不同地質(zhì)條件和地域文化對橋梁結(jié)構(gòu)形式的影響

黃志同，鐵發(fā)宇，高子璐

（蘭州交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

橋，在中華文明史中是一個非常重要的存在。中華民族不僅開創(chuàng)了獨(dú)特的建橋工藝體系，積淀了豐富的橋梁科技知識與成果，而且創(chuàng)造和形成了自身獨(dú)特而富有魅力的橋梁文化。在源遠(yuǎn)流長的中華橋梁文化中，“橋”被中華民族以自身獨(dú)特的生活實(shí)踐賦予了豐富的意涵——橋的內(nèi)在本質(zhì)在于交通，橋的基本作用在于流通，橋的文明價值在于連通，橋的至善訴求在于融通。中國橋梁建設(shè)輝煌成就的背后，閃耀著中華民族的創(chuàng)造偉力與濟(jì)世情懷?！暗乩憝h(huán)境的特性決定著生產(chǎn)力的發(fā)展，而生產(chǎn)力的發(fā)展又決定著經(jīng)濟(jì)關(guān)系以及隨在經(jīng)濟(jì)關(guān)系后面的所有其他社會關(guān)系的發(fā)展。”這說明地理環(huán)境是通過“生產(chǎn)”的形式來左右人類活動。針對橋梁這個單一的建筑載體來說，它承載了科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)、社會、宗教等多方面的內(nèi)容，然而其根本區(qū)別是由不同的地理環(huán)境造成的。中國古代橋梁是我國古代科學(xué)的重要結(jié)晶與標(biāo)志，具有極高的歷史價值、技術(shù)價值和藝術(shù)價值。我國幅員遼闊，地形地貌千差萬別，湖澤縱橫交錯，不同的地理環(huán)境和社會條件造就了風(fēng)格迥異的橋梁文化以及悠久輝煌的橋梁建設(shè)史。周麗以大量實(shí)例的調(diào)查、相關(guān)資料和文獻(xiàn)為基礎(chǔ)，總結(jié)歸納出了湖南省古代橋梁的主要類型，并充分結(jié)合湖南省的自然地理?xiàng)l件、社會文化因素及歷史的發(fā)展等狀況，從各方面分析了湖南省各類古代橋梁的特點(diǎn)。楊榮杰通過探析巢湖浮橋與抱書橋建造與維修歷史，探索挖掘其所蘊(yùn)含的歷史與人文價值。黃正良等以云龍古橋?yàn)檠芯繉ο?，就其分布、類型、歷史源流、歷史價值、科學(xué)價值和藝術(shù)價值進(jìn)行了探析。蔡曉津以沙河古橋遺址及環(huán)境為依托，構(gòu)建了能夠提升公眾對橋梁遺產(chǎn)的價值認(rèn)知的設(shè)計(jì)策略與具體方法，進(jìn)而使古老的遺址展示文化價值，融入當(dāng)代城市環(huán)境，豐富現(xiàn)代城市生活。酈文俊等從文化、美學(xué)及現(xiàn)代景觀設(shè)計(jì)學(xué)等方面著手，全面、系統(tǒng)地論述橋梁的文化內(nèi)涵、美學(xué)意義并分析橋梁在城市景觀中的作用。

文章通過研究不同的地質(zhì)條件、地域文化對橋梁結(jié)構(gòu)形式的影響，分析各種不同橋梁結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展歷程。

1 渡河方式與橋的演變

橋梁是人類文明的產(chǎn)物，也是人類社會進(jìn)步與發(fā)展的一個重要標(biāo)志。隨著人們對渡河方式需求的變化，橋梁材料及結(jié)構(gòu)也逐漸演變。古往今來，人們的渡河方式發(fā)生了巨大改變，探索渡河方式和橋梁發(fā)展過程對現(xiàn)代橋梁的設(shè)計(jì)具有較好的啟示意義。

1.1 浮囊

以黃河流域?yàn)槔?，在橋梁成為主要渡河方式之前，最早人們渡河方式之一為浮囊。中國以浮囊為渡由來已久，《后漢書》載，護(hù)羌校尉在青海貴德領(lǐng)兵士渡黃河時，“縫革囊為船”。羊皮筏由十多只羊皮袋扎成，牛皮筏一般由90個牛皮袋扎成，便于短途運(yùn)輸。

1.2 浮橋及木梁木柱、石臺橋

《詩經(jīng)·大雅·大明》中對于浮橋有最早的記載：“大邦有子，伣天之妹。文定厥祥，親迎于渭。造舟為梁，不顯其光?！弊钤绺蛲擒娛滦袆拥谋貍淦??！吨駮o(jì)年》推算建造浮橋的時間在公元前1229~1227年。接著秦昭王五十年(前257年)為兼并韓、魏等國，在黃河上建造了長年使用的蒲津浮橋。其中，廣州的潮州廣濟(jì)橋最為著名，由浮橋逐步自岸至河中改建石橋，是一座別致的石橋和浮橋相結(jié)合的橋梁。

1.3 索橋

索橋最早稱笮橋。四川《鹽源縣志》記：“周赧王三十年(前285年)秦置蜀守，因取管，笮始見于書?！斌袠蚝蠓Q“繩橋”。險峻的地勢使得浮囊不能應(yīng)對所有的情況。索橋在西域的開拓與屯田戍邊等方面發(fā)揮了重要作用。北宋淳華元年的四川都江堰市的安瀾橋，古代又稱評事橋、珠浦橋，是一座多孔連續(xù)并列竹索橋，是世界第一座多跨竹索橋，分別跨越岷江、壽江與白沙江。

1.4 伸臂木梁橋

宋代將起源于公元4世紀(jì)初的青海、甘肅的單伸臂橋(又稱刁橋或折橋，古稱“河歷”)從單跨變?yōu)槎嗫?，由單伸臂改進(jìn)為雙伸臂和斜撐伸臂；建造地由山區(qū)走向平原，從西部地區(qū)到東南沿海地區(qū)，并且橋上普遍建有橋屋或橋廊、橋亭、橋塔。

1.5 石拱橋

中國拱橋的歷史一直難以考證，并始終在探索中。鑒于中國石拱橋要晚于以拱橋著稱的古希臘、古羅馬數(shù)百年，中國拱橋歷史上一直較難統(tǒng)一。宋時，石拱橋已經(jīng)在全國開始建造，現(xiàn)存建于金明昌三年的北京盧溝橋?yàn)槿珖攸c(diǎn)保護(hù)單位；建于宋咸淳元年（1265）單孔圓弧石拱橋的上海清浦普濟(jì)橋；在崇圣寺枯木庵的金鰲橋等，都是現(xiàn)存較為古老的石拱橋。

拱橋外形曲折，古時稱其為曲橋、飛梁、虹，是我國古代的主要橋型，也是唯一耐久性高不需要定期養(yǎng)護(hù)維修的橋梁。但由于其原料開采加工、運(yùn)輸成本高、需要較為專業(yè)，大型的支架等，一般石拱橋需選在地形合適，地質(zhì)條件良好且方便取材的地方。

2 地理環(huán)境與橋梁結(jié)構(gòu)形式

中國的社會生活起源于黃河及長江流域，逐步向周圍擴(kuò)展延伸，地區(qū)發(fā)展極不平衡，加上各地的自然條件和風(fēng)土民俗、民眾性格的不同，中國古橋的地區(qū)和民族特點(diǎn)十分鮮明。黃河兩岸，自黃帝、堯、舜以來是王朝都城、諸侯首府眾多的地方，這里物資運(yùn)輸頻繁，人員往來多賴騾馬大車、手推板車，以橋面彎曲如虹的木梁柱橋和平坦宏偉的石拱橋和石梁橋居多；東南水鄉(xiāng)，河道縱橫，湖沼棋布，運(yùn)輸以舟船為主，所以遍布著如駝峰般隆起的石拱橋和高低相配的石梁橋；西北和西南，峰巒層疊，谷深崖陡，水流湍急，難以砌筑橋墩，故多用藤、竹、木等材料建造的索橋和伸臂木梁橋；閩中南、粵東等地，質(zhì)地堅(jiān)硬的花崗石滿山遍野，因而歷代所建石梁、石拱橋比比皆是，而索橋卻從未有過；云南傣族等地區(qū)，竹林繁茂，隨處可見獨(dú)具一格的竹笆橋、竹梁、竹吊橋。從風(fēng)格上看，北方以及南方山區(qū)的多跨石拱橋，橋墩粗獷穩(wěn)重，俗稱厚墩；江南水鄉(xiāng)的多孔石拱橋橋墩纖細(xì)輕盈，俗稱薄墩。兩種不同風(fēng)格的橋墩，折射出北方民眾淳厚樸實(shí)和江南民眾機(jī)智、靈巧的不同性格。各式古橋均是從大量實(shí)踐中誕生的，又經(jīng)過不斷失敗與成功，總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)，并一代一代通過口授身教傳遞了下去。

李約瑟在《中國科學(xué)技術(shù)史》第四卷第三分冊中對于中國古代橋型的分布情況有一個大致的分類：主要以華北石拱、華南石梁、西南懸索、東南駝拱來劃分由于地理環(huán)境不同而造成的中華橋梁文化的差異。

“臥沙者易以沉”這是軟土基礎(chǔ)的問題，因此東南沿海一帶的橋梁多釆用梁式結(jié)構(gòu)。作為世界上的第一座海港梁式大橋，泉州洛陽橋最早在建設(shè)中使用了“筏型基礎(chǔ)”，閩浙等地所造石橋大多要建造在泥沙淤積、基礎(chǔ)松軟的河口或海灣上，于是當(dāng)時的橋工發(fā)明了筏型基礎(chǔ)、拋石固基法、睡木沉基等技術(shù)。這種地基處理技術(shù)在中國建橋史都留下了濃墨重彩的一筆。當(dāng)時的橋工還因地制宜，發(fā)明了“種蠣固基”法，利用繁殖蠣房膠固石基的方法使全部石基成為一個整體。同時洛陽橋上部結(jié)構(gòu)施工中，利用潮汐的原理發(fā)明了“浮運(yùn)架梁”法，大大減輕了工人的勞力，并且解決了大體積石料的吊裝問題。

甘肅渭源灞陵橋是全國獨(dú)一無二的純木質(zhì)疊梁拱橋，國內(nèi)唯一現(xiàn)存的古“握橋”，是由中國古老的伸臂木梁橋與貫?zāi)竟皹蚪M合而成的拱橋結(jié)構(gòu)體系，建成于1919年，2006年列入全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位，著名橋梁大師茅以升在他的《中國古橋技術(shù)史》中對該橋的評價僅次于河北趙州橋。

在結(jié)構(gòu)上，灞陵橋巧妙地將發(fā)展于西北地區(qū)和東南地區(qū)的橋梁形狀做一結(jié)合，使其在造型上有了新的突破。同時在結(jié)構(gòu)上有了保證。

3 地域文化與橋梁結(jié)構(gòu)形式

中國古代曾因地制宜，就地取材建造了木橋、石橋、磚橋、藤橋和竹橋，還建有罕見的鐵橋、土橋、葦橋、冰橋和鹽橋。作為我國第一座瀕臨海灣的橋梁洛陽橋，首創(chuàng)了新型橋基“筏形基礎(chǔ)”，發(fā)明了利用牡蠣加固橋基、橋墩和利用潮汐架設(shè)石梁的方法等。南宋時在泉州地區(qū)及周邊區(qū)域，又把建造石梁橋的技術(shù)大步推進(jìn)，無論在長度、跨度、重量、建造速度、施工技術(shù)，橋型等方面，都達(dá)到了新的高度。誕生了“天下無橋長此橋”的安平橋，世界上最長，最重的石梁橋虎渡橋。為了滿足快速建造石梁石墩橋的需求，則根據(jù)橋梁所跨水流的水文情況，采用雙邊船形、單邊船形、長方形石橋墩等多種橋墩形式；采用睡木沉基替代費(fèi)工、費(fèi)料、費(fèi)時的“筏形基礎(chǔ)”；采用懸臂式橋墩增加石梁橋跨度和橋下凈空。到目前為止，洛陽橋依舊作為泉州歷史標(biāo)志性建筑，“站著像東西塔，臥倒像洛陽橋”也成為了泉州城市文化的一張名片。此外，石筍橋、順濟(jì)橋、金雞橋、盤光橋等相繼使用，泉州因此博得了“閩中橋梁甲天下，泉州橋梁甲閩中”的美譽(yù)。

4 對橋梁設(shè)計(jì)的啟示

中國橋創(chuàng)建時間早，持續(xù)時間長，對周邊國家產(chǎn)生著重大影響。日本江戶時代隅田川橋、京都嵐山渡月橋都是仿唐宋時的多跨木梁木柱橋。隨著《馬可·波羅游記》在歐洲的廣泛傳播，以盧溝橋?yàn)榇淼闹袊鴺蛄何幕搽S之傳播，它促使歐洲人開始欣賞中國的橋梁建筑。1665年徐霞客的《鐵索橋記》詳細(xì)描述了建于明崇禎四年（1631）的貴州安南縣（晴隆縣）的北盤江鐵索橋，1667年法國傳教士出版了一本《中國奇跡覽勝》，書中介紹了中國鐵索橋。李約瑟博士指出：這兩本書直接啟發(fā)了西方人建造鐵索橋的嘗試。

西方在中國古代雙索吊橋的啟示下，把索橋橋面懸吊在主索之上，并運(yùn)用誕生不久的鋼材，實(shí)現(xiàn)了用鋼纜為主索的柔性鋼懸索橋，如19世紀(jì)末建成的主跨486米的公路懸索橋——美國紐約布魯克林橋，成為現(xiàn)代大跨度懸索橋的先聲，是在吸收與消化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。英國工程技術(shù)界自稱受西藏木伸臂梁橋的啟發(fā)，修建了近代大跨度鋼伸臂梁橋——福斯河橋。美國于1916年在紐約建成跨度為297.9米的獄門橋，當(dāng)時被譽(yù)為全球拱橋之冠，它模仿了建于18世紀(jì)北京頤和園的玉帶橋所采用的雙向反彎曲線橋面的形式，在大拱的上弧弦兩端采用了反向曲線，使拱橋顯得特別高聳。中國古代橋梁設(shè)計(jì)承載了地域、文化的豐厚底蘊(yùn)，對現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)具有良好的借鑒意義。

5 結(jié)論

（1）渡河方式的轉(zhuǎn)變往往與橋的演變互相關(guān)聯(lián)，人們從最開始的浮囊逐漸到橋，從奴隸制制度到封建社會過渡，中國社會也從王權(quán)制度走向中央集權(quán)制的封建帝國，使得生產(chǎn)力大大提升，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，橋梁自然而然地成為人們渡河的主要依靠對象。

（2）古代橋梁建設(shè)需要綜合考慮地理環(huán)境、自然條件的影響，因地制宜、合理分析地選擇正確的施工方法，不僅體現(xiàn)了中國古橋梁的施工水平和施工能力，還為今天的工程提供了借鑒的方向。就地取材，敢于創(chuàng)新。

（3）中國古代橋梁的種種技術(shù)與建設(shè)方式為中國周邊國家乃至世界的橋梁建設(shè)都起到了重要的推動作用，中國古代橋梁設(shè)計(jì)不僅承載了地域、文化的豐厚底蘊(yùn)，而且對現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)具有良好的借鑒意義。