李春是我國(guó)隋代著名的橋梁工匠,他建造了舉世聞名的趙州橋,開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)橋梁建造的嶄新局面,為我國(guó)橋梁技術(shù)的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。
李春是隋代的一位普通工匠,由于史書缺乏記載,他的生平、籍貫及生卒年月已無(wú)法得知。我們僅能根據(jù)唐代中書令張嘉貞為趙州橋所寫的“銘文”中有:“趙郡**河石橋,隋匠李春之跡也,制造奇特,人不知其所以為!蔽覀兎街朗抢畲航ㄔ炝诉@座有名的大石橋。
關(guān)于趙州橋還有一段美麗的傳說(shuō),相傳趙州橋是魯班所造,這座大橋建成后,八仙之一的張果老倒騎著毛驢,帶著柴榮,也興沖沖地去趕熱鬧。他們來(lái)到橋頭,正巧碰上魯班,于是他們便問(wèn)道:這座大橋是否經(jīng)得起他倆走。魯班心想:這座橋,騾馬大車都能過(guò),兩個(gè)人算什么,于是就請(qǐng)他倆上橋。誰(shuí)知,張果老帶著裝有太陽(yáng)、月亮的褡褳,柴榮推著載有“五岳名山”的小車,所以他們上橋后,橋竟被壓得搖晃起來(lái)。魯班一見(jiàn)不好,急忙跳進(jìn)水中,用手使勁撐住大橋東側(cè)。因?yàn)轸敯嗍箘盘,大橋東拱圈下便留下了他的手;橋上也因此留下了驢蹄印、車道溝、柴榮跌倒時(shí)留下的一個(gè)膝印和張果老斗笠掉在橋上時(shí)打出的圓坑。當(dāng)然這只是人們編造的一個(gè)神話故事,以紀(jì)念古代的能工巧匠。
趙州橋是安濟(jì)橋的俗稱,它位于今河北省趙縣城南五里的**河上,橫跨**河南北兩岸,是我國(guó)現(xiàn)存最早的大型石拱橋,也是世界上現(xiàn)存最古老、跨度最長(zhǎng)的敝肩圓弧拱橋。大橋全長(zhǎng)50.83米,寬9米,主孔凈跨度為37.o2米。全橋全部用石塊建成,共用石塊1000多塊,每塊石重達(dá)1噸,橋上裝有精美的石雕欄桿,雄偉壯麗、靈巧精美。它以首創(chuàng)的敝肩拱結(jié)構(gòu)形式、精美的建筑藝術(shù)和施工技巧等杰出成就,在中外橋梁史上令人矚目,充分代表了我國(guó)古代勞動(dòng)人民在橋梁建造方面的豐富經(jīng)驗(yàn)和高度智慧。
趙州橋建于隋代,隋朝統(tǒng)一中國(guó)后,結(jié)束了長(zhǎng)期以來(lái)南北分裂、兵戈相見(jiàn)的局面,促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。當(dāng)時(shí)的趙縣是南北交通必經(jīng)之路,從這里北上可抵重鎮(zhèn)涿郡(今河北涿州市),南下可達(dá)京都洛陽(yáng),交通十分繁忙。可是這一交通要道卻被城外的**河所阻斷,影響了人們來(lái)往,每當(dāng)洪水季節(jié)甚至不能通行,為此隋大業(yè)元年(公元6o5年)決定在**河上建設(shè)一座大型石橋以結(jié)束長(zhǎng)期以來(lái)交通不便的狀況。李春受命負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和大橋的施工。李春率領(lǐng)其他工匠一起來(lái)到這里,對(duì)**河及兩岸地質(zhì)等情況進(jìn)行了實(shí)地考察,同時(shí)認(rèn)真總結(jié)了前人的建橋經(jīng)驗(yàn),結(jié)合實(shí)際情況提出了獨(dú)具匠心的設(shè)計(jì)方案,按照設(shè)計(jì)方案精心細(xì)致施工,很快就出色地完成了建橋任務(wù)。李春他們?cè)谠O(shè)計(jì)和施工中創(chuàng)下許多技術(shù)成就,把我國(guó)古代建筑技術(shù)提高到一個(gè)全新的水平。
趙州橋的設(shè)計(jì)在我國(guó)橋梁技術(shù)史有以下創(chuàng)新:
(1)采用圓弧拱形式,改變了我國(guó)大石橋多為半圓形拱的傳統(tǒng),我國(guó)古代石橋拱形大多為半圓形,這種形式比較優(yōu)美、完整,但也存在兩方面的缺陷:一是交通不便,半圓形橋拱用于跨度比較小的橋梁比較合適,而大跨度的橋梁選用半圓形拱,就會(huì)使拱頂很高,造成橋高坡陡、車馬行人過(guò)橋非常不便。二是施工不利,半圓形拱石砌石用的腳手架就會(huì)很高,增加施工的危險(xiǎn)性。為此,李春和工匠們一起創(chuàng)造性地采用了圓弧拱形式,使石拱高度大大降低。趙州橋的主孔凈跨度為37.o2米,而拱高只有7.25米,拱高和跨度之比為1:5左右,這樣就實(shí)現(xiàn)了低橋面和大跨度的雙重目的,橋面過(guò)渡平穩(wěn),車輛行人非常方便,而且還具有用料省、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然圓弧形拱對(duì)兩端橋基的推力相應(yīng)增大,需要對(duì)橋基的施工提出更高的要求。
(2)采用敝肩。這是李春對(duì)拱肩進(jìn)行的重大改進(jìn),把以往橋梁建筑中采用的實(shí)肩拱改為敝肩拱,即在大拱兩端各設(shè)兩個(gè)小拱,靠近大拱腳的小拱凈跨為3.8米,另一拱的凈跨為2.8米。這種大拱加小拱的敝肩拱具有優(yōu)異的技術(shù)性能,首先可以增加泄洪能力,減輕洪水季節(jié)由于水量增加而產(chǎn)生的洪水對(duì)橋的沖擊力。古代**河每逢汛期,水勢(shì)較大,對(duì)橋的泄洪能力是個(gè)考驗(yàn),四個(gè)小拱就可以分擔(dān)部分洪流,據(jù)計(jì)算四個(gè)小拱可增加過(guò)水面積16%左右,大大降低洪水對(duì)大橋的影響,提高大橋的安全性。其次敝肩拱比實(shí)肩拱可節(jié)省大量土石材料,減輕橋身的自重,據(jù)計(jì)算四個(gè)小拱可以節(jié)省石料26立方米,減輕自身重量700噸,從而減少橋身對(duì)橋臺(tái)和橋基的垂直壓力和水平推力,增加橋梁的穩(wěn)固。第三增加了造型的優(yōu)美,四個(gè)小拱均衡對(duì)稱,大拱與小拱構(gòu)成一幅完整的圖畫,顯得更加輕巧秀麗,體現(xiàn)建筑和藝術(shù)的完整統(tǒng)一。第四符合結(jié)構(gòu)力學(xué)理論,敝肩拱式結(jié)構(gòu)在承載時(shí)使橋梁處于有利的狀況,可減少主拱圈的變形,提高了橋梁的承載力和穩(wěn)定性。
(3)單孔。我國(guó)古代的傳統(tǒng)建筑方法,一般比較長(zhǎng)的橋梁往往采用多孔形式,這樣每孔的跨度小、坡度平緩,便于修建。但是多孔橋也有缺點(diǎn),如橋墩多,既不利于舟船航行,也妨礙洪水宣泄;橋墩長(zhǎng)期受水流沖擊、侵蝕,天長(zhǎng)日久容易塌毀。因此,李春在設(shè)計(jì)大橋的時(shí)候,采取了單孔長(zhǎng)跨的形式,河心不立橋墩,使石拱跨徑長(zhǎng)達(dá)37米之多。這是我國(guó)橋梁史上的空前創(chuàng)舉。
趙州橋不僅設(shè)計(jì)獨(dú)特,而且建造技術(shù)也非常出色,有許多創(chuàng)造性。
(1)橋址選擇比較合理,使橋基穩(wěn)固牢靠。李春根據(jù)自己多年豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過(guò)嚴(yán)格周密勘查、比較,選擇了**河兩岸較為平直的地方建橋,這里的地層是由河水沖積而成,地層表面是久經(jīng)水流沖涮的粗砂層,以下是細(xì)石、粗石、細(xì)砂和粘土層。根據(jù)現(xiàn)代測(cè)算,這里的地層每平方厘米能夠承受4.5到6.6公斤的壓力,而趙州橋?qū)Φ孛娴膲毫槊科椒嚼迕?——6公斤,能夠滿足大橋的要求。選定橋址后在上面建造地基和橋臺(tái),自建橋到現(xiàn)在,橋基僅下沉了5厘米,說(shuō)明這里的地層非常適合于建橋。
(2)趙州橋的砌置方法新穎、施工修理方便。李春就地取材,選用附近州縣生產(chǎn)的質(zhì)地堅(jiān)硬的青灰色砂石作為建橋石料,在石拱砌置方法上,均采用了縱向(順橋方向)砌置方法,就是整個(gè)大橋是由28道各自獨(dú)立的拱券沿寬度方向并列組合而成,拱厚皆為1.o3米,每券各自獨(dú)立、單獨(dú)操作,相當(dāng)靈活,每券砌完全合攏后就成一道獨(dú)立拼券,砌完一道供券,移動(dòng)承擔(dān)重量的“鷹架”,再砌另一道相鄰拱。這種砌法有很多優(yōu)點(diǎn),它既可以節(jié)省制作“鷹架”所用的木材,便于移動(dòng);同時(shí)又利于橋的維修,一道拱券的石塊損壞了,只要嵌入新石,進(jìn)行局部修整就行了,而不必對(duì)整個(gè)橋進(jìn)行調(diào)整。
(3)在保持大橋穩(wěn)定性方面采取了許多嚴(yán)密措施。為了加強(qiáng)各道拱券間的橫向聯(lián)系,使28道拱組成一個(gè)有機(jī)整體,連接緊密牢固,李春采取了一系列技術(shù)措施。l)每一拱券采用了下寬上窄、略有“收分”的方法,使每個(gè)拱券向里傾斜,相互擠靠,增強(qiáng)其橫向聯(lián)系,以防止拱石向外傾倒;在橋的寬度上也采用了少量“收分”的辦法,就是從橋的兩端到橋頂逐漸收縮寬度,從最寬9.6米收縮到9米,以加強(qiáng)大橋的穩(wěn)定性。2)在主券上均勻沿橋?qū)挿较蛟O(shè)置了5個(gè)鐵拉桿,穿過(guò)28道拱券,每個(gè)拉桿的兩端有半圓形桿頭露在石外,以?shī)A住28道拱券,增強(qiáng)其橫向聯(lián)系。在4個(gè)小拱上也各有一根鐵拉桿起同樣作用。3)在靠外側(cè)的幾道拱石上和兩端小拱上蓋有護(hù)拱石一層,以保護(hù)拱石;在護(hù)拱石的兩側(cè)設(shè)有勾石6塊,勾住主拱石使其連接牢固。4)為了使相鄰拱石緊緊貼合在一起,在兩側(cè)外券相鄰拱石之間都穿有起連接作用的“腰鐵”,各道券之間的相鄰石塊也都在拱背穿有“腰鐵”,把拱石連鎖起來(lái)。而且每塊拱石的側(cè)面都鑿有細(xì)密斜紋,以增大摩擦力,加強(qiáng)各券橫向聯(lián)系。這些措施的采取使整個(gè)大橋連成一個(gè)緊密整體,增強(qiáng)了整個(gè)大橋的穩(wěn)定性和可靠性。
(4)趙州橋的橋臺(tái)獨(dú)具特色。橋臺(tái)是整座大橋的基礎(chǔ),必須能承受大橋主拱圈(橋身主體)軸而向力分解而成的巨大水平推力和垂直壓力。趙州橋的橋臺(tái)具有下述特點(diǎn):l)低拱腳:拱腳在河床下僅半米左右;2)淺橋基:橋基底面在拱腳下1.7米左右;3)短橋臺(tái):由上至下,用逐漸略有加厚的石條砌成5米長(zhǎng)、6.7米寬、9.6米高的橋臺(tái)。這是一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單實(shí)用的橋臺(tái)。為了保障橋臺(tái)的可靠性,李春采取了許多相應(yīng)的固基措施。為了減少橋臺(tái)的垂直位移(即由大橋主體的垂直壓力造成的下沉),李春采取了在橋臺(tái)邊打入許多木樁的措施,以此來(lái)加強(qiáng)橋臺(tái)的基礎(chǔ);這種方法在今天的廠房、橋梁的建造上也經(jīng)常采用。為了減少橋臺(tái)的水平移動(dòng)(即由大橋主體的水平推力造成的橋臺(tái)后移),李春采用了延伸橋臺(tái)后座的辦法,以抵消水平推力的作用。為了保護(hù)橋臺(tái)和橋基,李春還在沿河一側(cè)設(shè)置了一道金剛墻,一方面可以防止水流的沖蝕作用,另一方面金剛墻和橋基、橋臺(tái)連成一體,增加了橋臺(tái)的穩(wěn)定性。由以上措施保證了大橋具有堅(jiān)固的橋臺(tái),提高了大橋的堅(jiān)實(shí)程度。
趙州橋的敝肩圓弧拱形式是我國(guó)勞動(dòng)人民的一大創(chuàng)造,西方在14世紀(jì)才出現(xiàn)敝肩圓弧石拱橋,已經(jīng)比我國(guó)晚了600多年。英國(guó)著名中國(guó)科學(xué)技術(shù)史專家李約瑟博士在其巨著《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史》中曾經(jīng)列舉了26項(xiàng)從1世紀(jì)到18世紀(jì)先后由我國(guó)傳到歐洲和其他地區(qū)的科學(xué)技術(shù)成果,其中的第18項(xiàng)就是弧形拱橋。趙州橋建成后成為中國(guó)北南交通的要沖,有“坦途箭直千人過(guò),驛使馳驅(qū)萬(wàn)國(guó)通”的美譽(yù)。舟船在橋下航行,人馬車輛從橋上駛過(guò),大大方便了交通運(yùn)輸和人民生活,為**河兩岸人員來(lái)往提供了便利條件。
這座大橋自建成至今已有130o多年,這期間經(jīng)歷了8次以上地震的影響,8次以上戰(zhàn)爭(zhēng)的考驗(yàn);承受了無(wú)數(shù)次人畜車輛的重壓,飽經(jīng)無(wú)數(shù)次風(fēng)刀霜?jiǎng)、冰雪雨水的沖蝕,卻雄姿不減當(dāng)年,仍巍然屹立在**河上。
解放以后,趙州橋被列為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位,有關(guān)部門對(duì)這一古代大橋進(jìn)行了徹底維修,以保持其輝煌的歷史地位。趙州橋已成為中國(guó)人民聰明智慧的象征和進(jìn)行愛(ài)國(guó)主又、歷史主又教育的場(chǎng)所。趙州橋的建成在我國(guó)橋梁史上具有重要影晌,它的大跨度、圓弧拱、敝肩形式力以后的橋梁建設(shè)開(kāi)創(chuàng)了新的天地。隋代以后,出現(xiàn)了杵多與趙州析相類似的大型拱橋,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的就有十幾座,如山西崞縣的普濟(jì)橋、晉城的景德橋、河北趙縣的永通橋、濟(jì)美橋等。赳州橋已經(jīng)成為我國(guó)橋梁建設(shè)的典范。
然而象趙州橋這樣突出的技術(shù)成就和象李春這樣杰出的橋梁專家,在封建社會(huì)中并不為封建統(tǒng)治者所重視,甚至在史書中也沒(méi)有留下多少痕跡,我們除了知道隋朝工匠李春設(shè)計(jì)建造了這座舉世聞名的大橋外,其他卻一無(wú)所知,不能不說(shuō)是一個(gè)很大的遺憾。但是即使如此我們?nèi)匀粓?jiān)信:李春作為一代橋梁專家和趙州橋作為一座歷史名橋?qū)⒂垒d祖國(guó)史冊(cè),為后人所牢記。
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