趙州橋的建筑藝術(shù)
2011-11-28 來源：作者：趙振偉 來源：中國橋梁網(wǎng)
趙州橋是世界上現(xiàn)存最古老，跨度最大的單孔圓弧敞肩石拱橋。材質(zhì)為青石。全長64.4米，高8.65米，寬9米，跨度37.02米，拱矢7.23米，矢跨比為1:5.12。拱腹線的半徑為27.31米，拱中心夾角85度20分33秒，橋面坡度6.5%。
趙州橋主拱由28道拱券并列砌筑，拱石厚1.03米，主拱上覆有自拱腳處厚度為24厘米，拱頂處厚度為16厘米的變厚度護(hù)拱石。主拱之上兩端各設(shè)兩個(gè)小拱，靠近拱腳處的兩個(gè)小拱凈跨為3.81米，近橋中央的兩個(gè)小拱凈跨為2.85米，四個(gè)敞肩拱亦均由28拱券并列砌成。拱券石厚65厘米，小拱之上護(hù)拱石厚16厘米。相鄰的拱石之間均嵌有雙角銀錠形腰鐵聯(lián)結(jié)。主拱背和四個(gè)小拱背共橫穿九根帶圓帽頭的鐵拉桿。橋兩側(cè)各置1.8米外頭向下延伸的鉤聯(lián)石六塊，以加強(qiáng)橋體橫向連結(jié)力。
主拱外側(cè)與拱圈平行分布三條凸線，四小拱稍作收回，各起線兩條，在主拱頂部浮雕龍頭圖案（吸水獸，也稱撞拱石）
橋頂兩側(cè)各置一道橋檐石，也檐38厘米，上面和外面?zhèn)雀〉癜税晟徎▓D案。
橋面兩側(cè)各設(shè)欄板21間，望柱22根，均兩面浮雕圖案，共分兩種類型，兩側(cè)中部各5間欄板，皆高浮雕，居中為饕餮，其余為各式蛟龍圖案，配以6根蟠龍竹節(jié)望柱。兩側(cè)南北各8間為斗子卷葉圖案欄板，亦為浮雕。地栿和尋杖間設(shè)盒唇一道，卷葉數(shù)為2、3、4不等，配以竹節(jié)寶珠望柱16根。
趙州橋的科學(xué)技術(shù)成就首先是創(chuàng)建了世界上第一座敞肩圓弧拱橋。
國外對圓弧拱的應(yīng)用，雖較我國為早（如意大利的羅馬時(shí)代建筑的法勃利克（Fabricus）橋，建于公元前62年，為圓弧拱），但矢度比較大，接近于半圓。橋墩上有小拱但不疊于大拱之上，大拱仍為實(shí)腹拱。法國境內(nèi)，羅馬時(shí)代的加樂德（PontduGard）水道橋，建于公元前167—158年。最上層為小拱，疊砌于下層拱之上，雖似小拱疊大拱，但仍非敞肩，而且拱均為半圓拱。法國的賽蘭特（Pontdece′ret）橋，建于公元1321—1339年，是敞肩圓拱，其下大拱接近半圓。真正的敞肩弧拱，在西方遲至十九世紀(jì)才出現(xiàn)。法國工程師保爾（Mpaulse′iou-rne′）第一次應(yīng)用敞肩圓弧型于阿道爾夫橋，時(shí)為公元1889—1903年。
趙州橋敞肩圓弧拱的出現(xiàn)，是石拱橋建筑史上的里程碑，是富有重要意義的偉大發(fā)明創(chuàng)造，給予拱橋的向前發(fā)展以巨大的生命力。趙州橋敞肩弧拱的應(yīng)用，獲得了一系列良好的效果：
第一， 拱肩敞開，減輕了橋身自重，既節(jié)省了材料，又能減輕橋基負(fù)擔(dān)，也利于下部結(jié)構(gòu)的簡化。從計(jì)算得知，安濟(jì)橋因此而比實(shí)肩式拱節(jié)約石料15.3%（重約500噸），由于橋身自重的減輕，從而大大減少了對橋臺和地基的垂直壓力和水平推力，可以使橋臺造得輕巧。并直接建在天然地基上，亦可使橋臺走動甚少，地基下降甚微，這樣，拱圈內(nèi)部應(yīng)力的增加就不大。這是安濟(jì)橋千年不墜的重要原因。經(jīng)實(shí)地鉆探表明，安濟(jì)橋的橋臺結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，兩端橋臺雖經(jīng)千年使用重壓，僅有極微小的走動和沉陷的現(xiàn)象，說明敞肩的設(shè)計(jì)是起了很大的作用的。
第二， 敞肩設(shè)計(jì)符合結(jié)構(gòu)力學(xué)原理。據(jù)驗(yàn)算，安濟(jì)橋由于拱肩上加設(shè)了四個(gè)小拱和采用16—30厘米的薄護(hù)拱石，使拱軸線（即拱圈的中心線）和恒載壓力線甚為接近，造成拱圈各個(gè)橫截面上均受壓力和受到極小的拉力。眾所周知，拱石抗壓強(qiáng)度極高，單單受壓是壓不壞的。這是安濟(jì)橋主拱圈千年不墜的又一重要原因。
第三， 敞肩拱可以輔助渲泄洪水（安濟(jì)橋四個(gè)小拱大約可增加過水面積16.5%）而減輕水流對大橋的平推力。正如唐張嘉貞所謂“兩涯嵌四穴，蓋以殺怒水之蕩突，雖懷山而固護(hù)焉。”1963年特大洪水，洪峰水位距主拱頂僅一米多，四個(gè)小拱全部過水，大大增加了泄洪能力。
趙州橋?yàn)楣糯鷪A弧拱大跨度之首，打破了以前半圓拱的慣例，這是拱橋發(fā)展的一個(gè)飛躍。所謂圓弧，是利用小于半圓的弧段，作為拱橋的承重結(jié)構(gòu)。于是在相同跨度的情況下，可以較半圓拱大幅度的降低橋梁高度；反之，在相同的橋梁高度時(shí)，可以較半圓拱更大的跨度。兩者結(jié)合，使拱橋技術(shù)克服障礙產(chǎn)生飛躍。
趙州橋正是這樣的典范，其跨徑37.02米，拱矢7.23米，矢跨比為1：5.12，跨度很大，弧形平緩（即坦拱），故形成橋面坡度為6.5%，橋面較平坦，便利車輛通行，橋下行船也很方便。
趙州橋的橋臺座落在天然地基上，如此巨大的石拱橋，而且又是坦拱橋，橋身自重對橋臺的水平推力很大，對橋臺結(jié)構(gòu)和地基的要求就要相應(yīng)提高?，F(xiàn)代工程界一些不了解安濟(jì)橋基礎(chǔ)的人士都猜測該橋的橋臺必然是既深又大，是后座型式?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)也必然是很復(fù)雜，很可能有樁基等等。然而，通過1979年的機(jī)械鉆探和人工坑探，鉆探的結(jié)果表明：安濟(jì)橋?yàn)榈凸澳_、淺橋臺。橋臺是由五層排石壘成，呈鉅形，總厚度僅1.57米，南北長度僅有5米左右，真是大大出乎人們的意料之外。橋的地基也并未作任何加固處理，是第四紀(jì)沖積層（亞粘士層），地層穩(wěn)定，地質(zhì)均勻，是良好的天然地基。河水從上游所挾泥砂到此逐漸淤積，河床淤積大于沖刷，對保護(hù)橋基也有很好的作用。但在這樣簡單的地基上建造如此巨大跨度的坦拱石橋，這在中外建橋史上實(shí)屬罕見。說明中國古代建橋匠師對水文、地質(zhì)、結(jié)構(gòu)力學(xué)已經(jīng)有了較深的認(rèn)識，能夠綜合掌握運(yùn)用。
趙州橋主拱圈和四個(gè)小拱均采用縱向并列砌筑法，這種砌筑方法可以使每一道拱圈獨(dú)立站穩(wěn)，自成體系。便于一道一道拱券逐次施工，架橋期間如遇洪水也安然無恙。倘若日久某道拱券損壞，便于單獨(dú)修補(bǔ)。
趙州橋還采用鐵拉桿橫穿，雙銀錠形腰鐵嵌聯(lián)，長條鉤石，護(hù)拱石以及兩側(cè)收分等措施，以加強(qiáng)橫向連接。
綜上所述，趙州橋的建成，標(biāo)志著我國造橋技術(shù)達(dá)到了新的水平，趙州橋具有重大的科學(xué)價(jià)值。其影響是巨大的，深遠(yuǎn)的，自趙州橋建成后，爭相仿造者比比皆是，首先在趙州附近及至近鄰省份相繼出現(xiàn)了仿例。
趙縣境內(nèi)的永通橋（唐），沙河店橋（年代不詳），濟(jì)美橋（明）。
欒城東門外凌空橋（金），寧晉縣的古丁橋，行唐縣的升仙橋（宋），山西晉城景德橋（金），淳縣迎恩橋（金），井陘蒼巖山橋樓殿（隋），井陘天威軍橋，原平縣普濟(jì)橋（金），義同鎮(zhèn)來宣橋（金）等。
這些在趙州橋影響下所建造的古橋，在規(guī)模上均未超過趙州橋，新中國成立后，國內(nèi)石拱橋技術(shù)得到了發(fā)揚(yáng)光大。根據(jù)國家基本建設(shè)的需要，修建了許多規(guī)模超過趙州橋的石拱橋，拱橋，如云南省盤江長虹橋，跨徑112米，首次突破了百米關(guān)，把我國的敞肩坦拱石橋的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)提高到更新的水平。四川省豐都縣用小石子混凝土砌石和片石建成的九溪溝大橋，跨徑116米，是目前國內(nèi)外最大跨度的石拱橋，成昆鐵路一線天鐵路橋，跨徑54米，是古為今用的生動范例，而后來的雙曲拱橋，則是趙州橋型的推陳出新。
趙州橋在世界橋梁建筑史上占有極其重要的地位，在國外的影響是很大的。英國的李約瑟，日本的祐島貸，成瀨泰雄，山口祐造等對橋梁史有精深研究的國外學(xué)者，教授，都給予趙州橋高度的評價(jià)，中國弓形敞肩拱橋確實(shí)優(yōu)先千年以上，國外至鐵路時(shí)代（十九世紀(jì)七十年代），西方才出現(xiàn)了一些可以相比的橋梁。并認(rèn)為，“趙州橋創(chuàng)造的敞肩拱學(xué)派，對古今世界的橋梁工程產(chǎn)生巨大的深遠(yuǎn)的影響。李春的敞肩拱橋建筑成了現(xiàn)代許多鋼筋混凝土橋的祖先”，“它們廢除了拱圈和橋面之間的所有填料，而僅以一些直柱或一個(gè)網(wǎng)狀的混凝土桿件結(jié)構(gòu)連結(jié)起來。”
