中国古代石桥对木桥的模仿与演进

刘振宇

（鲁东大学土木工程学院，山东烟台 264000）

最早的非人工桥是自然形成的天生桥、倒在溪流上的树木以及浅水中散乱的石块。当人类有意识地推倒树木或者排列石块以跨越障碍时桥便产生了，这一造物活动来自于生活经验和对自然的模仿，形成的原始桥梁可能是独木骈木、乱石汀步、藤蔓荡索。陕西西安半坡村新石器时代遗址（4500 B.C.）发现在氏族部落周围挖有环壕用以防御野兽侵袭，其外壕北部宽6～8m，东南部宽1～1.5m[1]，因有出口设计，很难判断其上是否有桥。但根据半坡遗构复原情况[2]来看，此时梁柱结构已在房屋中使用，架设独木骈木已不是难事。榫卯结构则以浙江余姚河姆渡遗址第4文化层发现的为最早（7000B.C.）[3]，随着南北技术的交流融合，木结构不断发展，至战国时期，黄河流域已普遍建造木梁木柱桥了[4]，而石桥的历史才刚刚开始。冶铁术源自古西亚（1400 B.C.），经新疆（1000 B.C.）[5]传入中原汉地，在春秋末战国初期（500 B.C.）出现了生铁冶炼和铸铁柔化技术，极大地促进了石料开采，在秦汉时期出现了石柱、石梁、石桥面等新构件，也为石拱桥的出现提供了条件[6]。石材相对于木材来说属于新材料，对其材料性能尚未准确把握的古代工匠便用这种新材料来仿制旧结构，因此石桥发展过程中保留了一些木结构的特征，这些特征在现存的一些古代石桥中有所体现。本文主要从新材料仿制旧结构的角度对中国古代石桥的发展过程进行研究。

1 石梁的榫卯与石梁桥墩

木梁木柱易燃易水毁耐久性差，在石材进入建筑领域之后，开始出现以石柱代木柱、以石梁代木梁的情况，虽施工不便且跨径较小，但坚固耐久。由于木桥多为原木杆件，故石材最初也以石梁的面目出现，用以模拟木梁木柱，石梁连接处也往往模拟榫卯。

始建于宋的湖南江永寿隆桥[7]便是应用榫卯结构的石梁桥（图1），桥墩由盖梁和两个石立柱构成，盖梁两端凿有榫眼，立柱榫头穿过榫眼并夹住上部石梁，除榫卯属于木构特征外，其结构形式与木梁木柱桥一致，跨径也相近。这种桥在石材易得、水流浅缓地区应用较广，并一直沿用至明清，如广东惠州陂头坝永远桥便建于清康熙五十九年（1720 A.D.）。若桥面较宽，则桥墩需采用石排架（图2），其构造特点类似于木排架，并出现对抬梁式木结构的模仿。

图1 湖南江永寿隆桥（盖梁与石立柱之间为榫卯连接，与木梁木柱结构一致图片来源：http：//panyifu.blog.163.com/blog/static/59473999201091602058972/）

图2 浙江瑞安八卦桥（下部结构为石排架 图片来源：http：//blog.sina.com.cn/s/blog_713c50e80102uxhs.html）

石立柱易断且纵向稳定性不好，便产生了截面较大的石轴柱。石轴柱是由多层圆柱形石轴叠砌而成，上下石轴通过阴阳卯及粘结材料连接，其构造符合石建筑最大力学特点——通过石块挤压承载外力，虽然还有木结构的榫卯特征，但木结构的影响已明显变弱。当石柱发展到石墩时，石梁桥便彻底摆脱了木结构的影响，唯一与木结构似有联系的便是石梁在石墩中的大量应用，但这主要是因为中国古代一直没有较好且便宜的胶凝材料，只能通过石梁纵横堆叠来保证石墩的整体性（图3），这也是古代工匠的一大技术创新。

图3 福建泉州洛阳桥（石梁纵横堆叠形成桥墩 图片来源：https：//www.toutiao.com/i6396890519753982465/）

2 石伸臂（石叠涩）

古地中海伊比利亚半岛的圆顶墓（Beehive Tombs，3000 B.C.）为较早的石叠涩穹隆，古希腊的阿瑞凯迪克桥（Arkadiko Bridge，1300 B.C.）为最早的石叠涩拱桥。中国已知最早的叠涩应用是西汉南越王墓（200 B.C.），砖叠涩穹顶则直至河南襄城茨沟汉墓（132 A.D.）才出现[8]。在地中海及西亚地区是先有叠涩后有发券，但在中国由于存在“外来技术吸收”和“本土技术改进”两条并行技术发展路径而很难厘清技术之间的演进关系，发券拱与折边拱孰先孰后的问题也是如此，若无明晰并有实证支持的演进谱系，任何判断都只能是推测。叠涩演进也可以从新材料仿制旧结构的角度来推测如下：木挑梁→木伸臂（木叠涩）→石梁伸臂（石梁叠涩）→砖石叠涩。即由木结构发展出叠涩并用于桥梁和墓葬，石梁替换木构件后出现叠涩石梁桥及大石梁叠涩拱顶。该推测的依据有三：青海都兰县诺木洪搭里他里哈遣址（900 B.C.）的木构技术[9]已足以制作简易木伸臂桥；甘青地区四世纪时成熟的木伸臂桥构造[10]则意味着该桥式在当地得到了充分发展；南方木材丰富地区的仿木石桥说明“石梁代木”是一种较为普遍的发展模式，可以应用在木伸臂桥上，从而实现木伸臂到石梁伸臂这一环节的转换。

叠涩是原木或砖石分层纵向堆叠并层层纵向外挑，但横向联系较弱，用在跨径比房屋和墓葬大得多的桥梁上容易损毁，因此需添加横梁以使横向受力均匀，从而形成伸臂桥。木伸臂桥常见形式有单向伸臂（图4）和双向伸臂，前者常见于藏区，后者常见于湘桂，在“石梁代木”中均被完全模仿（图5）。石伸臂桥在发展的过程中渐渐意识到石梁质脆易断，便逐渐增加横梁数量，最终演变出石梁纵横堆叠、形似叠涩实为伸臂的桥式（图6），与石梁桥墩和睡木基础[6]属同一工法。

图4 西藏玉曲伸臂桥（木横梁间隔布置 图片来源：http：//www.mafengwo.cn/traveller/article.php.id=475）

图5 浙江文成接龙桥（石横梁间隔布置 图片来源：http：//nb.ifeng.com/a/20160616/4653066_0.shtml）

图6 福建永春东关桥（石横梁紧密布置 图片来源：http：//www.chnjzl.com/bbs/read.php?tid=10284）

3 石撑架与折边拱

木桥除伸臂外，还有骈木（简支木桥）、木撑架和编木（叠梁拱或贯木拱）三种结构。其中的木撑架是骈木与编木之间的过渡，即在骈木下加斜撑形成八字撑架，以提高骈木的刚度。后在斜撑顶端加木纵梁与两斜撑构成三折边（三节苗），再加次纵梁与两岸相连，以此来增大跨径。若在三节苗下再穿插斜撑则形成编木桥（三节苗加两节苗），慢慢演化出流行于浙闵一带的木拱廊桥（三节苗加五节苗）。

编木由于杆件细长、构造复杂，仅适合于木构，若改为石梁则易断，故未见仿制的编石结构。木撑架由一主纵梁、二次纵梁、二斜撑、二节点横梁组成，横梁的作用依然是为了提高桥梁横向整体性并使横向受力均匀，这些杆件均可由石梁代替成为石撑架（图7）。石撑架在演进过程中取消了次纵梁，而代之以实腹式填料，这样更符合石材抗压的材料特性，并使整体性得到进一步加强，此时已近似于拱桥，被称为三折边拱（图8）。由三折边而五折边、七折边，石梁桥便转化为石拱桥[6]。但折边毕竟是直线，其转化为曲线真拱的过程很可能是借鉴了外来发券拱的样式，即将直石梁加工为曲石梁，初期应用于外侧拱券作为装饰（图9），后遂用于所有石梁，成为真正意义上的石拱桥（图10）。

图7 浙江丽水河桥（有次纵梁的石撑架，与木撑架结构一致 图片来源：http：//blog.sina.com.cn/s/blog_92c83e520100wcqj.html）

图8 浙江临海大善桥（取消次纵梁，成为实腹式三折边拱 图片来源：http：//yywhyc.com/home_1.aspid=581&ClassID=86&action=look）

图9 浙江绍兴永昌桥（两侧为曲梁、中间为直梁 图片来源：http：//blog.sina.com.cn/s/blog_713c50e80102v0tx.html）

图10 江苏苏州吴门桥（拱券全部由曲石梁构成 图片来源：http：//www.subaonet.com/2013/0819/1194362.shtml）

4 发券拱（真拱）

发券拱可能最早出现在古西亚或古埃及，在已发掘的乌尔城（City of Ur）中已见完整的砖发券拱（2160 B.C.）[11]。罗马断桥（Ponte Rotto）是净跨20m的石发券拱桥（142 B.C.）。中国发现最早的拱券是麻弥图庙一号墓净跨1.64m的扇形砖券墓拱顶（127 B.C.）[12]，最早有文字记载的石拱桥是旅人桥（282 A.D），现存最早的石发券拱桥是净跨13.3m的河北满城方顺桥（309 A.D）。

从现有资料来看，发券拱自域外传入的可能性较大。汉墓中凡发现的拱顶构造从造型到技术均已成熟，并且有些还带有无效的本土技术嫁接，比如楔形券砖上带有榫卯；空心砖折边拱和发券拱有并置现象，未见折边至发券的演进关系；并列和横联砖券技术同时应用，未见并列至横联的演进关系[8]。发券拱技术可由古西亚直接传入，也可由秦汉之际海陆丝绸之路传入，应用于桥梁时受木桥影响较小，仅少数石拱桥拱肋有榫卯残留。发券拱对本土折边拱的影响主要是使石梁由直变曲，折边数量增加的同时石梁尺寸也变短，两者渐趋融合（图11）。偶有石拱桥兼用发券拱和折边拱，即在下部用叠涩或发券，上部用三折边甚至一折边，属于两种技术的简单搭接。

图11 河北满城方顺桥（拱券两边为短石梁折边拱、内部为发券拱 图片来源：http：//blog.sina.com.cn/s/blog_14555c7cf0102wmir.html）

5 结语

中国古代本土石桥脱胎于木桥，通过“石梁代木”实现了材料转换，通过经验积累和技术交流实现了结构演进。石桥在对木桥的模仿过程中保留了大量木桥的杆件和结构特征，但两者材料性能毕竟不同，因此石桥在演进过程中不断做出结构调整，比如石梁桥榫卯的取消、石叠涩横梁的增加、折边拱折边的曲化等，从而使石桥逐渐摆脱木桥影响并找到了符合自身材料性能的桥式。中国古代石桥形式多样，本文仅从石桥模仿木桥的角度对石桥演进做了粗浅梳理，以期对古建筑研究有所助益。

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