閩浙木拱廊橋泄洪系統(tǒng)的設計

吳明樺

(浙江鑫直建筑有限公司，浙江 麗水 323000)

一山一水一廊橋，于山水之勝，深山清幽之所，在綠樹掩映之間，一座閣樓高聳的廊橋別具風姿、異彩紛呈.水為山之魂，水為橋之侶，橋下或碧水潺潺，或深潭如鏡，或猛浪奔巖，遠遠望去，猶如一幅蛟龍出水的優(yōu)美畫卷.廊橋是古人留給我們的寶貴財富，是我國古代人民智慧的重要體現(xiàn).然《管子·度地篇》中說到“五害之中水為大”，史記中也提到“湯湯洪水滔天，浩浩懷山襄陵,下民其憂”，因此，從古至今，洪澇災害對于我國的建筑及橋梁都有著極大的威脅.

攤開歷史的畫卷，《清明上河圖》中那座橫跨汴水的虹橋，可以說是我們對古廊橋最清晰的記憶.虹橋的建造工藝在北宋十分盛行，而后也隨著宋朝的滅亡而泯滅.但經(jīng)科研人員調查與考證發(fā)現(xiàn)，編木虹橋的建造工藝在閩浙地區(qū)的木拱廊橋上得到了繼承與發(fā)揚[1].虹橋與木拱廊橋均采用編木結構，梁木穿插別壓形成拱，從受力分析角度來看，這種結構趨于合理[2].這種將橋建于河岸之間，并在橋面加上廊屋，利用廊屋來保護橋體，并將二者融為一體的獨特的橋梁樣式——木拱廊橋，是我國乃至世界橋梁史上濃墨重彩的一筆.也是我國寶貴的文化遺產(chǎn).其造型獨特，工藝精湛，被譽為世界橋梁史中的活化石.我國的木拱廊橋主要集中在閩浙邊界，全國保存下來的木拱廊橋僅有一百多座，分布于福建壽寧、屏南和浙江泰順、慶元、景寧等地.

閩浙木拱廊橋被譽為我國古代木構橋梁的“活化石”，因此對其的保護得到了社會各界的重視，然而由于自然環(huán)境等因素，很多廊橋損毀嚴重，成為危橋，保存完整的廊橋數(shù)量逐漸減少，因此有必要對閩浙地區(qū)的木拱廊橋采取一定的技術手段加以維護，保護文化遺產(chǎn).

1 木拱廊橋概述

木拱廊橋是也是中國古代橋梁的重要組成部分，也起到了文化傳承的作用.中國古代最完美木結構建筑體系；體現(xiàn)了閩浙地區(qū)人民千百年來與自然斗爭的精神，也是典型的山地人居建筑遺產(chǎn).木拱廊橋因其古樸的造型及其極具魅力的文化內(nèi)涵而吸引了眾多學者的關注.其采用編織拱結構技術形式，在我國古代橋梁史乃至世界橋梁史上的地位很高.浙閩木拱廊橋一般在溪流河床比較窄的區(qū)域，采用單孔結構，使其造型更加美觀，與此同時采用了比較成熟的技術體系，十分巧妙的將橋梁結構與使用功能融為一體，從而達到藝術與技術的完美結合[3].橋上是一條筆直的長廊式通道，并在兩側安裝木圍欄，上方布設有性狀各異的小窗，便于廊橋內(nèi)通風、采光及行人欣賞風景，用途十分廣泛.

圖1 木拱廊橋主拱及廊屋結構圖

1.1 結構特點

浙南地區(qū)各地的木拱廊橋造型各異，但木拱部分的結構與構造卻基本一致.主體結構均采用榫卯連接，體現(xiàn)了我國古代工匠的智慧.構件通過相互支承形成整體體系，銜接十分嚴密，結構牢固.不使用一釘一鉚，完全依靠通過對其材料自身的強度、相互作用的摩擦力、材料的直徑以及材料之間所成角度等因素考慮后進行巧妙的搭接而成，就地取材、結構簡單新穎、十分堅固耐用.眾多學者將這種結構稱之為互承結構[4]，如今各國學者均對這種結構產(chǎn)生興趣，并著手于研究工作，將這種結構運用于其他領域當中.同時，木結構是一種柔性結構，在地震過程中產(chǎn)生變形，吸收部分能量，從而減輕震害.上部設有的廊屋除具有供當?shù)鼐用窕顒拥墓δ芡猓€增加了廊橋的自重，防止因木拱結構的特殊性而引起的結構的失穩(wěn).加強了結構的穩(wěn)定性；同時也可防止主拱的木質結構被雨水侵蝕，延長了木拱橋的使用壽命[5]，木拱廊橋主拱及廊屋結構(見圖1).

1.2 主要代表

1.2.1 如龍橋

如龍橋(見圖2(a))地處浙江省麗水市慶元縣月山村，南北走向，建于明天啟五年(1625年)，長28.2 m，凈跨19.5 m，矢高6.8 m，面闊6 m，有9間廊屋，是我國目前為止有所記載的壽命最長的木拱橋.使用了科學合理的結構形式，無一鉚一釘，利用縱橫拼接對拱的方法，形成“八”字結構，并在橋兩端假設連接廊屋的四根大柱，起到穩(wěn)定重心、加固結構的作用.木撐拱架采用“三折邊”、“五折邊”、“交叉木”等方式構造.此外，在橋面上自下而上依次鋪箬葉、木炭、砂石料、鵝卵石，能夠起到通風防腐的作用.造型優(yōu)美，結構復雜，工藝精湛，極具觀賞與研究價值.

1.2.2 三條橋

目前大港主力油田均已進入二次開發(fā)階段，再依靠大規(guī)模的打新井來提高采收率，效果越來越差，邊際效應明顯；而三次采油在油田實施規(guī)模很小，技術適應性差，還遠遠不到大規(guī)模推廣的時候。

三條橋(見圖2(b))地處浙江溫州泰順縣洲嶺鄉(xiāng)，宋“紹興七年(1137年)九月十三日”建成，并于清道光二十三年(1843年)重建，其形式為折疊梁拱式木廊橋，全長26.63 m，寬4 m，離水面高10 m，有11間廊屋，造型古樸，典雅.橋梁結構為典型的“蜈蚣結構”，有著良好的受壓性能，只要兩端固定，橋就能很好地承受向下的荷載，這樣一來橋廊非但不是負擔，還可以增強了橋梁的穩(wěn)定性，據(jù)史料記載，每當出現(xiàn)山洪爆發(fā)的情況，當?shù)鼐用穸紩⒓抑械闹匚锘虼笫^搬到橋上，以增加橋體的穩(wěn)定性.

圖2 如龍橋及三條橋

橋梁專家唐寰澄、張尚義研究后表明，浙西南山區(qū)的木拱橋，其施工的步驟可通過結構布置的細節(jié)推斷而出：“斜拱骨以在大牛頭一側鉆孔套入，平拱骨則在大牛頭的另一側以燕尾榫接[6].這些古老工藝都主要依靠增加橋體穩(wěn)定性以及利用防腐材料來達到防洪功能的工藝十分成熟，在沒有高科技鋼精混泥土的設備支撐下，憑借古代工匠的智慧結晶仍能使橋梁不畏洪水猛獸屹立百年不倒.

2 洪澇分析及典型案例

依山伴水而建的古廊橋由于其建筑特點，多位于崇山峻嶺之間，溝壑縱橫之地，加之不易防水的木質結構，暴雨帶來山洪爆發(fā)可是說是毀滅性的災害.

2.1 洪澇的特點及其影響

洪澇具有季節(jié)性強、易突發(fā)、頻率高、難預測、破壞大等特點.浙西南山區(qū)降水豐富，地勢崎嶇，洪澇發(fā)生的幾率和破壞力更是成倍的增長.

山洪爆發(fā)帶來洪澇災害對木質橋梁破壞是十分嚴重的，尤其受力木頭在潮濕環(huán)境不斷腐蝕下，更是脆弱.其給橋梁帶來的危害主要表現(xiàn)為兩點.一是對橋梁的直接沖刷，山洪急聚，崎嶇的地形給予極大的勢能，對橋梁猛然一擊，極易造成橋體倒塌；即使沒有直接坍塌，橋墩橋岸也將會受到?jīng)_刷傾毀，也易造成上部橋體結構破壞降低橋梁的穩(wěn)定性.第二則是洪水使水面上漲，淹沒部分橋體，河水不退長時間浸泡會擾動橋岸地基土，地基土經(jīng)擾動后將產(chǎn)生位移，使橋岸地坪發(fā)生開裂并產(chǎn)生破壞，上部結構會發(fā)生傾倒，此外木拱架會因為洪水的浸泡而出現(xiàn)上浮，使木拱架結構發(fā)生破壞甚至出現(xiàn)橋體倒塌.

2.2 古廊橋倒塌的典型案例

洪水是廊橋的天敵，洶涌如猛獸.因洪澇災害而導致廊橋摧毀的案例屢見不鮮.

1991年，浙江省麗水市景寧縣家地鄉(xiāng)的廣濟樓橋被百年不遇的洪水沖毀.

2005年9月1日，浙江省麗水市景寧縣東坑鎮(zhèn)的百年木拱古廊橋——白鶴橋和龍?zhí)稑?，被臺風“泰利”襲擊，頃刻摧毀.

被風雨摧毀的古廊橋可以說是不計其數(shù)，百年歷史，寶貴的物質文化遺產(chǎn)就這么倒塌實在可惜.原有的木拱廊橋主要基本靠其獨特的受力結構來抵抗洪水的侵蝕和撞擊，在修繕和保護上主要沿襲傳承下來工匠經(jīng)驗和手藝，在泄洪技術方面并不夠完善，因此，需要采用新的技術手段對廊橋的泄洪系統(tǒng)進行改造，從而起到減小洪水對橋體的沖擊，保護廊橋的作用.

3 泄洪系統(tǒng)初步構想

木拱廊橋屹立數(shù)百年，擁有了較為完善的防洪泄洪體系，而隨著環(huán)境的逐漸惡化，洪水所帶來的損失正在逐年增長,降雨量多次突破地區(qū)最高值[7].外加當?shù)刭Y源的過度開發(fā)，在廊橋附近修繕房屋以及小水電的建設，導致了當?shù)叵鞑粫常l(fā)生洪水時，水流更急，水位更高，洪水在到來之時無法進行疏導[8].而木拱廊橋又因其材料特性，隨著時間的推移，材料強度逐漸下降.因此，為防止廊橋在洪澇災害的作用下發(fā)生坍塌，需要對廊橋進行必要的防洪處理.但現(xiàn)有的廊橋防洪手段都是在橋梁側面設置泄洪孔，以減小洪水對橋梁整體的沖擊，在洪水水位低于橋梁時，泄洪孔可以起到保護廊橋的作用，當洪水沒過橋梁，甚至超過廊橋頂端時，由于廊橋的上部沒有設置泄洪系統(tǒng)，廊橋與洪水的接觸面積大，雖然廊橋上部的廊屋會增加橋梁的自重，但是由于橋木較輕，一旦遭到雨水的侵襲，則會出現(xiàn)浮起、沖毀的情況.為此，針對現(xiàn)有技術所存在的不足，大膽構想一種具有泄洪系統(tǒng)的古建筑廊橋的技術方案，不僅可以有效地起到泄洪的作用，而且可以減小對風的阻力，提高整個廊橋的穩(wěn)定性，同時可以收集雨水，天氣炎熱時雨水蒸發(fā)吸熱，起到降低溫度的作用.

3.1 傳統(tǒng)的木拱廊橋泄洪技術

我國古代建筑的防災理念就是順應自然，適災應變.木拱廊橋的建設充分驗證了這一觀點.建造木拱廊橋的過程中，從橋梁選址、橋墩建造、結構設計到現(xiàn)場建造，均考慮了一定的防災減災效應，使其具有了一定的御災能力.其中首要考慮的問題就是橋梁選址.木拱廊橋一般建造在兩山之間、河床順直之處，即考慮了民俗風水因素，又避免了激流彎道，保證了橋梁的安全.而橋梁的結構設計也以單跨為主，且跨度相對較大，使用條石壘鑿成墩，加強了結構的穩(wěn)定性.橋體的設計過程中強調了橋體的整體性，設置剪刀撐，穩(wěn)定拱架，防止橋體在洪水作用下發(fā)生側移及結構破壞[9].在木拱結構兩側設置泄洪孔，輔助宣泄洪水.同時加強了廊屋的自重，防止被洪水沖走，并且在橋面板上加設鐵絲網(wǎng)，將橋面板串聯(lián)成一個整體，即使山洪暴發(fā)沖走橋面板，也可撿回再用.體現(xiàn)出了古代工匠的智慧.

3.2 泄洪系統(tǒng)新技術具體內(nèi)容

圖3所示的這種具有泄洪系統(tǒng)的古建筑廊橋，包括橋體和亭子，橋體上設置有泄洪孔，亭子位于橋體的上方，亭子的兩側對稱設置有防護板，亭子包括亭蓋、支撐柱、底座和圍欄，底座固定連接在橋體的頂面上，亭蓋與底座之間利用支撐柱進行固定與連接.在底座上裝有圍欄，其特點有：亭蓋包含4根主支柱，主支柱的底端均連接有挑梁，主支柱和挑梁構成的4個側面上均設置有青瓦條，前后側面上的青瓦條之間均等間距設有泄水槽，泄水槽上設置有至少3個第一通水孔，前后側面上相對的2個第一通水孔之間通過第一導通管連接，亭蓋的頂端設置有頂梁，頂梁的前后兩側均勻設置有第二通水孔，相對的2個第二通水孔之間通過第二導通管連接，第二導通管的下方設置有凈化裝置，第一導通管和第二導通管均通過進水管連接凈化裝置，第一導通管的下方設置有噴霧裝置，防護板通過轉動機構連接在橋體上；通過在泄水槽內(nèi)設置第一通水孔，并用第一導通管進行連接，使其沿著河水的流動方向布設，不僅可以在洪水沒過亭蓋時，使洪水沿著第一導通管方向流動，減小水流與亭蓋正面的接觸面積，降低洪水對亭蓋的沖擊力，而且可以在雨季將雨水通過第一導通管進行收集，便于炎熱天氣的霧化噴淋，以降低廊橋上的溫度，頂梁上的第二導通管可以減小洪水對亭蓋的沖擊力，凈化裝置可以將雨水收集后進行凈化處理，經(jīng)處理后通過噴霧裝置進行降溫處理，防護板的轉動設計，不僅可以在日常起到保護行人的作用，而且可以在洪水沒過橋面時，通過轉動機構嵌入橋體中，減小洪水與防護板的接觸面積，從整體上減小洪水與廊橋的正面接觸面積，減小了水流的沖擊力，起到泄洪保護的作用，各個導通管的設計可以減小風的阻力，提高整個廊橋的抗風能力.

①-橋體；②-泄洪孔；③-防護板；④-底座；⑤-圍欄；⑥-支撐柱；⑦-亭蓋；⑧-主支柱；⑨-挑梁；⑩-青瓦條；-泄水槽；-第一通水孔；-頂梁；-第二通水孔圖3 木拱廊橋泄洪系統(tǒng)示意圖

3.3 泄洪系統(tǒng)新技術的主要作用

首先，通過在泄水槽內(nèi)設置第一通水孔，并用第一導通管進行連接，使其沿著河水的流動方向布設，不僅可以在洪水沒過亭蓋時，使洪水沿著第一導通管方向流動，減小水流與亭蓋正面的接觸面積，降低洪水對亭蓋的沖擊力，而且可以在雨季將雨水通過第一導通管進行收集，便于炎熱天氣的霧化噴淋，以降低廊橋上的溫度；此外，凈化裝置可以將雨水收集后進行凈化處理，經(jīng)處理后通過噴霧裝置進行降溫處理，防護板的轉動設計，不僅可以在日常起到保護行人的作用，而且可以在洪水沒過橋面時，通過轉動機構嵌入橋體中，減小洪水與防護板的接觸面積，從整體上減小洪水與廊橋的正面接觸面積，減小了水流的沖擊力，起到泄洪保護的作用；最后，各個導通管的設計可以減小風的阻力，提高整個廊橋的抗風能力.

4 木拱廊橋的保護

木拱廊橋是我國重要的文化遺產(chǎn)，面對當前木拱廊橋所出現(xiàn)的諸多破壞現(xiàn)象，我們應當采取必要的手段與方法,以動態(tài)的生活化、情景化的開放式保護,在不影響居民正常生活的情況下加以自然的展示，不改變其生活化的本質.從而使其傳統(tǒng)的營造技藝得以傳承與保留.以整體性保護生態(tài)環(huán)境入手，建立數(shù)字博物館并尋找傳承人等有效手段進行更為具體細致的保護[10]，在其修繕中我們也要將古代匠人的建造經(jīng)驗與現(xiàn)代橋梁技術緊密結合.牢記幾條原則：一是按照廊橋的統(tǒng)一規(guī)定做.二是如果沒有橋梁修繕的歷史記錄時，應當以尊重古跡為原則，維持原狀，不應加以改動.三是若后人在修繕過程中對原有做法加以改變或對原貌產(chǎn)生改變，則應當在下次修繕時加以改正.四是不同時代與地區(qū)的廊橋各有其特色，修繕時應對各自的建筑特點加以保留.五是要遵守國務院《文物保護管理條例》中明確規(guī)定的“恢復原狀或保存現(xiàn)狀”的保護修繕原則.古廊橋的建設我們防止過度的旅游化商業(yè)化，以保護為首要任務，才是未來廊橋保護該走的正確道路.對廊橋加以保護，有利于后人對于其結構與建筑風格進行近一步的研究與發(fā)展.同時有利于區(qū)域文化的傳承，廊橋又被當?shù)鼐用癯蔀椤帮L水橋”，對于當?shù)氐奈幕瘋鞒衅鸬街匾淖饔?，因此保護廊橋也有利于當?shù)匚幕膫鞒信c延續(xù).只有采取手段對廊橋加以保護，才能將古代工匠的智慧與技藝傳承下去，將閩浙地區(qū)傳承千年的區(qū)域文化加以保留，其蘊含的文化精神得到傳播.

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