中華五千文明探討

走近趙州橋

作者:拂曉
趙州橋由隋朝工匠李春設計建造,大約隋朝大業元年(公元605年)建成,至今已有一千四百多年歷史,是迄今世界上現存最古老的石拱橋。(shutterstock)
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飛梁氣勢宏,碧水映頂穹;登橋踏坦路,造化一奇功!

趙州橋,原名安濟橋,歷史悠久,遠近聞名。它坐落在河北省趙縣城南約五里的洨(音淆)河之上,是座石砌拱橋,當地俗稱大石橋,由隋朝工匠李春設計建造,大約隋朝大業元年(公元605年)建成,至今已有一千四百多年歷史,是迄今世界上現存最古老的石拱橋。

趙州橋,原名安濟橋,歷史悠久,遠近聞名。(拂曉提供)

關於工匠李春,只知其人是河北省邢台臨城人,其生平並不見史書有何記載。

趙州橋為什麼這麼出名?奧妙在哪裡?

趙州橋,為單拱大跨度石拱橋,橋面幾乎與地平線持平,寬闊(達9米),採用當地青灰色砂岩石料建造。橋面長達五十餘米,橋拱跨度達37米多,可見洨河是相當寬闊的一條河流。趙州橋真的很美,也很有氣勢,它像一條長虹,飛貫洨水兩岸。

然而這畢竟僅是視覺感觀,更絕妙的,也許是這座橋的巧妙構思、神性設計與獨特的建造工藝吧。

(一)單孔大跨度弧拱(圓弧拱)

假設是單洞「半圓拱」橋,如此大的跨度勢必使橋面像小山一樣高,若拱的弧長加大,耗費巨量石料,重量加大,下面的石塊受壓加大,危險增加;拱太高穩定性則極差,施工危險性大。人們過橋就像爬山一樣的艱難,就只能設多個半圓拱橋洞。而多洞半圓拱同樣耗費更多石料,施工難度也大,還大大減小了河流橫斷面有效面積,大船無法通過,加大了對水流的阻礙,橋體承受的橫向衝擊劇增,加劇被洪水沖毀的可能(這使我想起了中共治水的「嚴防死守」「以水為敵」「截江斷流」的圍堵思維)。

而李春設計的「單孔大跨度弧拱」,比起半圓拱大大壓低了拱高,使得橋面更接近兩岸地面的高度,弧長大大縮短,石料減少,重量減輕,石塊承壓減小,穩定性高。全長大跨度單孔情況下,橋拱下面完全是空曠的,任由河水流動無阻,大船也能通過。

趙州橋是隋代李春設計的單孔大跨度弧拱石拱橋。(Shutterstock)

說到「壓低拱高」的好處,我想引入一個參數「扁平率E」(實際上古人沒有這說法,而是更妙的思維方法)。它是拱高H與跨度之半0.5L之比。其值通常介於0─1之間,一般來說值越小對拱橋來說越好,意味著橋面低,橋長短,省材料,重量輕,壓力小,但值為0時不行,那就不是拱了。但是過低恐怕也不好,怕是石頭要掉下來的,應該有一個最佳點。我個人認為,構築橋拱的石塊間密接的面,上下「應力」應該均勻,以防不測。安濟橋拱高H=7.23米,跨度L=37.47米(有說37.04米),扁平率E=0.38。我發現,0.38這個點,竟然幾乎正是1與0之間的0.618處,即半圓拱頂到「零拱」(弦)之間的0.618處!這可是「黃金分割點」!怎麼這麼巧?

安濟橋的扁平率在世界橋梁中是名列前茅的。究竟這個拱高李春是怎麼找到的,我們不得而知。

其實這樣定義扁平率概念上是不妥的。從物理意義上講應該數值越大越扁平,可它是反的。我把它定義為:E= (0.5L-H)/0.5L。這樣當拱高H為半圓拱半徑0.5L時,沒有扁平,扁平率為零,隨著拱高H的減小,(0.5L-H)的數值逐漸加大,扁平率增加(越趨於扁平),合乎邏輯,這才名副其實。這樣算法,安濟橋的扁平率E為0.614(極其接近黃金分割點0.618)。扁平率最大值為1,此時拱高為零,沒有拱了,水平線了。不過兩種定義都不影響問題實質。

安濟橋的扁平率E為0.38,從另一角度看,極其接近黃金分割點0.618。(拂曉提供)

大跨度弧拱——安濟橋拱券,拱厚度1.32米,以大約43米弧長而言,簡直是太薄了!

(二)敞肩「空撞券」

橋洞(券)的兩肩叫「撞」,一般都是石料砌實,但安濟橋沒有把撞砌實,而是也做了小的券洞,充分利用了空間。每撞依空間做一大一小共四券,這叫「敞肩空撞券」,既節省石料又減輕橋重。據估計可節省石料一百八十立方,橋重減輕大約五百至七百噸。橋重貌似穩定,但年久易於下沉,對石材的應力加大,反倒容易損壞,何況「實撞」還要承受更大的側面洪水衝擊。當洪水期水位上漲時,四個小橋洞可以使洪水通過,減小了洪水對橋體的衝擊,減少洪水漫上岸來的可能性,提高了安濟橋的安全係數,一舉多得!

據說這種「空撞券」橋在國外,在歐洲十四世紀才出現,那就是法國太克河上的賽雷橋,晚於安濟橋七百多年,且早已毀壞。

從側向(河流軸向)看,安濟橋並沒有多大面積,上下非常窄,除路面與欄板所占側面面積外,就是一條窄窄的弧形大梁。這樣的設計,即使洪水達到了這麼高的水位,也能最大限度地減少對洪水的阻力,最大成度地減少洪水的衝擊能量。

安濟橋橋拱雖然不高,但因跨度大中間還是夠高的,較大船隻通過是沒有問題的。

石砌橋的穩定性,我想不在於橋重,而在於側向面積的「扁形」、拱形結構、拱高小,以及巧妙的建造工藝。

「拱形結構」使得在重力下石材之間把力傳遞至兩端地基處,石塊之間以「擠壓力」存在而不是拉力,而石材卻是最「擅長」承受擠壓的,這是力學特性。這也就是地下硐室(隧道、巷道)的頂部往往為拱形的原因。

(三)二十八道窄券並列

安濟橋,拱腳寬9.6米,拱頂寬9米,中間行車馬,兩側行人,相當寬闊。這麼寬的橋梁的確需要較多的石材砌成。建築上一般砌築的方法,上下層之間以及橫向磚塊(石塊)之間都是壓縫錯縫、咬合,以達到整體堅固的作用,叫做「縱連砌券法」。而安濟橋的拱券卻沒有採用這種方法,而是採用了「縱向並列砌築法」,即並行緊密排列二十八道窄券,每道窄券寬約350毫米。

安濟橋的拱券採用了「並列式」的砌置方法,即並行緊密排列二十八道窄券,每道窄券寬約350毫米。(公有領域)

為什麼採用這種多道窄券並列組合結構呢?筆者認為,由於橋拱是單層(上面鋪一層護拱石),「縱聯式」砌築似乎意義不大,反而很難施工,維修也困難。而並列式就容易得多,哪塊石頭壞了,更換容易。縱聯成整體一塊,貌似堅固但脆性大,若遇強烈震動(如地震)很可能容易損壞。

安濟橋的骨架——拱券,是由一塊塊砂岩石料壘砌起來的,緊密貼實,不抹任何灰漿等粘性材料,叫「乾擺砌築」,非常整潔,不像一般的砌牆蓋房子之類的作法。其穩定性、堅固性只靠拱形結構的力學特性,靠石塊間的擠壓維持平衡,若遇到意外的擾動造成拉力,就有可能使石塊之間出現分離的傾向。橫向的券與券之間也沒有灰漿粘結。

為了消除二十八道並列窄券可能分離的隱患,李春的設計採取了如下辦法:

1)拱兩端略寬,逐漸向拱中心收窄,合計中間窄於兩頭0.5米。這就使得拱券在重力作用下有向內側傾斜的分力(向心力),促使各窄券向中間相互靠攏!真是個好主意!形狀上這倒像「大力士」螞蟻的細腰,人的腰部也是收窄的。也許這種形狀往往會產生這樣的力學特點吧。

2)沿拱跨度方向每隔一段距離設置一根鐵拉杆,共五根,橫穿二十八道窄券,拉杆兩端有半圓形桿頭露在石外,夾住二十八道券,如同捆綁在一起。礦井的井下巷道,有在頂部及側面打入錨杆,外加噴漿的支護技術,也是同樣的原理。

3)拱券是一層由大塊石材砌成的,厚度大約1米,上面覆蓋一層較薄的鋪石(伏券),也稱「護拱石」,厚度大約0.3米,與下面錯縫貼合。合起來大梁拱厚度1.32米。最外側的兩條窄券的護拱石層中,各布置有六塊「勾石」,隔開距離布設,勾住主拱石使其「不得離開」。

拱券是一層由大塊石材砌成的,厚度大約1米,上面覆蓋一層較薄的鋪石(伏券),也稱「護拱石」。(Shutterstock)

消除在拱的弧形軸線方向上的分離隱患:

大拱最外兩側,相鄰石塊之間用兩組「腰鐵」在外側連接(鉚接)。而在內部各條窄券,則在相鄰兩石塊之間的拱背鉚接腰鐵,連鎖起來。這樣強化了拱的整體性與強度,特別是增加了拱的抗拉性能,因為鐵材料的抗拉性能優越,以預防特殊情況造成的拱的受拉。

在相鄰窄券間,每塊拱石的側面都鑿刻細密斜紋,以增大券與券之間的摩擦係數(側面)(似乎很微妙)。

這些辦法促使拱券連成一個整體,強化了拱券,增強了拱券的穩定性與安全性。

據資料,安濟橋(趙州橋)經歷了十次洪水,八場戰亂和多次地震,包括1966年邢台7.2級大地震,震中距趙州橋僅四十公里,沒有垮塌。

(四)神物與雕鑿之美

安濟橋橋拱頂部中央雕鑿了神龍(或龍王)之首,俯視水面,似吸水狀,又可解讀為「龍王治水」。
安濟橋不僅造型美觀,其輔助構件也很講究。(Shutterstock)

安濟橋橋拱頂部中央雕鑿了神龍(或龍王)之首,俯視水面,似吸水狀,又可解讀為「龍王治水」。

安濟橋不僅造型美觀,其輔助構件也很講究。橋上的欄柱(望柱)和護欄板都雕刻著各種圖案,如龍、吸水獸和其它神獸,場景、神態各異,栩栩如生。還刻有花卉、竹節等。

中國古代建築上(或地下或水下)往往雕鑿有神物,其後的營造亦如此(「文革」中大多被毀)。我認為這不僅僅是裝飾,都是實質意義的存在,相信有無形的力量在起作用,且各有各的作用,不能破了這個傳統。

我確信,我們所了解的安濟橋決不是它的全部內容,可能還有不為人知的東西和奧祕。例如,建造過程中每一道工序是怎樣的?什麼樣的工藝技術?在設計上還有沒有其它的考慮?分析上還有沒有更正確、更好的認識?動工的吉日選擇?開工、落成有什麼拜神儀式?等等。

安濟橋上的石雕。(Shutterstock)

(五)讚譽

關於安濟橋的奇蹟,唐玄宗開元年間中書令張嘉貞的《趙州橋銘》有這樣的描述:「趙州洨河橋,隋匠李春之跡也。製造奇特,人不知其所以為。試觀乎用石之妙,楞平砧斫,緘穹隆崇,豁然無楹……又詳乎刈插駢,磨礱緻密……腰鐵栓蹙。兩涯嵌四穴,蓋以殺怒水之盪突……」

李約瑟(英)在《中華科學文明史》中評價:「在西方圓弧拱橋都被看作是偉大的傑作,而中國的傑出工匠李春,約在610年建造了可與之輝映,甚至技藝更加超群的拱橋。」

橋梁專家福格-邁耶(H. Fugl-Meyer):「獨特的中國拱橋是一種薄石殼體……中國拱橋建築,最省材料,是理想的工程作品。」

1991年美國土木工程師學會將趙州橋定為國際土木工程歷史古蹟。

趙州橋以「首創敞肩圓弧拱橋」已被列入聯合國教育科學文化組織世界文化遺產候選名錄第95號。

(六)安濟橋的滄桑

之後的朝代唐宋明清均對安濟橋有過修繕維護。

其中,《趙州志》中的《重修大石橋記》中記載,明世宗初年,大橋因橋下停泊運輸薪炭的船起火而受損嚴重,腰鐵剝落,石橋頹危。明世宗嘉靖四十二年(1563年)至明神宗萬曆二十五年(1597年)間對大橋進行了大修,經多年修整後,使得「勝地飛粱,依然如故」。

當然了,中共也對大橋進行了所謂的「修繕」,1952年至1956年對大橋進行了極有爭議的「大修」,實際是改造,改造後的大橋已不是原來意義上的趙州橋了,改變了大橋的原貌(所謂的「翻新」)與建造工藝!

現破損和結構變形,使拱石之間出現不同程度的空隙或缺失,灌入高標號水泥砂漿後,改變了乾擺砌築方式的內涵。同時水泥砂漿對石材具有腐蝕性,橋底常年出現泛鹼現象(化學污染出現了)。

儘管高標號鋼筋混凝土比較堅固,由於可能的化學腐蝕作用等,恐怕壽命不會超過一百年。而這種澆築的整體結構難道不會給大橋整修造成極大困難嗎?都黏在一塊了怎麼修補?

對於灰漿砌築,石料接觸面之間的灰漿強度與黏結強度,會高於「乾擺」密接嗎?

(七)結語

我國的拱發券方法應該是很早就有了。中國古代科技是相當發達的,如都江堰水利工程已經兩千三百多年了,壽命都很長。根本不是中共邪黨宣傳的「中國古代落後」。

現代科學所謂的「多因素決策最優化設計」只是在多個方案中「優選」一個。但是在這所有的備選方案之外,可能還有更好的,比如在每一項技術工藝上可能有更好的方法而沒有提出來。所以,它的最優評比恐怕只是「矬子裡面拔將軍」而已。而工匠李春的設計則是在每一個方面都是最好的選擇,包括尊古敬神,這才是真正的最優化。

歸納起來,安濟橋技術特點綜合如下:(15項)

大跨度,低拱高,薄拱厚,敞肩空撞,有效過水面積最大,乾擺砌築,護拱伏券,並排列券,向心力設計,腰鐵,拉杆,勾石,鑿刻密紋,無污染,敬神。

這十五項技術特點,沒有任何一項不好。

而中共「大修」的特點呢:1)不尊古,不敬祖,要「動大手術」。2)不珍惜舊石材。東側五道券全部拆除重砌;廢棄舊石料,舊石板全部換掉。3)水泥沙漿中的某些物質會對石材有腐蝕作用,具有破壞性。4)浪費材料,增加橋重。橋面已用混凝土鋪設,卻又在上面鋪石板「保持原狀」。 5)鋼筋混凝土和灌漿取代原工藝,破了橋的優良機制。

中共的大修,改變了安濟橋的機制和內涵。先前各朝各代都沒有改變其建造工藝,都是尊古的,中共例外。

有評論說,修繕後的趙州橋,失去了古橋獨特的風韻和味道,鋼筋混凝土材料讓整座橋失去了靈魂。

所謂的「長遠考慮」其實沒有「長遠考慮」。因為它已走過一千三百四十餘年(至1952年開始大修),而「大修」後你能保證它還能走多遠?

這也難怪,因為現代人已經不知道華夏傳統文化、科技是多麼的優秀!只有找回傳統,才是光明大道,才是通天的路!

安濟橋存在和使用一千三百四十餘年,這本身就是中華傳統科技文化的最好詮釋。而中共整修改造安濟橋實際上是破壞傳統的一個例證。

真正的安濟橋已經不在,現在的趙州橋,可以說已經名存實亡。

(中共現在已經不再使用它,把它當作賺錢旅遊項目了。)

——轉自正見網,有刪節。

責任編輯:李梅#

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