从赵州桥的现状

从赵州桥的现状看桥梁的耐久性问题

李靖森

二00九年.三月

现代的赵州桥

赵州桥现状

民国初年的赵州桥

闻名中外的赵州桥矗立至今，堪称桥梁耐久的楷模。大桥为先辈李春所建。据考，桥始建于隋代隋文帝开皇十五年（公元595年），完工于隋炀帝大业二年（公元606年）。虽历经近1400年风雨的侵蚀和人类战乱的摧残，重驮着历代车水马龙以及近代战车的碾压，它自巍然屹立，“永葆青春”。在有据可查的自然灾害中，就有十一次较大洪水——灾难性的一次距大桥落成后约200年的唐代——仅1956年的洪峰离拱顶只剩下1.77米；震声如雷，房倒屋塌的大地震十四次；还被泊在桥下装载石灰的船只因漏水而燃烧的火源烧烤过一次。

1991年赵州桥已列为世界文化遗产。当我们今天徜徉在赵州桥上，无论从结构、造型还是外观方面，你都会惊奇的发现，它就如同一座现代的石拱桥，仍然“时尚”，看不到古老久远而“过时”的痕迹。

我们今天主要论述和关心的是混凝土与预应力钢筋混凝土桥和钢桥的耐久性，但重温和探讨赵州石拱桥之所以耐久的问题，是有所裨益的。因为桥梁的耐久性是一个“系统工程”而不仅仅是材质问题。

我有幸参加了河北、山西的古代桥梁考察，对此深有感受；也有幸在“桥梁”杂志创刊号上发表了“赵州桥基础探秘”一文。从耐久性的角度来探讨桥梁老寿星——赵州桥，就应该全方位的关注有关它“健康”的“先天”和“后天”的方方面面。

下面从六个方面来解读赵州桥千年不老的原因，尽管不全面且其间的关系又密不可分：

1.水文、地质、地貌

2.桥梁结构方案的抉择

3.“奇巧固护”的桥梁结构设计

4.灵巧、精准的施工

5.集桥梁、经济、文化于一体

6.历代的维修与管理

1.水文、地质、地貌概况及桥位的选择

桥位地处华北冀中平原，在洨河中、下游，经宁晋县汇入滏阳河。洨河水流日渐稀少；现在河道经常干涸，仅在雨季洪水通过。地下水位也逐年下降，在79、80年考察时，地下

水位在河床表面下亦有7m之多。平原的河道不甚稳定，真所谓三十年河东，三十年河西不断演变着。距赵州桥不远的赵县济美桥（建于明代），就由于河流改道，长期处于“庄稼地”中，失去了桥梁的功能，解放后虽为文保单位，却在文革中被毁，毁得令人瞠目，从上部结构直到基础，荡然无存，片石不留——大平原上，石料奇缺，人们借故取石。而赵州桥址，选的是河道顺直、稳定，两岸土质一致且均匀的地段，避开了自然界和人为的破坏。

地层构造，自上而下可分为六层：

（1）①1人工填土，呈褐黄色，硬塑、湿、含砖头、石块等。分布

在河床两侧台地3~4米以上的部分。桥下（地2 # 孔）河床表层约3 m土呈黑灰色软塑，饱和粘性土中混砂，过去曾经发掘，故属于人工换土。

○12亚粘土冲填土：呈黄褐色，软塑—硬塑，湿—饱和，混砂性土，含砖头、石块、

姜石、贝壳。仅分布在桥的上下游河床表层约3.5 m的范围内。

○13中粗砂冲填土：呈褐黄色，中下密，湿—饱和，混粘性土，含砖头、石块、姜石、螺壳等。一般分布在○12层以下，或为○12的夹层，层厚约1—2 m。

（2）亚粘土：呈褐黄色，硬塑、湿、含姜石、植物根。分布在河床两侧台地的人工填土层以下厚约3.5 m。

（3）轻亚粘土：呈褐黄色，硬塑、湿—饱和，含姜石，分布在桥台基底及以下，层厚在7米左右。是桥台主要持力层。土的物理力力学指标（算术平均值）：天然容重1.95T/M3，饱和度G =0.76，液性指数Ic=0.41（当G=1时，Ic=0.40），天然孔隙比e=0.63，室内压缩模量

E=192Kg/cm2 （当G=1时，E1—2=149Kg/cm2）。

2

1−

○31粘土：呈棕黄色，硬塑，湿。仅分布在标高29.0m附近，是○3层轻亚粘土的夹

层，层厚仅0.15~0.5m，尽管层厚不大，本次勘察中全部钻孔在相近标高处均可见到该层。

（4）亚粘土：呈褐黄色、硬塑、饱和、含姜石。分布在○3层以下，厚约3m，为桥台地基

之下卧层。土的物理力学性质指标（算术平均值），天然容重r=1.98T/M3，饱和度G=0.93，液性指数I=0.39，天然孔隙比e=0.69，室内压缩模量

Ê 1-2=91kg/cm2(当G=1时，Ê 1-2=87kg/ cm2)

（5） 粉、细沙：呈褐黄色、中密、饱和，厚约1.5m左右，分布在距桥台底以下约9m。 （6） 亚粘土：呈褐黄色、硬塑、饱和。勘探至标高17.68m，该层仍未穿透。

2.桥梁结构方案的抉择

1）开拓进取，选用大跨度

按照洨河的宽度，古代拱桥大多选用三跨拱桥。从桥梁美学的观点，亦是三跨为好。但三跨桥或两跨桥，都要在河中设有两个或一个桥墩，不但增加了基础在水中施工的难度和工作量，也将使桥台荷载与桥墩荷载不一致，发生沉降差，这对超静定的无铰拱桥十分不利。但更为关键的问题是，桥墩的设置，增加了阻水面积，洪水期间流速剧增，势必导致冲刷加深而掏空地基，大桥将毁于一旦。华北平原众多的桥毁事故，大多是水患。加大墩、台基础埋置深度固然是防止水流冲刷的措施之一，但在当时的条件下深基础施工是个难题。

赵州桥采用大跨度，一跨架过南北两岸，仅有两座桥台在岸边，不但减轻了水流冲刷的威胁，其基础工程也避开了深水区，使得防水、排水及开挖的难度大大减小；另外，中间无墩，仅有两个桥台受力，上部结构又是对称结构，两个桥台受力相等，而两岸土质也均匀一致，因此即使发生沉降，也是“同步的”，从而避开了超静定结构对不均匀沉降较为敏感的弱点。

为此，李春以超乎寻常的魄力和胆识，采用37.02m的特大跨径方案。这一记录在长达一千多年的时空里，直到解放后的1959年湖南黄虎港石拱桥建成才被超越。历史的考验，证实了赵州桥特大跨度的抉择，并不在于跨径的超越，而是客观需要，是科学的抉择。

我们从一次严峻的洪水考验，也能体会到李春的睿智和创新精神。史料记载，那是在公元793年，即竣工后的200多年的唐代，一次洪峰没过桥顶，桥上栏板石冲落河中，桥台被水冲毁一角，上部边拱肋开拆……我们在考察中也发现，水流冲刷已达桥台基底，危在旦夕，所幸冲刷未再加深。由此可见，如若不采用一个大跨径，而是河中设墩，冲刷势必还要加深，水毁必不可免。