【科技文明探源】

    ◎实习记者 吴叶凡

    赵州桥又名安济桥，俗称大石桥，始建于隋代，由匠师李春设计建造。它经历了1400多年的风吹雨打，至今屹立不倒，被誉为“天下第一桥”。作为世界上现存最古老、跨度最大的敞肩圆弧拱桥，赵州桥融实用性与美观性于一体，体现了古人对力学结构的精准把握，是我国古代桥梁技术的巨大成就。

    首创敞肩圆弧石拱桥

    石拱桥是我国历史上非常重要的桥型。桥梁专家茅以升在《中国石拱桥》一文中介绍，有记载的最早石拱桥可能是《水经注》里提到的“旅人桥”。它大约建成于公元282年，是一座单跨石拱桥。

    现存最古老的石拱桥是赵州桥。它位于河北省赵县境内的洨河之上，自建造以来就备受赞誉。《赵州志》称其是“奇巧固护，甲于天下”；唐朝张嘉贞的《安济桥铭》中记有“制造奇特，人不知其所以为”。

    时至今日，人们对赵州桥建造技艺之精妙仍赞不绝口。王震华是中国古建筑榫卯非遗传承人，他曾复刻出微缩版全榫卯结构的赵州桥。复刻过程中，王震华无数次感叹赵州桥力学结构的完美：“作为世界上第一座敞肩式（即空腹式）单孔圆弧形石拱桥，赵州桥的力学结构非常科学。”

    什么是“敞肩”“圆弧”？根据茅以升主编的《中国古桥技术史》一书中给出的解释，所谓“敞肩”，是指拱上建筑由实腹演进为空腹，以一系列小拱垒架于大拱之上。从外观上看，赵州桥中心的大拱两肩上，各有两个小拱。这一设计不仅减轻了石拱桥的自重，还可以增大桥梁的泄洪能力。尤其是对于洨河这一季节性河流而言，在河水暴涨的汛期，“敞肩”设计提高了排水量，增强了桥的安全性。

    “圆弧”是指采用小于半圆的弧段，作为拱桥的承重结构。相较于半圆拱，在相同跨度情况下，圆弧拱可以大幅度降低桥梁高度。相应的，在相同的桥梁高度时，圆弧拱可以得到较半圆拱更大的跨度。“赵州桥的拱中心夹角是85度20分33秒，拱高和跨度之比约为1∶5左右，是一座很‘扁’的桥。从外观上看，赵州桥的桥洞不是半圆形，而是像一张弓。这样的设计降低了道路坡度，便于车马行人上下行走。”王震华说。

    “敞肩”与“圆弧”的结合使用，让拱桥建造技术产生了飞跃。正如《中国古桥技术史》书中指出的，敞肩圆弧石拱桥的出现，赋予拱桥发展巨大生命力。我国在这一技术上领先西方1200多年。19世纪法国工程师保尔设计建造阿道尔夫桥，西方才出现了真正的敞肩圆弧拱桥。

    合理选址打牢地基

    赵州桥传世久远的原因，不仅在于其科学精妙的建造结构，合理选址也是重要原因之一。

    资料显示，赵州桥为低拱脚、浅基础、短桥台设计。桥拱脚下平铺五层石板作桥台，总厚度仅1.55米。桥台下面无木柱和其他石料，直接建在没有经过夯筑的天然土石上。“古代建筑直接建在天然土石上的非常少。赵州桥做法大胆的原因，在于设计师李春对当地的土质非常了解。”王震华说。

    《中国赵州桥志》提到：“赵州桥的桥基选在洨河平直的天然地基上，桥台建在基本承载力为每平方厘米3.4公斤的褐黄式硬型轻亚粘土第四纪冲积层上。此处地层稳定，土质均匀，是良好的天然地基。”它既能承载桥身2800吨的重压，也能有效减轻地震带来的伤害。近代以来的勘探显示，赵州桥虽然迭遇洪水，但1400多年来，桥台基础整体并无显著沉陷，两端桥基下沉水平仅5厘米。历史上，处于地震区的赵县曾经历过多次大地震，但因为地基稳定，赵州桥依然保存完好。

    除选址外，赵州桥的独特搭建方式也值得注意。赵州桥采用了纵向并列砌筑法。茅以升形象地把这种搭建方式解释为：“大拱由28道拱圈拼成，就像这么多同样形状的弓合拢在一起，做成了一个弧形的桥洞。” 王震华介绍，这种搭建方式不仅便于施工，而且便于维修。“因为28道拱彼此独立，自成一体，如果有哪一道拱损坏了，只需要修这一块即可，不影响全桥。”

    兼具实用与美观

    赵州桥不仅坚固实用，其造型也非常美观，兼具雄伟气魄与轻巧姿态。茅以升在《中国石拱桥》一文写道：“全桥结构匀称，和四周景色配合得十分和谐；桥上的石栏石板也雕刻得古朴美观。”

    赵州桥的价值不仅仅存在于桥梁本身，其中蕴含的中国古代建筑思想精华，更值得今天的人们去学习。“优秀的建筑，是人、建筑、环境三者互动的结果，三者之间的关系需要充分协调。”在王震华看来，赵州桥的首要作用是交通功能，而在建造过程中，李春正是综合考虑了当地的环境、人们的需求、桥梁的结构，才建造出这一流传后世的伟大作品。

    王震华提到，赵州桥体现了以李春为代表的勤劳、精益求精的古代工匠精神。这值得我们学习和传承。

    赵州桥是我国古代劳动人民智慧的结晶，成为后世学习的范本。同时它也流传到国外，促进了世界桥梁建筑技术的发展，是世界桥梁史上浓墨重彩的一笔。1991年，赵州桥被美国土木工程师学会认定为世界第十二处“国际土木工程历史古迹”，这也是中国唯一入选的土木工程建筑。