摘要:现存的闽浙木拱桥与宋代的汴河虹桥存在着结构上的相似性,但其技术经过很大的改进,流传范围广,延续时间长,适应性较强,表明其体系相对独立,可能有着自己的发展脉络。

关键词:虹桥;木拱桥;结构

Abstract:Existing wooden arch bridges of Fujian and Zhejiang are similar to the Hong Bridge on the Bian River of the Song Dynasty in structure. However, technology of the wooden arch bridges was greatly improved and spread to many places, used for a long time and greatly applicable. These factors reflect that the system is relatively independent and likely to have its own development procedure.

Key words:Hong Bridge;wooden arch bridges;structure

中图分类号:TU997文献标识码:A 文章编号:1674-4144(2009)08-36(5)

作者简介:曹春平厦门大学建筑系副教授

木拱桥是指由木杆构件纵横相贯形成的拱状木桥,因其形如虹,俗称虹桥。木拱桥是我国木结构桥梁中的一种独特类型,它使用大木纵横相贯、交错搭接的结构形式,创造性地以较短的木料构成较大跨径的结构技术。

北宋张择端《清明上河图》描绘了清明时节东京东水门附近汴河上的景象。画中以写实的手法描绘了以大木纵横相贯、架成木拱的虹桥,使我们可以大致了解北宋晚期的虹桥形象与技术特点。

北宋的木拱桥久已不存,而与汴河虹桥结构相类似的木拱桥在福建、浙江交界的山区仍有大量遗存。它们主要分布在福建北部的寿宁、屏南、周宁、福安、福鼎及浙江南部的泰顺、景宁、庆元、龙泉等县市。

一、闽浙木拱桥的结构

闽浙木拱桥的外观虽不尽相同,但木拱的结构与构造基本上是一致的。木拱的结构由两个拱骨系统穿插组合。第一拱骨系统由3列拱骨组三折边形,闽浙两地称它为“三节苗”,即由中间的平苗与两边的斜苗组成八字形,平苗与斜苗通过称为“大牛头”的横木连接,横向成排。根据桥面的亮度、跨度及结构需要,平苗、斜苗的数量可以是3至11组不等。第二拱骨系统由5列拱骨组五折边形,称为“五节苗”。五节苗由中间的平苗与上斜苗、下斜苗组成,苗与苗之间是横向的“小牛头”。五节苗的数量一般比三节苗少1根,两者相互穿插(图1)。

三节苗是一个稳定的支撑系统,可以有效抵抗垂直向下的荷载,但对水平推力的抵抗能力很弱。三节苗一般比五节苗粗壮,它的跨度决定了桥面的跨度,高度决定了桥拱的高度。五节苗是一个不稳定结构,它的用料也相对小些。三节苗与五节苗贯穿,形成一个整体,并以其他构件辅助,共同承担桥面的荷载。

三节苗的斜苗的底端做出榫头,抵在称为“垫苗木”的地上。由于斜苗石受压构件,它的根部可以易以石柱,以便防潮。垫苗木上立一“将军柱”。桥面的一部分重量通过将军柱下传,以稳定三节苗的拱脚。五节苗的垫苗木则卡在将军柱与三节苗的斜苗之间。小型的木拱桥,也可以省去三节苗的垫苗木,或者不使用垫苗木,三、五节苗的斜苗直接抵在桥墩上。

平苗与斜苗通过横木相抵,当地人形象地称横木为“牛头”,牛头断面呈矩形。三节苗的牛头粗壮,称“大牛头”,斜苗与大牛头用柱状的圆榫连接。三节苗的平苗与大牛头用银锭状的燕尾榫连接,简单的也可改用L形企口榫连接。

由于三节苗、五节苗的所有斜苗、平苗都是平行并列的,在侧力作用下容易产生垂直于桥轴方向的侧移,所以在两个系统之上都设有X字形剪刀撑,当地称为“剪刀苗”。三节苗的剪刀苗上端抵于大牛头上,下端抵在将军柱上。五节苗的剪刀苗上端抵在下小牛头上,下端抵于垫苗木上,也有的抵在将军柱上。剪刀苗下端抵在将军柱上,它的平面与三节苗或五节苗的平面形成一个角度,可以更有效地发挥斜撑的作用。剪刀苗的两根斜苗相交处多用铁箍加固,或在中间打通卯口,用铁拴拴紧。平苗、斜苗与牛头相接处也用锔钉钉牢,或用木楔卡紧,以限制木拱结构的几何变形。也有的木拱桥用一组剪刀苗,而且剪刀苗设于三节苗之下,例如福建省德化县上涌乡的山茶桥。

为了减小桥苗的跨度,跨度较大的木拱桥还在五节苗的下牛头上增设一组排架,并用斜撑稳定,闽浙形象地称之为“青蛙腿”、“马腿”。青蛙腿由立在五节苗下牛头上的两根或四根立柱与上面横梁组成,成∏形。再在横梁两端用斜撑加固,斜撑下端抵在将军柱上。青蛙腿大致与五节苗的下斜苗垂直,这样桥面的荷载便有一部分传至五节苗,以抵减它向上的反弹力。

二、闽浙木拱桥施工程序推测

闽浙木拱桥有以下几个细节特点:① 三节苗在下而用料最粗。② 五节苗的下斜苗与三节苗的下斜苗平行。③ 木拱的斜苗与牛头之间用管脚榫连接,而平苗与牛头之间则用燕尾榫或企口榫连接。从木拱桥结构、构造与榫卯细节可以推测木拱的施工程序,即首先安装三节苗,以它为基础安装五节苗,然后安装剪刀苗、青蛙腿、桥苗等辅助构件(图2)。但根据桥跨、桥墩、河床等不同情况还应有不同的施工方法。

1958年在湖北汉阳莲花湖公园,曾建造了一座实验性的小型木拱桥。其施工方法是,在河床上搭起八字形的临时性支撑,架设三节苗,在三节苗的基础上穿插五节苗。这种施工方式简单、有效,但只有河床很浅或水流平缓时利用船只辅助才有可能,条件限制较大。

2001年,福建寿宁县坑底乡的造桥工匠郑多金应中央电视台《虹桥寻踪》之邀,在坑底乡小东村也建造了一座实验性的木拱桥。其施工方法与莲花湖公园木拱桥相似。首先在桥台前树立“水架柱”,水架柱由两根立柱、两根横木构成“开”字形。水架柱的下横木可以上下调整,三节苗的斜苗搁于横木上,确定木拱的高度与跨度。然后安装大牛头,再用绞车悬吊平苗,由上而下安装。三节苗安装完成后,以它为“跳板”,再安装五节苗、剪刀苗等。最后撤去水架柱,安装桥苗及廊

屋①。这种方法确实简便可行,应该是闽浙地区木拱桥普遍的施工方法。

在一些跨度很大、河床很深的沟壑地区,还可能采用一种无支架的方法进行施工。福建屏南县棠口乡千乘桥桥头所立的清道光二年(1822年)石碑,记述嘉庆二十五年(1820年)重建千乘桥:“临渊累石,下同鼎峙;横木凌霄,秋千上拟。”千乘桥的施工可能采取了缆绳悬空牵引的方法。这种方法的具体步骤大致是:先将三节苗的垫苗木、斜苗、大牛头在地面上组装好,用将军柱固定底部的垫苗木,再用缆绳系住上部的大牛头,悬放至河道上空正确的位置,然后逐根吊起平苗,使其两端嵌入大牛头的燕尾榫卯口之中,形成八字撑拱。从稳定的三节苗出发,继续安装五节苗与桥面苗。

三、木拱结构比较

中国古代由圆木纵横相贯形成的木拱桥,主要有两种结构类型:一种出现于宋代,在宋代《清明上河图》中描绘的“汴河虹桥”就是它的典型形象。另一种闽浙地区的由两套木构系统组成、以榫卯联结的“闽浙木拱桥”。据文献记载,汴河虹桥类型的流传范围是北宋都城汴京及汴水、泗水等河道上,但它的延续时间很短,在宋代以前就已经失传,而它的发明时间又很短促。闽浙木拱桥的出现时间虽然可能略晚,但它的技术更为丰富,一直流传至近代。这两种木拱桥虽然在技术上有相似之处,但在主体结构、关键节点上还是有很大差别的(图3)。

汴河虹桥的结构有以下特点:

1.其结构由3排10根并列和4排11根并列的长木交叉贯穿、搭接而成,以较短的构件形成较大的跨度。

2.其木拱骨架仅由两组拱骨系统组成,构件节点通过铁件等箍扎,连接简单,施工方便。

3.木拱构件的规格统一,可以定点预制,现场装配,还便于拆卸,重复使用。

通过对汴河虹桥的结构分析,可知这种木拱结构是一种特殊的桁架拱,它的受力在整体上呈现拱券受压,但组合它的单个杆件呈现压弯的应力状态,其次还有节间的桁架作用②。与汴河虹桥相比,闽浙木拱桥的结构做了很大改进,主要体现在:

1.其拱骨系统的中央拱骨都是水平的,第二系统发展为5根拱骨,但以第一系统为主,虽不能再像对汴河虹桥那样扩大拱骨数量,但系统稳定,可以精确施工。

2.拱骨之间不再以铁件绑扎固定,而是根据需要,改用不同类型的榫卯连接,这样的节点构造,使木拱的整体受力仍呈现拱券受压,但组合的单个杆件更多地呈现柱式受压状态。民间俗语云“立木顶千斤”,因整体性与承载力大为提高,可有效发挥木材性能,同时也有利于悬臂拼装施工。

3.使用剪刀苗与青蛙腿等辅助构件,既加强了主体结构,又改善了桥面系统,使桥面水平,并在此基础上使桥面由单跨发展为多跨,具有较强的适应性。

四、木拱的其他结构方式

汴河虹桥的结构,由两组拱骨系统组成,第一组是三根长度相当的拱骨,组成八字形;第二组是五根拱骨,组成人字形。两组错开搭交,每根拱骨搁于另一组拱骨中间的横木上,并用捆绑或箍扎联系。《渑水燕谈录》描述汴河虹桥:“取巨木数十相贯,架为飞桥”,故有人称这种结构上拱木互相穿插的桥为“贯木拱桥”,以区别于竹子或细木弯成拱形的“弓弓桥”③。这种贯木拱桥结构用一组火柴梗或筷子即可搭成简单的模型,在中国南方民间俗称“筷子桥”。西人达·芬奇(Leonardo da Vinci,1452-1519)曾画出这种结构的素描图样,表明他对这种结构做过详细研究(图4)。贯木拱按主拱骨架纵向构成分类,3根横梁是其基本类型,这种主拱骨架只能适应很小的跨径(图5)。随着跨度的增加,可以采用4根、5根、6根横梁,甚至更多。5根横梁就是汴河虹桥的结构形式。6根横梁就是现在闽、浙的木拱桥的主拱骨架形式。

除了两套系统交叉的木拱桥外,还有在结构相对简单的八字撑桥,例如福建大田县大桥镇瑞岩村的观音桥、浙江泰顺县下洪乡上洪村的宫桥(图6),只有第一系统的三节苗,三节苗上用通长的桥板苗。这种八字撑桥在中国南方其他省份有发现。浙江新昌上三坑的普济桥,由第一系统的呈八字状的三节苗与第二系统的呈人字状的两节苗穿插而成;福建南平市峡阳镇的八字桥,则由三套三节苗系统组成,前两套三节苗相互交叉,作为主体结构,后一套三节苗辅助,结构奇特(图7)。这类拱桥的存在既反映了闽浙木拱结构的多样性,也在一定程度地表现了,本拱桥在它发展的不同时期,有着不同的形制。从另一个侧面表明,闽浙木拱桥是简单木拱技术与经验积累到一定阶段的成果,而且这种技术流传范围广,延续时间长,适应性较强。

虽然现在闽浙木拱桥最早的实物晚至明代,根据闽浙两地的县志、族谱、碑刻等乡土文献记载,这种类型的结构技术可能起源于宋代。

五、木拱桥的形象

闽浙木拱桥上都有廊屋覆盖,当地人也笼统地称这种桥为“厝桥”。现在一般性介绍往往称为闽浙廊桥,这很容易埋没木拱桥的结构特点。桥上覆廊,除了南方多雨,建廊以保护桥身,便于行人通行、休息外,还可以借助廊屋的重量,稳定木拱结构。明人王世懋《闽部疏》说:“闽中桥梁甲天下,虽山拗细涧,皆以巨石梁之,上施榱栋,都极壮丽……盖闽水善怒,故以数十重重木压之,中多设神佛像,香火甚严,亦厌镇之意也。”闽浙两地对木拱桥有各种特有的形象称呼,如闽北周宁、松溪地区称“虾蛄桥”、“竹筷桥”,浙南庆元、泰顺地区称“鹊窠桥”、“蜈蚣桥”等。其中“虾蛄”、“鹊窠”、“蜈蚣”都是针对廊屋的造型而言。廊屋作通廊处理,在桥身上分成几间或十数间,每间以相同的穿斗构架组成。廊屋中间随桥身隆起,神龛就设在心间,神龛面对着来水方向。为了留出人行通道,有的神龛往往悬挑在外。建于村镇附近的木拱桥,其廊桥在中间、两端则突出亭、阁、牌楼等,丰富廊屋的造型(图8)。

廊屋两侧檐下柱方多桥拱,两侧多钉挂木板条保护,称为“鱼鳞板”。檐柱外侧的鱼鳞板斜置,以便通风。板上开窗洞,但尺寸都很小。清人周亮工说:“闽中桥梁,最为巨丽,桥上架屋,翼翼楚楚,无处不堪图书……两檐下,类覆以木板,深辄数尺,俯栏有致,游目无余,似畏人见好山色,故障之者。予每度一桥,辄为忾叹。”(周亮工《闽小纪》上卷)

根据廊屋梁架上的落墨、保存至今的造桥桥约等,可知每一座木拱桥的木拱与廊屋均出自同一主墨木匠。这也有助于理解木拱结构众多构件以榫卯联系的原因。

六、结论

木拱桥是我国传统技术的独特成就,结构科学而灵活,在历史上曾发挥重大作用。通过对汴河虹桥、闽浙木拱桥及其他木拱的结构比较分析以及闽浙木拱桥的施工过程推测,有以下初步认识:

1.闽浙木拱桥与宋代的汴河虹桥存在着结构上的相似性,但其技术已有很大的改进。

2.木拱桥中一平两斜的三节苗是木拱的基本系统。它可以与木梁、人字撑、四折边或五折边及伸臂梁组合,具有很大的灵活性。

3.闽浙木拱桥的体系相对独立,可能有着自己的发展脉络。

(责任编辑:吴伟)

参考文献:

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