因及反思.docx

王慧 21010241赵州桥施工建成的构造原因及反思王慧 21010241闻名中外的赵州桥矗立至今，堪称桥梁耐久的楷模。大桥为先辈李春所建。据考，赵州桥始建于隋代隋文帝开皇十五年（公元595年），完工于隋炀帝大业二年（公元606年）。虽历经近1400年风雨的侵蚀和人类战乱的摧残，重驮着历代车水马龙以及近代战车的碾压，它自巍然屹立，“永葆青春”。图1 赵州桥1.赵州桥施工的困难特大跨径的坦拱桥，不仅给施工提出了难题，也加大了地基和桥台的负担。诸多的问题都要求设计者一一化解。特别是如何将设计蓝图付诸实施成为现实。石拱桥施工，首先要在河床上架设密布的满堂支架以支撑石拱圈的砌筑，待拱圈合拢构成稳定结构后方能拆除这些支架。另一方面，支架又受到水文条件的制约，它必须在洪水来临之前拆除，也就是洪峰到来之前，拱券必须砌筑完工，否则前功尽弃。可是，即使当时资金筹集到位，石料运输、加工、供应等等无忧，这样大的桥决非一年半载可完工。它是一项长期的工程。2.解决施工困难的构造措施针对难点，李春在构造设计方面，独具匠心开创性的采取了如下构造措施：1） 组装式拱券 赵州桥主拱券厚度为 1.03 米，即一块料石的高度，在此高度范围不再分层；拱券全宽9.6-9 米，而此宽度是用 28 道窄拱券并列组合而成（见图四）。每道拱券用高 1.03 米，长约 1 米宽约 2540cm 的大料石一块块砌筑起来。每道拱券就是一个“单元”，它既“独立”又与其他各道相组合。图2 桥下仰视28片拱券图这样的“组装”结构，适应性好，为拱桥的施工，创造了灵活机动的条件。因为在施工时，可根据自然条件、资金、备料状况、施工期的长短以及人力配备，来决定搭设拱架的宽度，只要在汛期来临之前能完成一道或几道完整稳定的拱券，即可迅拆除拱架，以待再次搭设。若采用现今的横向错缝整体砌筑的方法，在当时就难以实现（见图2）。 2） 加强横向联系的措施 这一创新的构造措施，虽然化解了大跨度施工的难题，但横向并列的拱圈，其横向的整体性较差。为此，李春针对存在的问题，又采取多项有效措施： （1） 拉杆 在主券上均匀沿桥宽方向均匀设置了5个铁拉杆，穿过28道拱券，每个拉杆的两端有半圆球状“锚头”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。 （2） 护拱石在横桥向铺满与各道窄拱券错缝的“护拱石”，利用护拱石与拱背间的摩擦力加强各道之间的整体性。护拱石满布全主拱券，且自拱脚厚约24厘米至拱顶厚约16厘米。主拱券与护拱石，整体上又构成为变截面的石拱券，符合石拱桥的受力状况。（3） 勾头石 为加强横向联系，在两侧护拱石处各设六块勾头石，石长1.2m，其外端呈勾状，即下伸 5cm 以勾住最外侧一道拱券使其不外倾。 （4） 腰铁 在拱石之间用中间小两头大的“腰铁”嵌入相连，以加强料石与料石之间的联系。（5） 收分 经考察，赵州桥的宽度也是渐变的，在拱脚处的宽为 9.6 米，拱项处为 9.0 米，即采用渐变的过程，由宽变窄取其“收分”聚拢之势，以防拱券外倾。 图33） 减轻桥重，畅通水流 赵州桥首创敞肩拱，如同将拱顶两侧的“实肩”掏空，即在主拱券上两侧各筑有两个净跨分别为3.8m和2.85m拱厚65厘米的小拱，其拱券也是并列砌筑。这一举措，不仅减轻了大桥的自重，使地基“如释重负”，同样也增大了泄水面积，减轻洪水对桥的侧向推力，更减小了冲刷深度。实践证明，这一创新的构造措施使该桥躲过了大桥建成 200 多年后的那次洪水“劫难”，那时已冲刷至基底边沿，若为“实肩”则基底必将冲空。 4） 降低拱脚，减少弯矩 赵州桥采用的是“低拱脚”，其拱脚就坐落在基础顶面（即五层砌石之上），距基础底面仅 2 米多（见图4）。这一措施，既降低了桥的高度，方便通行，又因其对基底的力臂短而减少了拱脚强大的推力对基底产生的弯矩作用，从而减轻了地基的负担。 图4 拱脚由此可见，李春独具匠心，考虑周全“面面俱到”。毫无疑问，这些措施是有效的。精密的结构构造设计，也是其今后耐久的重要因素之一。 3.灵巧、精准地施工 上述用 28 片拱券组合成宽为 9-9.6m 的主拱券的构造举措，使得大桥在 11 年时空里终于落成。其成功的关键，就在于这种组合构造，它便于机动、灵活地应对不断变化着的气象、人力、物力、财力等因素，以不变应万变，抓住时机完成局部，逐年累积成一座大石桥。 虽然有关施工过程的文字记载早已失传，但我们从现存的已经达到了“艺术” 境界的工程结构来看，可以“品味”出建桥人精心设计、精心施工所付出的心血。仅主拱券渐变的横截面和渐变的“收分”，是如何做到精准“放样”施工的？其测量设备又是怎样的？这一切都令人探讨和琢磨。前人赞曰“奇巧固护，甲于天下，人不知其所以为。”赞得到位！4.反思1）反观当今的桥梁建设，有些地方还是做的不够好。首先，有的桥梁建成一半时垮塌，有的即将建成时垮塌，有的甚至是在拆除支架的过程中垮塌，不得不解释为我们桥梁人的考虑不周。其次，我们对“桥梁美学”的追求重视不足或者存在错误认识。在桥梁建设过程中，我们也要向先辈学习，顾虑周全，避免桥梁建设过程中的垮塌现象。以人为本，对 “桥梁美学”日益重视起来。这在宏观上，也为桥梁的耐久性创造了好的大环境。2）像赵州桥这种1400年的古桥，是祖国人民智慧的骄傲，应该重点养护。不仅作为世界上的一个完好的古代工程奇迹，而且还要让它为现代化建设的交通运输服务。但是我们在使用过程中要注意对桥梁的保护和修缮。图5 与赵州桥结构相似的北洋桥武汉唯一尚存原貌石拱桥北