书城科普青少年应该知道的桥
10636600000002

第2章 人类行走的奇想—认识篇

李白的《蜀道难》中描述蜀道之险恶陡峭有“地崩山摧壮士死,然后天梯石栈相钩连”,引用了一个典故,映衬蜀道的险峻陡立。然后是上有回日高标,下有逆折之回川,黄鹤都飞不过,猿猱欲度愁攀援,古蜀道几乎相当于横崖绝壁,但后人却能打通蜀道,渡之安然,原因是修建了连通蜀道的桥。这便是桥的作用和魅力,使天堑地壑变为通途。

1.桥的基本概念

众所周知,桥是架在水道或者空中利于交通的一种人工建筑物。它由上下两部结构组成。上部结构包括桥身和桥面,下部结构包括桥墩、桥台和基础。它们高悬低卧,形态万千,有的雄踞山峦野岭,古朴雅致;有的跨越岩壑溪间,相映增辉;有的坐落闹市通衢,造型奇巧独特;有的别致新颖,巧夺天工。可谓五花八门,姿态万千。但桥是为人类服务的,它的诞生也决定了它的价值和用途。生活中,桥总是默默无闻地为行人车马跨江过河飞津济渡,无论雨打风吹,严寒酷暑,它毅然支持着那段路面。建桥最主要的目的,就是为了解决跨水或者越谷的交通,以便于运输工具或行人在桥上畅通无阻。若从其最早或者最主要的功用来说,桥应该是专指跨水行空修建的“道路”。故《说文解字》段玉裁的注释为:“梁之字,用木跨水,今之桥也。”说明桥的最初含意是指架木于水面上的通道,以后又引伸为架于悬崖峭壁上的“栈道”和架于楼阁宫殿间的“飞阁”等天桥的形式。现代的桥又在城市交通中发挥着重要作用,平地起桥(立交桥),贯通东西南北,不仅有助于缓解交通堵塞,还成为现代化城市一道亮丽的风景。

2.我国桥的特点

由于中国地形复杂多变,且江河水系发达,因此中国从古代便与桥结缘,许多古诗词中就有记载“长虹卧波”缘于杜牧的《阿房宫赋》,“洛水桥边青日斜”来自刘禹锡的《浪淘沙》,可见中国的桥是自古就有渊源的。

中国山川众多、江河纵横,是个桥梁大国,无论是建桥历史、建桥技术,还是桥梁数量都处于世界领先地位。从赵州桥到南京长江大桥,千百年来,桥梁早已成为人们社会生活中不可缺少的组成部分。但由于我国幅员辽阔,从南到北,从东到西,在地理气候、文化习俗以及社会生产力发展水平上,都存在较大的差异。因此,桥梁的建造基础结构形态,价值用途各有不同。具体说来大致有如下特点:

(1)地域性

我国土地广袤,南北之间和东西之间的桥梁,受所在自然地理和人文社会的影响,因地制宜,都形成了各自相对独立的风格和特色。如北方中原地区,黄河流域,地势较为平坦,河流水域较少,人们运输物资多赖骡马大车或手推板车。因此,这里的桥梁多为宽坦雄伟的石拱桥和石梁桥;西北和西南地区,山高水急、谷深崖陡,难以砌筑桥墩,因此,多采用藤条、竹索、圆木等山区材料,建造绳索吊桥或伸臂式木梁桥;岭南闽粤沿海地区,盛产质地坚硬的花岗岩石,所以石桥比比皆是;而云南少数民族地区,因竹材丰富,便到处可见别具一格的各式竹材桥梁。从桥梁的风格上看,北方的桥如同北方的人,显得粗犷朴实;南方的桥也同南方的人,显得灵巧轻盈。当然,这跟自然地理也有极大关系,如北方的河流因水流量起伏变化很大,又有山洪冰块冲击,故桥梁必须厚实稳重;而南方河流水势则较平缓,便于通航,故桥梁相对较纤细秀丽。

(2)多样性

我国历史悠久,地大物博,山河奇秀,南北地质地貌差异较大,因此对建桥的技术要求也高。大约在汉代时,桥梁的四种基本桥型:梁桥、浮桥、索桥、拱桥便已全部诞生了。这四种桥根据其建筑材料和构造形式的不同,又分别演化出:木桥、石桥、砖桥、竹桥、盐桥、冰桥、藤桥、铁桥、苇桥、石柱桥、石墩桥、漫水桥、伸臂式桥、廊桥、风雨桥、竹板桥、石板桥、开合式桥、溜索桥、三边形拱桥、尖拱桥、圆拱桥、连拱桥、实腹拱桥、坦拱桥、徒拱桥、虹桥、渠道桥、曲桥、纤道桥、十字桥,以及栈道、飞阁等等,可谓五花八门,应有尽有。我国几乎是桥的集大成者,中国的桥如同桥梁种类的博物馆。

(3)多功能性

我国古代的工匠师建桥,很注意发挥桥梁的最大作用,既能考虑到因地制宜、耐久实用,又能考虑使桥梁尽量起到多功能的作用。如江南的拱桥多为两头平坦,中间高拱隆起,使之既产生造型上的弧线美,又利于行舟。而南方地区常见的廊式桥,则更充分反映了一桥多用的特点。南方雨多日照强,桥匠便在桥上修建廊屋,这不仅为过往行人提供了躲避风雨日照、便于歇息的场所,而且还增加了桥梁的自重,以免洪水把桥冲掉,同时起到保护木梁、铁索不受风雨腐蚀的作用。此类廊桥,因是人员过往要冲,故还利用它兼作集市、住宿和进行各种商业活动。如广东潮安县的湘子桥,素有“一里长桥一里市”之称,桥中设一段可以开合的浮桥,以利通航;桥上建廊屋、楼后做集市,其间店面栉比,自晨至暮,车水马龙,热闹非凡,以至不闻不见咆哮的潮水和宽阔的江面,故民间流传有“到了湘桥问湘桥”的笑话。因此,中国古代桥梁的设计模式,功能性占主要因素,桥的建造即决定其用途,最大限度的为人类所用。

(4)群众公益性

桥梁自产生开始,便以属于民众共有的社会性出现。我国的传统建筑,一般为私有性,唯有桥梁,不管是官修私建的,都为大众所公有。因为,桥的建造是为人民服务的,有利于人们的日常交通生活,因此,桥的建设具有公益性。数千年来,爱桥护桥成为一种良好风尚,而“修桥铺路”则是造福大众的慈善行为,被民众所推崇。因此,修桥或建桥具有广泛的群众性。查看史志,我国历来修桥建桥的方式,大概有四种:一是民建,即由一家一姓独立建桥;二是募捐集资,报请官府审批,协力兴建;三是官倡民修,由地方官倡导,士绅募捐,并指派官吏或商绅主持完成,这类桥多属较大的桥梁;四是全由官府拨款施工兴建的。所以,我国古桥遍布各地,连穷乡僻壤也有许多建桥。其数量之多,分布之广,居世界首位。

以上四点便是我国古桥的基本特点,因桥本身的属性所决定的,这正是这些特点,使桥更具利用价值和存在意义。

举世闻名的赵州桥有哪三绝?

赵州桥是我国最古老的拱桥,它之所以历史悠久,饱经沧桑而浑然完整无损,必有其绝妙之处。

举世闻名的赵州桥三绝是:

(1)“券”小于半圆。我国习惯上把弧形的桥洞、门洞之类的建筑叫做“券”。一般石桥的券,大都是半圆形。但赵州桥跨度很大,从这一头到那一头有37.04米。如果把券修成半圆形,那桥洞就要高18.52米。这样车马行人过桥,就好比越过一座小山,非常费劲。赵州桥的“券”是小于半圆的一段弧,这既减低了桥的高度,减少了修桥的石料与人工,又使桥体非常美观,很像天上的长虹。外观浑美,结构又依桥的地势而行,可谓一绝。

(2)“撞”空而不实。“券”的两肩叫“撞”。一般石桥的“撞”都用石料砌实,但赵州桥的“撞”没有砌实,而是在“券”的两肩各砌一两个弧形的小“券”。这样桥体增加了4个小“券”,大约节省了180立方米石料,使桥的重量减轻了大约500吨。而且,当洨河涨水时,一部分水可以从小券往下流,既可以使水流畅通,又减少了洪水对桥的冲击,保证了桥的安全。

(3)洞砌并列式。它用28道小“券”并列成9.6米宽的大“券”。可是用并列式砌,各道窄券的石块间没有相互联系,不如纵列式坚固。为了弥补这个缺点,建造赵州桥时,在各道窄券的石块之间加了铁钉,使它们连成了整体。用并列式修造的窄“券”,即使坏了一个,也不会牵动全局,修补起来容易,而且在修桥时也不影响桥上交通。

3.桥的产生与发展

由于地球表面特殊的地貌,例如,沟壑、悬崖、江河、裂谷等,而人类的行走只限于平地行走,不能像鸟类那样腾飞,因此在开发和改造大自然过程中,必须有种物质的出现,使人类能够渡越江河、壑沟等,因此,桥便应运而生,随着生产力的发展而不断改变。

人类发明桥梁经历了一个漫长的过程—在人建造桥梁之前,自然界由于地壳运动或其他自然现象的影响,形成了不少天然的桥梁形式。如浙江天台山横跨瀑布上的石梁桥,江西贵溪因自然侵蚀而成的石拱桥(仙人桥)以及小河边因自然倒下的树干而形成的“独木桥”,或两岸藤萝纠结在一起而构成的天生“悬索桥”等等。人类从这些天然桥中得到启示,便在生产生活过程中,不断效仿大自然。开始时利用一根木料架在小河上,或氏族聚居群周围的壕沟上搭起一些独木桥或在窄而浅的溪流中,用石块垫起一个接一个略出水面的石蹬,构成一种简陋的“跳墩子”石梁桥。这些“独木桥、”“跳墩子桥”便是人类建筑的最原始的桥梁,以后随着社会生产力的发展,不断由低级演进为高级,才逐渐产生各种各样的跨空桥。

我国的桥,大致经历了四个发展阶段。第一阶段以西周、春秋为主,包括此前的历史时代,这是古桥的创始时期。此时的桥除原始的独木桥和汀步桥外,主要有梁桥和浮桥两种形式。当时由于生产力水平落后,多数只能建在地势平坦,河身不宽、水流平缓的地段,桥也只能是些木梁式小桥,技术问题较易解决。而在水面较宽、水流较急的河道上,则多采用浮桥。这是桥类最原始最初级阶段,构造简单,技术含量较低。

第二阶段以秦、汉为主,包括战国和三国,是古代桥梁的创建发展时期。秦汉是我国建筑史上一个璀璨夺目的发展阶段,这时不仅发明了人造建筑材料的砖,而且还创造了以砖石结构体系为主题的拱券结构,从而为后来拱桥的出现创造了先决条件。战国时铁器的出现,促进了建筑方面对石料的多方面利用,从而使桥梁在原木结构桥梁的基础上,增添了石柱、石梁、石桥面等新构件。创建了古拱桥,在中国古代建桥史上无论是实用方面,还是经济、美观方面都起到了划时代的作用。石梁石拱桥的诞生,不仅减少了维修费用、延长了桥的使用时间,还提高了结构理论和施工技术的科学水平。因此,秦汉建筑石料的使用和拱券技术的出现,实际上是桥梁建筑史上的一次重大革命。从一些文献和考古资料来看,大约在东汉时期,梁桥、浮桥、索桥和拱桥这四大基本桥型已全部形成。由于生产力的发展和进步,从而使桥梁的建设和设计有了很大的革新和改善,桥的技术含量逐步提高,从而更利益人类的生活使用。

第三阶段是以唐宋为主,两晋、南北朝和隋、五代为辅的时期,这是古代桥梁发展的鼎盛时期。隋唐国力较之秦汉更为强盛,唐宋两代又取得了较长时间的安定统一,工商业、运输交通业以及科学技术水平等十分发达,是当时世界上最先进的国家。东晋以后,由于大量汉人贵族官宦南迁,经济中心自黄河流域移往长江流域,使东南水网地区的经济得到大发展,经济和技术的大发展,又反过来刺激桥梁的大发展。因此,这时创造出许多举世瞩目的桥梁,如隋代石匠李春首创的敞肩式石拱桥—赵州桥,北宋“牢城废卒”发明的叠梁式木拱桥—虹桥,南宋的石梁桥与开合式浮桥相结合的广东潮州的湘子桥等。这些桥在世界桥梁史上都享有盛誉,尤其是赵州桥,类似的桥在世界别的国家中,晚了7个世纪方才出现。纵观中国桥梁史,几乎所有的重大发明和成就,以及能称世界第一的桥梁,都是这时创建的。封建社会发达时期,拱桥的类型和创建技术不断拓展和革新,使桥类更加灵巧,齐备,耐用,美观等,封建社会的繁华也造就了桥梁的发展和辉煌。

第四阶段为元、明、清三朝,这是桥梁发展的饱和期,几乎没有什么大的创造和技术突破。这时的主要成就是对一些古桥进行了修缮和改造,并留下了许多修建桥梁的施工说明文献,为后人提供了大量文献资料,例如《天工开物》。此外,也建造完成了一些像明代江西南城的万年桥、贵州的盘江桥等艰巨工程。同时,在川滇地区兴建了不少索桥,索桥建造技术也有所提高。到清末,即1881年,随着我国第一条铁路的通车,迎来了我国桥梁史上的又一次技术大革命。当封建社会已濒临消失,由于它腐朽,其生产关系不适应生产力的发展,落后的生产关系也阻碍了中国桥梁的发展。

4.桥的类型与形式

桥在构造方面可谓形态万千,复杂繁多,其分类方法众多,基本上可依据结构、外观、用途、属性等几方面划分,为了便于了解和记忆,从单方面的分类即可。

桥按结构及外观分为梁桥、浮桥、索桥和拱桥这4种基本类型。

(1)梁桥

又称平桥、跨空梁桥,是以桥墩做水平距离承托,然后架梁并平铺桥面的桥。这是应用最为普遍的一种桥,在历史上也比其他桥形出现为早。它有木、石或木石混合等形式。先秦时梁桥都是用木柱做桥墩,但木柱木梁腐烂较快,且承重能力有限,弱点较多,不能适应形势的发展。因此,起而代之的是石柱木梁桥,如秦汉时建成的多跨长桥:渭桥、灞桥等。约在汉代时桩基技术发明,于是出现了石桥墩,标志着木石组合的桥梁能够越跨较宽大的河道,能经受住汹涌洪浪的冲击。由于石墩上的木梁不耐风雨侵蚀,于是便在桥上建起了桥屋,保护桥身,此桥型(廊桥)后多见于南方,最早都见于黄河流域。中小型的石梁或石板桥,构造方便,材料耐久,维修省力,是民间最喜爱的一种桥形。梁桥若中间无桥墩者,称单跨梁桥;若水中有一桥墩,使桥身形成两孔者,便称双跨梁桥;若两墩以上者,便称多跨梁桥。

(2)浮桥

又称舟桥、浮航、浮桁,因其架设便易,常用于军事目的,故也称“战桥”—一种来用数百艘木船连接起来并列于水面,船上铺木板供人马往来通行的桥,在《三国演义》中的赤壁之战中,曹军因是北方军队,不习水性,便用万艘木船连锁成桥。严格意义上的桥是以跨空和有柱墩为标志的话,那它还不是实际意义上的桥。浮桥主要建于河面过宽及河水过深或涨落起伏大的地方,非一般木石柱梁桥所能做到。浮桥两岸多设柱桩或铁牛、铁山、石囷、石狮等以系缆。隋大业元年在洛阳洛水上建成的天津桥,是第一次用铁链连接船只的浮桥。浮桥目前在我国南方如江西、浙江、广西等地方仍常见使用。较适合于南方的地形和地貌,应用方便,结构较简单。

浮桥的优点:一是施工快速,清咸丰二年(公元1852年),太平军围攻武昌,只用一夜时间就建成两座横跨长江的浮桥。二是造价低廉,相对于古桥造价低廉且省时省工。三是开合随意,拆除和架设都很方便。缺点是载重量小,随水波上下动荡不定,且抵御洪水能力弱,常需及时拆撤,并需要人照看,管理繁琐。舟船、桥板与系船的缆绳要经常修葺和更换,维护费用昂贵。因此,很多浮桥的最后归宿,都向木梁桥、石梁桥或石拱桥发展。

(3)索桥

也称吊桥、绳桥、悬索桥等,是用竹索或藤索、铁索等为骨干相拼悬吊起的大桥。多建于水流急、不易做桥墩的陡岸险谷,主要见于西南地区。做法较为简便,结构也很简单,在两岸建屋,屋内各设系绳的立柱和绞绳的转柱,然后以若干根粗绳索平铺系紧,再在绳索上横铺木板,有的在两侧还加一至两根绳索作为扶栏。但这种桥特殊的地理位置,在建造时其固定是有难度的,一般都是悬崖峭壁,飞流急湍的峡谷或河谷上。索桥始见于秦汉,如秦李冰曾在四川益州(今成都)城西南建成的一座乍桥,又名“夷里桥”,便是竹索桥。现存著名的有建于明清时的泸定铁索桥、灌县竹索桥等。过索桥感觉非常惊险,正如古人形容过索桥的那样:“人悬半空,度彼决壑,顷刻不戒,陨无底谷。”其实真正渡之还是安全的,正如《徐霞客游纪》对贵州盘江桥评价的那样:“望之飘然,践之则屹然不动。”

(4)拱桥

在我国桥梁史上出现较晚,但拱桥结构一经采用,便迅猛发展,成为古桥中最富有生命力的一种桥型,其独特的构造和使用深度使这类桥不断的扩展和革新。即使在今天,它也仍有继续发展的广阔前景。拱桥有石拱、砖拱和木拱之分,其中砖拱桥极少见,只在庙宇或园林里偶见使用。一般常见的是石拱桥,它又有单拱、双拱、多拱之分,拱的多少视河的宽度来定。拱的作用不但使桥美观耐用,而且可节约建桥用料,且还能缓解水流的冲击力。一般正中的拱要特别高大,两边的拱要略小。依拱的形状,又有五边、半圆、尖拱、坦拱等之分。桥面一般铺石板,桥边做石栏杆。拱桥的形象最早见于东汉画像砖上,是由伸臂木石梁桥在发展过程中又受墓拱、水管等形状影响而产生的。文献记载见于南北朝时的《水经注》中,现存最早和最具代表性的是隋代李春设计建造的赵州桥,是世界桥梁界的创举。石拱桥的发券,明以后,尤其在清代,则盛行用整券,即“桶状发券”。

桥梁的一些其他小众造型还有飞阁和栈道、渠道桥和纤道桥,以及曲桥等。

(5)“飞阁”

又称阁道、复道,即天桥。古代宫殿楼阁间的跨通道,如秦汉皇宫楼殿间联以阁道通行,因上下有道,故称复道。秦始皇筑阁道有阿房宫通骊山,人行桥上,车行桥下,堪称中国最早的立交桥。至今中国仍是立交桥较多的国家。“栈道”,又称栈阁、桥阁,单臂式木梁桥。在山区陡峭的地方,它是架木铺成的道路,以利行人的攀爬和行走。

(6)“渠道桥”

既是引水渠道又作行人用的桥梁。也即在桥上砌水渠以引水。如建于金代的山西洪洞县惠远桥。现在山西民间尚有“水上桥、桥上水”的俚语。“纤道桥”,一种为便于拉纤而建造的、与河流平行的带状长桥。多见于浙江境内的运河地区。有的长达一二千米乃至五六千米,如绍兴阮社有一座“百孔官塘”纤道桥,建于清同治年间,桥长380余米,115个跨,桥面用3块条石拼成,底平接水面。

(7)“曲桥”

园林中特有的桥式,故也称园林桥。桥与径、廊均为园林中游人赏景的通道。“景莫妙于曲”,故园林中桥多做成弯折桥,如九曲桥,以形成一条来回摆动,左顾右盼的折线,达到延长风景线,能扩大景观画面的效果。曲桥一般由石板、栏板构成,石板略高出水面,栏杆低矮,造成与水面似分非分、空间似隔非隔,尤有含蓄无尽之意。“曲径通幽处”,曲桥使园林更添逸人景致。

5.桥的文学与艺术

我国是文化底韵较深厚的国家,其学术的创诣和主题往往来源于生活。而自然界的山水人文便是学术界的主角,但山水之间最为常见的景观便是桥。正如明代大艺术家董其昌所说:“诗以山川为境,山川亦以诗为境。”桥,是架设于山水之间的建筑物,它长期屹立于大自然之中,也就点缀和美化了大自然。有山有水自然也就会有桥,桥梁本身也是实用与艺术的融合体,如桥梁的平直、索桥的凌空、浮桥的韵味、拱桥的雄建等,原来就摇曳着艺术的优美的风采。故英国李约瑟先生说:“没有中国桥欠缺美的,并且有很多是很出色的美。”

我国桥梁的艺术性,主要表现在两方面,即造型风格和装饰工艺。它存在于自然界中,其构造和外型须与自然中的山川河流相协调,因此造型风格主要体现在曲线柔和、韵律协调和雄伟壮观上。而江南水乡的一些小梁细桥,则更使人联想到“小桥流水人家”的诗情画意。

桥梁装饰,在我国总的来说不算很发达,主要体现在石结构桥梁中,其部位大致在人们易于驻足观瞻的地方。如常见的有螭龙、凤、狮、象、犀牛,并间有兔、猴、马、狗、云朵、莲花、芳草等图案。也有少数浮雕的河神像、武士像和人物故事形象。如河北赵县永通桥山花墙上浮雕的河神头像,赵州桥栏板上浮雕的螭龙和望柱上的狮首像,北京卢沟桥望柱上的石狮子等等。这些石雕,工艺精细,并往往还与民间风情、神话传说有密切的联系。如治水的蛟龙,分水的犀,降伏水怪的神兽等,从而形成我国桥梁艺术的独特风格。中国桥的文化传统是较厚而亘固的,因此其饰品不可能像西方那样时尚而富风情。中国的桥均有保守的气息。

康桥是什么样子?

“轻轻的我走了,正如我轻轻的来,我挥一挥衣袖,不带走一片云彩”,徐志摩的《再别康桥》中的康桥是一座柔雅柔美的桥,但现实中康桥的“闺容”如何呢?

在静静的剑河上,有一座古老的木质桁架桥—“数学桥”。这座当地最著名的桥,陪伴着剑河沿岸最古老的建筑—红砖垒砌的剑桥大学女王学院院长官邸,走过了250多个春秋。数学桥是它的非官方名字,它的官方名字只是“木桥”而已。

“数学桥”的传说在剑桥堪称无人不晓。相传这是大数学家牛顿在剑桥教书时亲自设计并建造的,整个桥体原本未用一根钉子和螺丝固定。后来,女王学院的学生为探究这座桥的奥秘,曾把它拆开剖析,但却无法复原,于是只好用钉子重新固定成现在的样子。

还有人传说,这是英国桥梁设计大师威廉姆·埃斯里奇在女王学院读书时的杰作。而且,他是在游历了东方以后,受中国桥梁的启发而设计的。

据考证,牛顿是不可能建造这座桥的。数学桥建于1749年,而牛顿则于1727年辞世。只能说剑桥人对牛顿太过钟爱,总是把很多的故事与他相联。

实际上,这座桥是由詹姆斯·小埃塞克斯根据埃斯里奇的设计而建造的。它展示出现代钢梁桥的雏形,其桥身相邻桁架之间均构成11.25度的夹角。在18世纪,这种设计被称为几何结构,所以此桥得名“数学桥”。相传徐志摩的《再别康桥》中的康桥就是此桥。“夏虫也为我沉默,沉默是今晚的康桥”是充满诗情画意的美感,但康桥却是一种与文学无关的“数学桥”,这便是生活和艺术的差距。