木拱橋的形式特點(diǎn)與技術(shù)特點(diǎn)

木拱橋的形式特點(diǎn)與技術(shù)特點(diǎn)

木拱橋是指由木框架垂直連接而成的拱橋。它的形狀像一座彩虹，所以俗稱橋。木拱橋是我國(guó)木結(jié)構(gòu)橋梁中的一種獨(dú)特類型,它使用大木縱橫相貫、交錯(cuò)搭接的結(jié)構(gòu)形式,創(chuàng)造性地以較短的木料構(gòu)成較大跨徑的結(jié)構(gòu)技術(shù)。北宋末張擇端的名畫(huà)《清明上河圖》描繪了清明時(shí)節(jié)東京東水門附近汴河上的景象。畫(huà)中以寫(xiě)實(shí)的手法描繪了以大木縱橫相貫、架成木拱的虹橋,使我們可以大致了解北宋晚期的虹橋形象與技術(shù)特點(diǎn)(圖1)。北宋的木拱橋久已不存,而與汴河虹橋結(jié)構(gòu)相類似的木拱廊橋在福建、漸江交界的山區(qū)仍有大量遺存。它們主要分布在福建北部的壽寧、屏南、周寧、福安、福鼎及浙江南部的泰順、景寧、慶元、龍泉等縣市。一、重疊板、大跨板、板苗的設(shè)置閩浙木拱廊橋的外觀雖不盡相同,但木拱的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造基本上是一致的。木拱的結(jié)構(gòu)由兩個(gè)拱骨系統(tǒng)穿插組合。第一拱骨系統(tǒng)由3列拱骨組三折邊形,閩浙兩地稱它為“三節(jié)苗”,即由中間的平苗與兩邊的斜苗組成八字形,平苗與斜苗通過(guò)稱為“大牛頭”的橫木連接,橫向成排。根據(jù)橋面的亮度、跨度及結(jié)構(gòu)需要,平苗、斜苗的數(shù)量可以是3至11組不等。第二拱骨系統(tǒng)由5列拱骨組五折邊形,稱為“五節(jié)苗”。五節(jié)苗由中間的平苗與上斜苗、下斜苗組成,苗與苗之間是橫向的“小牛頭”。五節(jié)苗的數(shù)量一般比三節(jié)苗少1根,兩者相互穿插(圖2)。三節(jié)苗是一個(gè)穩(wěn)定的支撐系統(tǒng),可以有效抵抗垂直向下的荷載,但對(duì)水平推力的抵抗能力很弱。三節(jié)苗一般比五節(jié)苗粗壯,它的跨度決定了橋面的跨度,高度決定了橋拱的高度。五節(jié)苗是一個(gè)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu),它的用料也相對(duì)小些。三節(jié)苗與五節(jié)苗貫穿,形成一個(gè)整體,并以其他構(gòu)件輔助,共同承擔(dān)橋面的荷載。三節(jié)苗的斜苗的底端做出榫頭,抵在稱為“墊苗木”的地栿上。由于斜苗石受壓構(gòu)件,它的根部可以易以石柱,以便防潮。墊苗木上立一“將軍柱”。橋面的一部分重量通過(guò)將軍柱下傳,以穩(wěn)定三節(jié)苗的拱腳。五節(jié)苗的墊苗木則卡在將軍柱與三節(jié)苗的斜苗之間。小型的木拱橋,也可以省去三節(jié)苗的墊苗木,或者不使用墊苗木,三、五節(jié)苗的斜苗直接抵在橋墩上。平苗與斜苗通過(guò)橫木相抵,當(dāng)?shù)厝诵蜗蟮胤Q橫木為“牛頭”。牛頭斷面呈矩形。三節(jié)苗的牛頭粗壯,稱“大牛頭”,斜苗與大牛頭用柱狀的圓榫連接。三節(jié)苗的平苗與大牛頭用銀錠狀的燕尾榫連接,簡(jiǎn)單的也可改用L形企口榫連接。由于三節(jié)苗、五節(jié)苗的所有斜苗、平苗都是平行并列的,在側(cè)力作用下容易產(chǎn)生垂直于橋軸方向的側(cè)移,所以在兩個(gè)系統(tǒng)之上都設(shè)有X字形剪刀撐,當(dāng)?shù)胤Q為“剪刀苗”。三節(jié)苗的剪刀苗上端抵于大牛頭上,下端抵在將軍柱上。五節(jié)苗的剪刀苗上端抵在下小牛頭上,下端抵于墊苗木上,也有的抵在將軍柱上。剪刀苗下端抵在將軍柱上,它的平面與三節(jié)苗或五節(jié)苗的平面形成一個(gè)角度,可以更有效地發(fā)揮斜撐的作用。剪刀苗的兩根斜苗相交處多用鐵箍加固,或在中間打通卯口,用鐵拴拴緊。平苗、斜苗與牛頭相接處也用鋦釘釘牢,或用木楔卡緊,以限制木拱結(jié)構(gòu)的幾何變形。也有的木拱橋用一組剪刀苗,而且剪刀苗設(shè)于三節(jié)苗之下,例如福建省德化縣上涌鄉(xiāng)的山茶橋。為了減小橋苗的跨度,跨度較大的木拱橋還在五節(jié)苗的下牛頭上增設(shè)一組排架,并用斜撐穩(wěn)定,閩浙形象地稱之為“青蛙腿”、“馬腿”。青蛙腿由立在五節(jié)苗下牛頭上的兩根或四根立柱與上面橫梁組成,成∏形。再在橫梁兩端用斜撐加固,斜撐下端抵在將軍柱上。青蛙腿大致與五節(jié)苗的下斜苗垂直,這樣橋面的荷載便有一部分傳至五節(jié)苗,以抵減它向上的反彈力。二、閩浙木構(gòu)造模的基本特點(diǎn)中國(guó)古代由圓木縱橫相貫形成的木拱橋,主要有兩種結(jié)構(gòu)類型:一種出現(xiàn)于宋代,在宋畫(huà)《清明上河圖》中描繪的“汴河虹橋”就是它的典型形象。另一種閩浙地區(qū)的由兩套木構(gòu)系統(tǒng)組成、以榫卯聯(lián)結(jié)的“閩浙木拱橋”。據(jù)文獻(xiàn)記載,汴河虹橋類型的流傳范圍是北宋都城汴京及汴水、泗水等河道上,但它的延續(xù)時(shí)間很短,在宋代以后就已經(jīng)失傳,而它的發(fā)明時(shí)間又很短促。閩浙木栱橋的出現(xiàn)時(shí)間雖然可能略晚,但它的技術(shù)更為豐富,一直流傳至近代。這兩種木拱橋雖然在技術(shù)上有相似之處,但在主體結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上還是有很大差別的(圖3)。汴河虹橋的結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn):1.其結(jié)構(gòu)由3排10根并列和4排11根并列的長(zhǎng)木交叉貫穿、搭接而成,以較短的構(gòu)件形成較大的跨度。2.其木拱骨架僅由兩組拱骨系統(tǒng)組成,構(gòu)件節(jié)點(diǎn)通過(guò)鐵件等箍扎,連接簡(jiǎn)單,施工方便。3.木拱構(gòu)件的規(guī)格統(tǒng)一,可以定點(diǎn)預(yù)制,現(xiàn)場(chǎng)裝配,還便于拆卸,重復(fù)使用。通過(guò)對(duì)汴河虹橋的結(jié)構(gòu)分析,可知這種木拱結(jié)構(gòu)是一種特殊的桁架拱,它的受力在整體上呈現(xiàn)拱券受壓,但組合它的單個(gè)桿件呈現(xiàn)壓彎的應(yīng)力狀態(tài),其次還有節(jié)間的桁架作用。與汴河虹橋相比,閩浙木拱橋的結(jié)構(gòu)有很大改進(jìn),主要體現(xiàn)在:1.其拱骨系統(tǒng)的中央拱骨(平苗)都是水平的,第二系統(tǒng)發(fā)展為5根拱骨,但以第一系統(tǒng)為主,雖不能再像對(duì)汴河虹橋那樣增加拱骨數(shù)量,但系統(tǒng)穩(wěn)定,可以精確定位,減少施工難度。2.拱骨之間不再以鐵件綁扎固定,而是根據(jù)需要,改用不同類型的榫卯連接,這樣的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,使木拱的整體受力仍呈現(xiàn)拱券受壓,但組合的單個(gè)桿件更多地呈現(xiàn)柱式受壓狀態(tài)。民間俗語(yǔ)云“立木頂千斤”,因整體性與承載能力大為提高,可有效發(fā)揮木材性能,同時(shí)也有利于懸臂拼裝施工。3.使用剪刀苗與青蛙腿等輔助構(gòu)件,既加強(qiáng)了主體結(jié)構(gòu),又改善了橋面系統(tǒng),使橋面水平,并在此基礎(chǔ)上使橋面由單跨發(fā)展為多跨,具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。三、輔助構(gòu)件施工閩浙木拱廊橋的木拱有以下幾個(gè)細(xì)節(jié)特點(diǎn)最值得注意:1.三節(jié)苗在最下且用料最粗。2.五節(jié)苗的下斜苗在三節(jié)苗的下斜苗上面且與之平行。3.木拱的斜苗與牛頭之間全部用圓形的管腳榫連接,卯口開(kāi)在牛頭的側(cè)面正中;而平苗與牛頭之間則用燕尾榫或企口榫連接,卯口半開(kāi),開(kāi)鑿于牛頭頂部。從木拱的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與榫卯細(xì)節(jié)可以推測(cè)木拱的施工程序,即首先安裝三節(jié)苗,以它為基礎(chǔ)安裝五節(jié)苗,然后安裝剪刀苗、青蛙腿、橋苗等輔助構(gòu)件(圖4)。2001年,福建壽寧縣坑底鄉(xiāng)的造橋工匠鄭多金應(yīng)中央電視臺(tái)《虹橋?qū)ほ櫋窓谀恐?在坑底鄉(xiāng)小東村建造了一座實(shí)驗(yàn)性的木拱橋。其施工方法于程序是:首先在橋墩前樹(shù)立“水架柱”,水架柱由兩根立柱、兩根橫木構(gòu)成“開(kāi)”字形。水架柱的下橫木可以上下調(diào)整,三節(jié)苗的斜苗就擱在水架柱的下橫木上。斜苗位置固定后,便確定了木拱的高度與跨度。然后安裝大牛頭,再用絞車懸吊裝平苗,燕尾榫由上而下安裝在牛頭的卯口內(nèi)。三節(jié)苗安裝完成后,以它為“跳板”,再穿插安裝五節(jié)苗、剪刀苗、青蛙腿等。最后撤去水架柱,安裝橋板苗及廊屋的各榀梁架。這種方法確實(shí)簡(jiǎn)便可行,應(yīng)該是閩浙地區(qū)木拱橋普遍的施工方法。在一些跨度很大、河床很深的溝壑地區(qū),還可能采用一種無(wú)支架的方法進(jìn)行施工。福建屏南縣棠口鄉(xiāng)千乘橋橋頭所立的清道光二年(1822年)石碑,記述嘉慶二十五年(1820年)重建千乘橋:“臨淵累石,下同鼎峙;橫木凌霄,秋千上擬?！鼻С藰虻氖┕た赡懿扇×死|繩懸空牽引的方法。推測(cè)這種方法的具體步驟大致是:先將三節(jié)苗的墊苗木、斜苗、大牛頭在地面上組裝好,用將軍柱固定底部的墊苗木,再用纜繩系住上部的大牛頭,懸放至河道上空正確的位置,然后逐根吊起平苗,使其兩端嵌入大牛頭的燕尾榫卯口之中,形成八字撐拱。從穩(wěn)定的三節(jié)苗出發(fā),繼續(xù)安裝五節(jié)苗與橋面苗。四、主體結(jié)構(gòu)、內(nèi)跨葉結(jié)構(gòu)汴河虹橋的結(jié)構(gòu),由兩組拱骨系統(tǒng)組成,第一組是三根長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)墓肮?組成八字形;第二組是五根拱骨,組成人字形。兩組錯(cuò)開(kāi)搭交,每根拱骨擱于另一組拱骨中間的橫木上,并用捆綁或箍扎聯(lián)系?！稘扑嗾勪洝访枋鲢旰雍鐦?“取巨木數(shù)十相貫,架為飛橋”,故有人稱這種結(jié)構(gòu)上拱木互相穿插的橋?yàn)椤柏災(zāi)竟皹颉?以區(qū)別于竹子或細(xì)木彎成拱形的“弓弓橋”。這種貫?zāi)竟皹蚪Y(jié)構(gòu)用一組火柴梗或筷子即可搭成簡(jiǎn)單的模型,在中國(guó)南方民間俗稱“筷子橋”。西人達(dá)·芬奇(LeonardodaVinci,1452～1519)曾畫(huà)出這種結(jié)構(gòu)的素描圖樣,表明他對(duì)這種結(jié)構(gòu)做過(guò)詳細(xì)研究(圖5)。貫?zāi)竟鞍粗鞴肮羌芸v向構(gòu)成分類,3根橫梁是其基本類型,這種主拱骨架只能適應(yīng)很小的跨徑(圖6)。隨著跨度的增加,可以采用4根、5根、6根橫梁,甚至更多。5根橫梁就是汴河虹橋的結(jié)構(gòu)形式。6根橫梁就是現(xiàn)在閩、浙的木拱橋的主拱骨架形式,但它的拱骨與橫木之間以榫卯連接。除了兩套系統(tǒng)交叉的木拱橋外,還有在結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的的八字撐橋,例如福建大田縣大橋鎮(zhèn)瑞巖村的觀音橋、浙江泰順縣下洪鄉(xiāng)上洪村的宮橋(圖7),只有第一系統(tǒng)的三節(jié)苗,三節(jié)苗上用通長(zhǎng)的橋板苗。這種八字撐橋在中國(guó)南方其他省份也有發(fā)現(xiàn),適用于小跨度的橋梁。浙江新昌上三坑的普濟(jì)橋,由第一系統(tǒng)的呈八字狀的三節(jié)苗與第二系統(tǒng)的呈人字狀的兩節(jié)苗穿插而成,是八字撐與人字撐的組合(圖8);四川酉陽(yáng)清泉鄉(xiāng)的回龍橋,則由懸臂梁與八字撐、斜撐組成,因其跨度大(25m),故改簡(jiǎn)支梁為懸臂梁,輔以斜撐;還有湖北利川群策橋,也在木懸臂梁上組織八字撐,可以看成三節(jié)苗的斜苗延伸為斜向的懸臂梁(圖9);甘肅渭源縣的灞凌橋結(jié)構(gòu)與群策橋相似,但跨度更為大。福建南平市峽陽(yáng)鎮(zhèn)的八字橋,則由三套三節(jié)苗系統(tǒng)組成,前兩套三節(jié)苗相互交叉,作為主體結(jié)構(gòu),后一套三節(jié)苗輔助,結(jié)構(gòu)奇特(圖10)。這類拱橋的存在既反映了木拱結(jié)構(gòu)的多樣性,也在一定程度上代表了木拱結(jié)構(gòu)從萌芽、發(fā)展到成熟時(shí)期的不同作品。從另一個(gè)側(cè)面表明,閩浙木拱橋是簡(jiǎn)單木拱技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)積累到一定階段的成果,而且這種技術(shù)流傳范圍廣,延續(xù)時(shí)間長(zhǎng),適應(yīng)性較強(qiáng)。雖然現(xiàn)在閩浙木拱橋最早的實(shí)物晚至明代,根據(jù)閩浙兩地的縣志、族譜、碑刻等鄉(xiāng)土文獻(xiàn)記載,這種類型的結(jié)構(gòu)技術(shù)可能起源于宋代。五、木拱廊屋的造型閩浙木拱橋上都有廊屋覆蓋,當(dāng)?shù)厝艘不\統(tǒng)地稱這種橋?yàn)椤柏葮颉?。橋上覆?除了南方多雨,建廊以保護(hù)橋身,便于行人通行、休息外,還可以借助廊屋的重量,穩(wěn)定木拱結(jié)構(gòu)。閩浙兩地對(duì)木拱橋有各種特有的形象稱呼,如閩北周寧、松溪地區(qū)稱“蝦蛄橋”、“竹筷橋”,浙南慶元、泰順地區(qū)稱“鵲窠橋”、“蜈蚣橋”等。其中“蝦蛄”、“鵲窠”、“蜈蚣”都是針對(duì)廊屋的造型而言。廊屋作通廊處理,在橋身上分成幾間或十?dāng)?shù)間,每間以相同的穿斗構(gòu)架組成。廊屋中間隨橋身隆起,神龕就設(shè)在心間,有的在心間設(shè)置天花、藻井。神龕總是面對(duì)著來(lái)水方向。為了留出人行通道,有的神龕往往懸挑在外。建于村鎮(zhèn)附近的木拱橋,其廊橋在中間、兩端則突出亭、閣、牌樓等,豐富廊屋的造型(圖11)。閩東壽寧縣城的三座木拱廊橋——仙宮橋、升平橋和飛云橋,廊屋中分別設(shè)置六角攢尖頂、歇山頂和一殿兩挾式的牌樓頂,造型各異。廊屋兩側(cè)檐下柱方多橋拱兩側(cè)多釘掛木板條保護(hù),稱為“魚(yú)鱗板”。檐柱外側(cè)的魚(yú)鱗板斜置,以便通風(fēng)。板上開(kāi)窗洞,但尺寸都很小。根據(jù)廊屋梁架上的落墨、保存至今的造橋橋約等,