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石拱橋
來源:互聯網

石拱橋是中國傳統的橋梁四大基本形式之一,以石材為主要建筑材料,通過拱券技術使構件形成整體承重結構。石拱橋橋梁多有附屬小品建筑,如橋頭常立牌坊,著名者如北京北海瓊華島前的石拱橋,兩端就各有一座規模甚大而美麗的牌坊。石拱橋是世界橋梁史上出現較早、形式優美,而且結構堅固的一種橋型。它能幾十年、幾百年甚至上千年雄跨在江河之上,發揮其經久不衰的交通作用。石拱橋這一體系多種多樣,在中國橋梁發展史上一經出現,發展迅速,即使在1880年近代鐵路公路橋梁工程技術傳入中國以后,它仍然保持旺盛的生命力,結合現代的工程理論和新的建筑材料,取得了更大的發展。石拱橋的特點是運用拱券技術,使構件形成整體結構承重,使用石材作為“拱橋”的主要材料,就其形式分析,石拱橋有單孔橋、多孔聯拱橋、敞肩圓弧拱橋等。

石拱橋是拱橋最原始的形態,最早出現在古希臘,羅馬人繼承和發展了石拱橋技術,在公元前后修建了大量精美的石拱橋。中國現存最古老的石拱橋不早于隋朝,但據文獻及繪畫作品記載最早的拱橋可以追溯到東漢晉朝時期。19世紀初以來,隨著鋼鐵和混凝土的推廣使用,石拱橋比重逐漸降低,20世紀以后歐美很少修建石拱橋。中國自趙州橋建成以后1300多年里,石拱橋技術發展緩慢,但新中國成立后,石拱橋發展迅速,跨徑最大達到146m。自19世紀中葉以來,隨著鋼鐵和混凝土建筑材料的出現,石拱橋已逐步為鋼拱和鋼筋混凝土拱橋所代替。

著名石拱橋有趙縣趙州橋盧溝橋、云南長虹大橋、阿爾坎塔拉橋和意大利的老橋等。

歷史沿革

中國石拱橋

中國有文獻記載最早的石拱橋為洛陽市旅人橋”。據《水經注·谷水》條:“其水又東,左合七里澗。澗有石梁,即旅人橋。橋去洛陽宮六七里,悉用大石,下圓以通水,可受大舫過也。題其上云:太康三年十一月初就功”。另據《河南府志》記載:洛陽七里澗橋也稱旅人橋,在晉代京師建春門東七里的七里澗上。該橋始建于晉太康三年(公元282年)十一月,至次年四月建成,距今已有1700多年。兩文獻記載相吻合,說明中國最晚至公元283年已出現了石拱橋。中國現存最早的石拱橋不早于隋朝,為著名的趙州橋,建成于公元606年。中國江南地區歷來水運網絡發達,大宗貨物以船運為主,陸地主要以肩挑無車運,橋梁荷載較小;同時由于軟土較厚,地質條件較差,使得石拱橋形態與北方有較大的差異,表現在多采用半圓拱、拱券薄、體量小、結構輕盈。另外為滿足橋下水路通航的需要,拱一般抬得較高,呈駝峰狀,兩側陡坡往往還設有臺階。蘇州市楓橋寶帶橋是此類薄墩薄拱石拱橋的典型代表,現存的楓橋為清同治六年(1867年)重建的。

石拱橋自古以來就是中國陸上交通的主力橋型,但從趙州橋建成到新中國成立的1300多年里,石拱橋跨度均未超越趙州橋。

中國清末至民國時期,長期外辱內患,國家積貧落后,鋼材、水泥產量極低。在此情況下,原料豐富的石拱橋顯示了極大的優勢。雖然同時期歐美已進入鋼鐵、混凝土時代,中國的公鐵橋梁還以石拱橋為主。滇越鐵路是清末時期石拱橋修建最多的鐵路,全線共修建石拱橋88座,占全線橋梁總數的60%以上。中華人民共和國成立后,1952~1956年修建寶成鐵路,共建成石拱橋156座,其中松樹坡和小關溝2座石拱橋的凈跨達到38m,這是時隔1350年后中國石拱橋跨度首次超過趙州橋。1966年建成的成昆鐵路一線天石拱橋,跨度達54m,之后鐵路再沒有修建更大跨徑的石拱橋。相比之下,公路石拱橋的修建在建國以后異?;钴S。

1959年湖南省建成了跨徑60m的黃虎港大橋。該橋位于湖南省石門縣省道303線上。橋面距河底60m,最初的設計為4孔跨徑16m的石拱橋,由于前3孔須修建2個高達40余米的橋墩,難度較大,遂把前3孔改為凈跨60m的空腹石拱橋。從黃虎港大橋開始,中國興起了修建大跨徑石拱橋的熱潮,石拱橋跨徑不斷突破。據統計,目前世界上跨徑大于100m的石拱橋共有18座,全部都在中國。世界橋梁學會1962年要在英國倫敦召開橋梁學術會議,交通部根據中國建橋技術的特點,決定修1座特大跨徑的石拱橋在會議上交流。當時中國正值3年自然災害,經濟非常困難,云南省和交通部咬緊牙關,集中人力、物力,于1961年建成了跨徑為112.5m的云南開遠長虹橋。

外國石拱橋

羅馬最早的圓弧石拱橋出現在公元前,羅馬建筑是羅馬文明的重要載體,其建筑樣式直到今日仍為許多建筑沿用。阿爾坎塔拉橋是公認的世界第一座石拱橋,是羅馬人為了紀念時任統治者馬爾庫斯·圖拉真努斯皇帝而建造。阿爾坎塔拉橋長約180多米,寬8m,高72m,是古羅馬最高的橋,分別穿過塔霍河和阿爾坎塔拉鎮。羅馬石拱橋在羅馬建筑中占有舉足輕重的地位,很多石拱橋至今依然矗立,繼續向人們傳遞著古羅馬的榮耀。羅馬石拱橋及遺跡現存共還有900多處,分布于歐洲大部、北非和西亞(土耳其、敘利亞等),其中意大利占了近一半,有460座,西班牙次之,有142座,法國排第3,有72座。

在羅馬本地興建的石拱橋計有8座,現存者6座,即:羅脫(Rotto)橋(17 B.C. ) ;莫列(Molle)橋( 110 B.C.);夸特勞(Quattro Capi)橋〔即法勃利克橋Pons Fabricus(62 B.C.)],塞斯蒂宙斯(Cestius)橋(45 B.C.);圣·安琪兒(Sant Angelo)橋〔即愛留斯橋(Pons Aelius,136A.D.)]和綏斯脫(Sisto)橋(370 A.D.)。在歐洲其他地方還存在有羅馬時代的橋梁,著名的有羅馬塞納留斯橋(Pons Senatorias,181 B. C.),意大利的奧古斯妥斯橋[Pons Augustus (19 B.C.)〕;法國的加爾德橋〔Pont du Gard(19 B.C.)];西班牙的阿爾坎塔拉((Alcontara)橋〔即特拉揚橋(Ponte Trajan 105 A.D. )]和塞哥維亞(Segovia)橋(一世紀末)等。

歐洲羅馬帝國崩潰以后,進入漫長的中世紀,科技和生產力發展緩慢。盡管如此,中世紀歐洲石拱橋仍有發展,表現在采用更大的跨度、更窄的橋墩、更薄的拱圈以及更小的矢跨比。1185年修建的法國阿維尼翁橋(Pontd'Avignon),是中世紀歐洲橋梁建筑的杰作,也是歐洲第一座大跨度圓弧石拱橋。大橋橫跨隆河,共22孔,最大跨徑35m,全長900m,1668年洪水泛濫,致使大部分橋孔被沖毀,現在僅余4孔。意大利倫巴第大區的弗雷澤橋(Trezzo sull'Adda Bridge)是中世紀跨徑最大的石拱橋,跨徑達到72m。該橋建于1377年,1416年戰爭中被毀,橋梁遺址現仍保留?,F存中世紀最大跨度石拱橋為建于1379年的法國多羅河·羅納大橋(Pont Grand Tournon-sur-Rhone),跨徑為49.2m。

橋上設塔是中世紀石拱橋一個顯著特點。建于1378年的法國邁諾克橋(Pont Valentré),橋長138m,橋上3個橋塔均高達40m。在中世紀,哥符八建筑盛行,該風格也被移植到石拱橋上,從而產生了“尖拱橋”。尖拱橋由于拱豎向加高,橋孔可以提供更大的泄洪斷面,同時拱的水平推力減小,使得橋墩的縱向寬度可以減小至拱跨的1/4左右。中世紀有多座橋梁被稱為魔鬼橋,均是尖拱特別明顯,難于建造的石拱橋,西班牙馬爾托雷爾魔鬼橋(Pont delDiable Martorell)就是其中一例。該橋建于1283年,中跨跨徑37.3m。該橋跨中尖角對拱圈受力非常不利,但由于尖角上設了橋塔,起到壓重的作用,一定程度上改善了拱圈受力。

歐洲進入文藝復興后,科學理論、工程技術有了長足的進步,這一時期人們對拱的力學原理有了更深入的理解,修建的石拱橋非常精美。莫斯塔爾古橋(Stari Most Bridge)位于波黑的莫斯塔爾,橫跨內雷特瓦河。該橋建于1566年,全長29m,中央的尖拱凈跨徑20m,橋寬4m。該橋歷史上是東、西方(基督教伊斯蘭教世界)聯系的象征,2005年入選世界文化遺產。

歐洲進入工業革命后,交通運輸需求越來越大,伴隨著鐵路的發展,石拱橋再次迎來建設高潮。這個時期鐵逐漸成為橋梁的建筑材料,但石材仍然使用廣泛。法國瑟斯·博瑞茲高架橋( Viaduc deCize-Bolozon)建于1875年,位于巴黎至日內瓦之間的鐵路線上,公鐵兩用,上層為鐵路,下層為公路,總長273m,最大橋高73m。

進入20世紀,歐美很少修建石拱橋,但石拱橋跨徑有所突破。中世紀石拱橋跨徑曾一度達到了72m,該跨徑直到1903年才被盧森堡阿道夫橋(Adolphe Bridge)84.65m的跨徑打破。但僅過2年,1905年建成的德國普勞恩和平大橋( Syratalviadukt)跨徑達到90m。在普勞恩和平大橋以后,歐美再沒有修建更大跨徑的石拱橋,跨徑紀錄直到1962年才被云南省開遠長虹大橋(112.5m)打破。法國的瑞茲高架橋( Viaduc de la Roi-zonne)是世界最大跨徑的鐵路石拱橋,跨徑達到79.5m。該橋1928年建成,由于鐵路廢棄,從1952年起改為公路橋。

石拱橋特點

拱橋”的特點是運用拱券技術,使構件形成整體結構承重,拱券砌筑是“拱橋”的主要技術,有半圓、全圓、圓弧、橢圓等。石材是“拱橋”的主要材料,在缺乏大型石料的地區,則建磚結構的“拱橋”,但磚、竹、木拱橋不耐久,因而全國各地石拱橋多有遺存。就其形式分析,“拱橋”有單孔橋、多孔聯拱橋、敞肩圓弧拱橋等。

優點

拱橋的主要優點有能充分做到就地取材,與鋼筋混凝土梁橋相比,可節省大量的鋼材和水泥;跨越能力較大:構造較簡單,技術容易被掌握,有利于廣泛采用;耐久性能好,維修、養護費用少;外形美觀。

缺點

拱橋的主要缺點是自重較大,相應的水平推力也較大,增加了下部結構的工程量﹐當采用無拱時,基礎發生變位或沉降所產生的附加力是很大的,因此,對地基條件要求高。多孔連孔的中間墩,其左右的水平推力是相互平衡的,一旦一孔出現問題,其他孔也會因水平力不平衡而相繼毀壞。與梁式橋相比,上承式拱橋的建筑高度較高,當用于城市立交及平原區的橋梁時﹐因拱面標高提高,而使橋兩頭接線的工程量增大,或使橋面縱坡增大,既增加了造價又對行車不利。

石拱橋分類

敞肩圓弧石拱橋

敞肩圓弧石拱橋中國古代橋梁結構的一種形式,也稱“敞肩石拱橋”。敞肩之意即是指由一個大拱券與若干個小拱券組成,小拱券架在大拱券上,整個橋梁由小于半圓的弧拱承重,形成圓弧式拱券,這種結構不但可以減輕因石材所產生的自重,而且可以增大橋梁的跨度,降低水流阻力,提高流速和流量。我國古代有一種在石墩上設小撰,并與大圓弧拱并列的右抉橋形式,此種橋式很可能就是“敞肩圓弧石拱橋”的前身,從多孔橋到大小圓弧拱并列,再到敞肩式,表明我國古代工匠造橋技術的提高,展示了“敞肩式石拱橋”的演變軌跡。出現于距今1400年前的隋大業年間的敞肩石拱橋,是當時最先進的橋梁結構。這種橋梁問世后,我國古代許多地區紛紛模仿它的優關造型,建造了不少此類橋梁,以河北和山西省分布為多。

厚墩聯拱橋

厚墩即厚重碩大的石墩,在石墩的迎水面,一般均做成分水尖形式,以利于減少水的推力,分洪排水;聯拱即兩個以上的拱券,通過石材料的連接結合成-一座橋梁。現存的此類橋梁,少則2孔組成,多則100多孔組成,橋面勾欄形式也有所不同,但其共向特點是橋面長而平緩。拱券組合數字多為單數,見于偶數者較少。此類橋梁形式發展到明清時期,成了當時普遍的石拱橋形式,甚至成為清代官式橋梁的固定做法。北京頤和園的十七孔橋盧溝橋、浙江金華的通濟橋、云南省雙龍橋等石拱橋,均建于元明清時期,是此類橋式的典型代表。

薄墩聯拱橋

此種類型的橋,是指用木材做成木樁,打入河槽土層,由這些木樁形成木樁基礎,而這種基礎只適應于軟土地基,橋墩規模小于厚墩,故稱之為薄墩;由多孔拱券組成整體橋梁,則稱聯拱。這種木樁基礎,實際是我國漢代以來木梁柱橋的發展結果,承載力低,結構輕巧,拱券之高,利于舟船通航,與厚墩聯拱相反,此類橋墩因水流比較和緩,故橋墩沒有分水尖的設置,這是薄墩聯拱橋的最大特點。古代南方是此類石拱橋的盛行地區,其主要原因,是因為南方的河道縱橫,水系豐富,水上運輸多于陸路交通,橋梁所承擔的載重任務較輕。建于唐代的蘇州市的普福橋,代表了三孔薄墩聯拱橋的技術成就,而同是唐代創建、元明重修、清代重建的蘇州寶帶橋,則是多孔薄墩聯拱橋的代表。

現狀與發展

拱橋為橋梁的基本體系之一,建筑歷史悠久外形優美,古今中外名橋遍布各地,尤其適宜跨越峽谷,又因其造型美現,也常用于城市之中,在今天仍有發展的前景,是一份可珍貴的遺產。自19世紀中葉以來.隨著鋼鐵和混凝土建筑材料的出現,石拱橋已逐步為鋼拱和鋼筋混凝土拱橋所代替。拱橋結構向輕型結構發展,并逐步打破傳統的上承式石拱橋的型式,創造出新型的拱橋。拱橋可以是單跨,也可以做成多跨。

代表橋梁

趙州橋

趙州橋,又名安濟橋,位于河北省石家莊市東南45千米,趙縣城南2.5 千米處的大石橋村,南北飛跨。因趙縣古時曾為趙州,所以一般稱為趙州橋。被譽為“天下第一橋”“世界奇跡”。趙州橋始建于隋朝(公元595年—605年),由著名匠師李春設計建造,距今已有1400余年,是世界上現存年代最久遠、跨度最大、保存最完整的單孔坦弧敞肩石拱橋。趙州橋因其建筑結構獨特,設計合乎科學原理,橋體雄偉壯觀,其淺基礎、短橋臺設計更令現代工程師驚嘆,歷經多次地震洪水仍屹立無恙,被世人譽為“天下第一橋”。唐代中書令張嘉貞在《趙州大石橋銘》中說它“制造奇特,人不知其所為”。

趙州橋是世界上現存年代最久遠、跨度最大、保存最完整的單孔坦弧敞肩石拱橋,其“敞肩拱”的運用,是世界橋梁史上的首創,趙州橋敞肩式的創造早于西方七個世紀,它們之所以能夠經久不壞,說明設計與施工是符合科學道理的,有很高的科學研究價值。橋面欄板望柱浮雕蛟龍花卉,刻工精細,刀法蒼勁有力,風格古樸典雅,顯示了隋朝矯健、俊逸的石雕藝術風貌,有著很高的藝術價值。趙州橋在中國造橋史上占有重要地位,對全世界后代橋梁建筑有著深遠的影響。1961年3月4日,趙州橋(大石橋)被中華人民共和國國務院公布為第一批全國重點文物保護單位;1991年,趙州橋被美國土木工程師學會認定為世界第十二處“國際土木工程歷史古跡”,也是我國唯一一處,并贈送銅牌立碑紀念,標志著趙州橋與埃及金字塔、巴拿馬運河、法國埃菲爾鐵塔等世界著名歷史古跡齊名。

盧溝橋

盧溝橋,亦稱蘆溝橋,位于北京市豐臺區永定河,因橫跨盧溝河(即永定河)而得名。盧溝橋是中國四大古橋之一,是北京市現存古老的石造聯拱橋。盧溝橋是中國重點文物保護單位,中國國家級抗戰紀念設施、遺址。也是北京市地區保留至今的最主要的金朝建筑,距今已有830多年的歷史。盧溝橋全長212.2米,加上兩端的引道總長266.5米,橋身總寬9.3米,橋面寬7.5米,10個橋墩和11個橋孔,橋兩側雁翅橋面呈喇叭口狀。橋梁均系白石建造,橋面石雕欄桿,鐫有望柱281根,頂端精雕子母石獅501只。橋翅各有石獸一對,西為石象,東為石獅。石橋有華表兩對,矗立在橋的兩端。

云南開遠長虹橋

這座長虹大橋位于云南省紅河哈尼族彝族自治州開遠市城北郊十三公里處,橫跨在開遠通往昆明公路干線的南盤江上,全長171.2米,單孔跨徑112.5米,南端設橋頭堡,是當時國內單孔跨徑最大的空腹式石拱橋。1960年3月,長虹橋開工建設,位于存舊和田房兩村之間,1961年9月完工,歷時19個月,18人為之付出了生命。整座大橋全部用石塊砌成,為單孔大跨徑空腹式石拱橋。橋體全長171.2米,主孔跨徑112.5米,高30米,橋面凈寬8.6米。該橋外形壯觀,氣勢雄偉,形如江上臨空飛架的彩虹,故名“長虹橋”,這座大橋充分展現我國建造石拱橋的高超技藝,獲1978年全國科學大會獎,列為國家一級保護橋梁,至今保存完好,是世界上最長的獨拱石橋。2019年10月,長虹橋被公布為第八批全國重點文物保護單位。至今保存完好,是世界最長的獨拱石橋。

阿爾坎塔拉橋

阿爾坎塔拉橋(西班牙語:Puente de Alcántara),建造于公元98年,是公認的世界第一座石拱橋,是羅馬人為了紀念時任統治者馬爾庫斯·圖拉真努斯皇帝而建造。阿爾坎塔拉橋長約180多米,寬8m,高72m,是古羅馬最高的橋,分別穿過塔霍河和阿爾坎塔拉鎮,阿爾坎塔拉橋的橋墩是大約九米的花崗石拱塊砌筑而成,位于橋梁中部的是一座高10米,用于紀念圖拉真的凱旋門,被稱做圖拉真拱門。后來到了1543年,拱門上方的雉又分別加上卡洛斯一世,以及帝國的紋章和一段銘文。由于阿爾坎塔拉橋所建之處正處于葡萄牙西班牙的交界處,屬于戰略險要之所,常年受到兩國交戰帶來的侵襲,時有損毀,橋上刻有銘文PONTEM PERPETVI MANSVRVM IN SECVLA MVNDI(此橋永存直至世界盡頭)。

老橋

老橋意大利語:Ponte Vecchio)是意大利佛羅倫斯市內一座中世紀建造的石造拱橋,橫跨在阿諾河上,橋上直到目前為止仍有商店存在。老橋也被認為是意大利現存最古老的石造封閉拱肩圓弧拱橋。這座橋首次出現在歷史文獻上是在996年,但是后來在1117年被洪水沖毀,于是被重建成石造橋梁。這座橋梁于1333年再度被洪水沖毀,佛羅倫斯當時的歷史學家佐凡尼·微拉尼(Giovanni Villani)在著作《Nuova Cronica》中紀錄當時橋梁只剩下中央的2個橋墩。這座橋梁在1345年被重建完成,塔德奧·加迪后來重建橋梁則根據建筑師喬爾喬·瓦薩里的記錄(他紀錄著該橋梁原先的設計方式),這座橋梁可以分成3個部分,中央的橋拱跨度為30米,兩側的橋拱則是27米。橋拱的高度介于3.5至4.4米之間,上升幅度為5:1。

參考資料 >

Spanning over 1400 years: China’s remarkable Zhaozhou Bridge.icevirtuallibrary.com.2023-12-12

天工落石趙州橋 飛拱騰空恃鐵腰 ?? 中國古代重要科技發明創造(三).中國科普網.2023-12-12

史話盧溝橋.北京市豐臺區人民政府.2023-09-15

南盤江上“橋”開遠.yunnan.cn.2023-12-15

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【中國科學報】一座橋,一個城,一段歷史——中國石橋的前世今生.東南大學.2023-12-12

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盧溝橋(宛平城七七事變).北京市人民政府.2023-09-15

「圖刊」今天,不要忘記這座石橋.百家號.2023-09-16

盧溝橋經受強降雨考驗.百家號.2023-09-15

畫里京城|老北京的橋.百家號.2023-09-15

有八百余年歷史的盧溝橋如何抵御洪水.百家號.2023-09-15

云南省交通運輸廳.云南省交通運輸廳.2023-12-20

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