不同地质条件和地域文化对桥梁结构形式的影响

2022-02-17黄志同铁发宇高子璐

大众标准化 2022年6期

黄志同，铁发宇，高子璐

（兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州 730070）

桥，在中华文明史中是一个非常重要的存在。中华民族不仅开创了独特的建桥工艺体系，积淀了丰富的桥梁科技知识与成果，而且创造和形成了自身独特而富有魅力的桥梁文化。在源远流长的中华桥梁文化中，“桥”被中华民族以自身独特的生活实践赋予了丰富的意涵——桥的内在本质在于交通，桥的基本作用在于流通，桥的文明价值在于连通，桥的至善诉求在于融通。中国桥梁建设辉煌成就的背后，闪耀着中华民族的创造伟力与济世情怀。“地理环境的特性决定着生产力的发展，而生产力的发展又决定着经济关系以及随在经济关系后面的所有其他社会关系的发展。”这说明地理环境是通过“生产”的形式来左右人类活动。针对桥梁这个单一的建筑载体来说，它承载了科学、技术、艺术、社会、宗教等多方面的内容，然而其根本区别是由不同的地理环境造成的。中国古代桥梁是我国古代科学的重要结晶与标志，具有极高的历史价值、技术价值和艺术价值。我国幅员辽阔，地形地貌千差万别，湖泽纵横交错，不同的地理环境和社会条件造就了风格迥异的桥梁文化以及悠久辉煌的桥梁建设史。周丽以大量实例的调查、相关资料和文献为基础，总结归纳出了湖南省古代桥梁的主要类型，并充分结合湖南省的自然地理条件、社会文化因素及历史的发展等状况，从各方面分析了湖南省各类古代桥梁的特点。杨荣杰通过探析巢湖浮桥与抱书桥建造与维修历史，探索挖掘其所蕴含的历史与人文价值。黄正良等以云龙古桥为研究对象，就其分布、类型、历史源流、历史价值、科学价值和艺术价值进行了探析。蔡晓津以沙河古桥遗址及环境为依托，构建了能够提升公众对桥梁遗产的价值认知的设计策略与具体方法，进而使古老的遗址展示文化价值，融入当代城市环境，丰富现代城市生活。郦文俊等从文化、美学及现代景观设计学等方面着手，全面、系统地论述桥梁的文化内涵、美学意义并分析桥梁在城市景观中的作用。

文章通过研究不同的地质条件、地域文化对桥梁结构形式的影响，分析各种不同桥梁结构形式的发展历程。

1 渡河方式与桥的演变

桥梁是人类文明的产物，也是人类社会进步与发展的一个重要标志。随着人们对渡河方式需求的变化，桥梁材料及结构也逐渐演变。古往今来，人们的渡河方式发生了巨大改变，探索渡河方式和桥梁发展过程对现代桥梁的设计具有较好的启示意义。

1.1 浮囊

以黄河流域为例，在桥梁成为主要渡河方式之前，最早人们渡河方式之一为浮囊。中国以浮囊为渡由来已久，《后汉书》载，护羌校尉在青海贵德领兵士渡黄河时，“缝革囊为船”。羊皮筏由十多只羊皮袋扎成，牛皮筏一般由90个牛皮袋扎成，便于短途运输。

1.2 浮桥及木梁木柱、石台桥

《诗经·大雅·大明》中对于浮桥有最早的记载：“大邦有子，伣天之妹。文定厥祥，亲迎于渭。造舟为梁，不显其光。”最早浮桥往往是军事行动的必备品。《竹书纪年》推算建造浮桥的时间在公元前1229~1227年。接着秦昭王五十年(前257年)为兼并韩、魏等国，在黄河上建造了长年使用的蒲津浮桥。其中，广州的潮州广济桥最为著名，由浮桥逐步自岸至河中改建石桥，是一座别致的石桥和浮桥相结合的桥梁。

1.3 索桥

索桥最早称笮桥。四川《盐源县志》记：“周赧王三十年(前285年)秦置蜀守，因取管，笮始见于书。”笮桥后称“绳桥”。险峻的地势使得浮囊不能应对所有的情况。索桥在西域的开拓与屯田戍边等方面发挥了重要作用。北宋淳华元年的四川都江堰市的安澜桥，古代又称评事桥、珠浦桥，是一座多孔连续并列竹索桥，是世界第一座多跨竹索桥，分别跨越岷江、寿江与白沙江。

1.4 伸臂木梁桥

宋代将起源于公元4世纪初的青海、甘肃的单伸臂桥(又称刁桥或折桥，古称“河历”)从单跨变为多跨，由单伸臂改进为双伸臂和斜撑伸臂；建造地由山区走向平原，从西部地区到东南沿海地区，并且桥上普遍建有桥屋或桥廊、桥亭、桥塔。

1.5 石拱桥

中国拱桥的历史一直难以考证，并始终在探索中。鉴于中国石拱桥要晚于以拱桥著称的古希腊、古罗马数百年，中国拱桥历史上一直较难统一。宋时，石拱桥已经在全国开始建造，现存建于金明昌三年的北京卢沟桥为全国重点保护单位；建于宋咸淳元年（1265）单孔圆弧石拱桥的上海清浦普济桥；在崇圣寺枯木庵的金鳌桥等，都是现存较为古老的石拱桥。

拱桥外形曲折，古时称其为曲桥、飞梁、虹，是我国古代的主要桥型，也是唯一耐久性高不需要定期养护维修的桥梁。但由于其原料开采加工、运输成本高、需要较为专业，大型的支架等，一般石拱桥需选在地形合适，地质条件良好且方便取材的地方。

2 地理环境与桥梁结构形式

中国的社会生活起源于黄河及长江流域，逐步向周围扩展延伸，地区发展极不平衡，加上各地的自然条件和风土民俗、民众性格的不同，中国古桥的地区和民族特点十分鲜明。黄河两岸，自黄帝、尧、舜以来是王朝都城、诸侯首府众多的地方，这里物资运输频繁，人员往来多赖骡马大车、手推板车，以桥面弯曲如虹的木梁柱桥和平坦宏伟的石拱桥和石梁桥居多；东南水乡，河道纵横，湖沼棋布，运输以舟船为主，所以遍布着如驼峰般隆起的石拱桥和高低相配的石梁桥；西北和西南，峰峦层叠，谷深崖陡，水流湍急，难以砌筑桥墩，故多用藤、竹、木等材料建造的索桥和伸臂木梁桥；闽中南、粤东等地，质地坚硬的花岗石满山遍野，因而历代所建石梁、石拱桥比比皆是，而索桥却从未有过；云南傣族等地区，竹林繁茂，随处可见独具一格的竹笆桥、竹梁、竹吊桥。从风格上看，北方以及南方山区的多跨石拱桥，桥墩粗犷稳重，俗称厚墩；江南水乡的多孔石拱桥桥墩纤细轻盈，俗称薄墩。两种不同风格的桥墩，折射出北方民众淳厚朴实和江南民众机智、灵巧的不同性格。各式古桥均是从大量实践中诞生的，又经过不断失败与成功，总结出经验，并一代一代通过口授身教传递了下去。

李约瑟在《中国科学技术史》第四卷第三分册中对于中国古代桥型的分布情况有一个大致的分类：主要以华北石拱、华南石梁、西南悬索、东南驼拱来划分由于地理环境不同而造成的中华桥梁文化的差异。

“卧沙者易以沉”这是软土基础的问题，因此东南沿海一带的桥梁多釆用梁式结构。作为世界上的第一座海港梁式大桥，泉州洛阳桥最早在建设中使用了“筏型基础”，闽浙等地所造石桥大多要建造在泥沙淤积、基础松软的河口或海湾上，于是当时的桥工发明了筏型基础、抛石固基法、睡木沉基等技术。这种地基处理技术在中国建桥史都留下了浓墨重彩的一笔。当时的桥工还因地制宜，发明了“种蛎固基”法，利用繁殖蛎房胶固石基的方法使全部石基成为一个整体。同时洛阳桥上部结构施工中，利用潮汐的原理发明了“浮运架梁”法，大大减轻了工人的劳力，并且解决了大体积石料的吊装问题。

甘肃渭源灞陵桥是全国独一无二的纯木质叠梁拱桥，国内唯一现存的古“握桥”，是由中国古老的伸臂木梁桥与贯木拱桥组合而成的拱桥结构体系，建成于1919年，2006年列入全国重点文物保护单位，著名桥梁大师茅以升在他的《中国古桥技术史》中对该桥的评价仅次于河北赵州桥。

在结构上，灞陵桥巧妙地将发展于西北地区和东南地区的桥梁形状做一结合，使其在造型上有了新的突破。同时在结构上有了保证。

3 地域文化与桥梁结构形式

中国古代曾因地制宜，就地取材建造了木桥、石桥、砖桥、藤桥和竹桥，还建有罕见的铁桥、土桥、苇桥、冰桥和盐桥。作为我国第一座濒临海湾的桥梁洛阳桥，首创了新型桥基“筏形基础”，发明了利用牡蛎加固桥基、桥墩和利用潮汐架设石梁的方法等。南宋时在泉州地区及周边区域，又把建造石梁桥的技术大步推进，无论在长度、跨度、重量、建造速度、施工技术，桥型等方面，都达到了新的高度。诞生了“天下无桥长此桥”的安平桥，世界上最长，最重的石梁桥虎渡桥。为了满足快速建造石梁石墩桥的需求，则根据桥梁所跨水流的水文情况，采用双边船形、单边船形、长方形石桥墩等多种桥墩形式；采用睡木沉基替代费工、费料、费时的“筏形基础”；采用悬臂式桥墩增加石梁桥跨度和桥下净空。到目前为止，洛阳桥依旧作为泉州历史标志性建筑，“站着像东西塔，卧倒像洛阳桥”也成为了泉州城市文化的一张名片。此外，石笋桥、顺济桥、金鸡桥、盘光桥等相继使用，泉州因此博得了“闽中桥梁甲天下，泉州桥梁甲闽中”的美誉。

4 对桥梁设计的启示

中国桥创建时间早，持续时间长，对周边国家产生着重大影响。日本江户时代隅田川桥、京都岚山渡月桥都是仿唐宋时的多跨木梁木柱桥。随着《马可·波罗游记》在欧洲的广泛传播，以卢沟桥为代表的中国桥梁文化也随之传播，它促使欧洲人开始欣赏中国的桥梁建筑。1665年徐霞客的《铁索桥记》详细描述了建于明崇祯四年（1631）的贵州安南县（晴隆县）的北盘江铁索桥，1667年法国传教士出版了一本《中国奇迹览胜》，书中介绍了中国铁索桥。李约瑟博士指出：这两本书直接启发了西方人建造铁索桥的尝试。

西方在中国古代双索吊桥的启示下，把索桥桥面悬吊在主索之上，并运用诞生不久的钢材，实现了用钢缆为主索的柔性钢悬索桥，如19世纪末建成的主跨486米的公路悬索桥——美国纽约布鲁克林桥，成为现代大跨度悬索桥的先声，是在吸收与消化的基础上实现了创新。英国工程技术界自称受西藏木伸臂梁桥的启发，修建了近代大跨度钢伸臂梁桥——福斯河桥。美国于1916年在纽约建成跨度为297.9米的狱门桥，当时被誉为全球拱桥之冠，它模仿了建于18世纪北京颐和园的玉带桥所采用的双向反弯曲线桥面的形式，在大拱的上弧弦两端采用了反向曲线，使拱桥显得特别高耸。中国古代桥梁设计承载了地域、文化的丰厚底蕴，对现代桥梁设计具有良好的借鉴意义。