木拱廊桥古今施工技术的结合

摘要：木拱廊桥在中国古代乃至世界桥梁建设史上占有重要地位，具有重要的工程技术价值、艺术价值和观赏价值。对木拱廊桥进行仿古建设，应将当今施工技术与其营造技术结合，可从木拱廊桥拱架苗木长度的三角函数应用，现代施工理念对风雨板功能的完善及使用当今施工技术将其防水技术提高等方面，来完善木拱廊桥防古建设的设计方法、施工工艺与施工方法，更好地将木拱廊桥文化发扬光大。

关键词：木拱廊桥；木拱架；苗木；风雨板；施工技术

Abstract: The wooden arch bridge occupies an important position in the history of bridge construction in ancient China and even the world, has important engineering and technical value, artistic value and ornamental value. Antique building, a wooden arch bridge construction technology today should be their Construction technology combined with the trigonometric application from the wooden arch bridge arching seedling length, the perfect modern construction concept of the function of the wind and rain board and use today's construction technology to its the waterproof technology improvement, to improve the anti ancient building wooden arch bridge design, construction techniques and construction methods, the wooden arch bridge culture to flourish.Keywords: wooden arch bridge; wooden gantry; seedlings; weatherproof board; Construction Technology

中图分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

一、木拱廊桥历史概述

木拱廊桥属于丽水文化，地处浙闽山区，庆元县素有“古桥博物馆”的美称，其中木拱廊桥在中国古代乃至世界桥梁建设史上占有重要地位，具有重要的工程技术价值、艺术价值和观赏价值。庆元县的木拱廊桥萌芽于唐宋、成熟于明、转型于清，最具有历史连贯性。

（一）萌芽时期

唐宋：唐宋时期京杭运河开通，为了便于船只通过，石拱桥、木拱虹桥应运而生，而浙闽山区溪流落差大，山洪暴发时泥石杂木俱下，一般平梁桥一冲即垮，也从八字撑梁桥和伸臂叠梁桥的基础上发展为木拱廊桥。庆元有史记载的木拱见于北宋，堪称“北虹南拱”，但据民间宗谱记载的双门桥和莆田桥比其早了100多年，即为唐末时期。

此时期的木拱廊桥是从八字撑架桥的基础上发展起来的，最为突出特点是拱架采取二系统，即用三节苗木拱组与五节苗木拱组相间交错排列，形成拱型木梁架。此时的五节平苗特别短。

（二）鼎盛时期

元明：此时是庆元木拱廊桥的鼎盛时期。随着时代的进度，此时已经比较重视手工业和建筑业的发展了，同时木建筑理论也有了很大的发展，先后著有《营造方式》、《木经》《经世大典》和《梓人遗制》等，加上当时庆元香菇业带动的经济发展，各地大兴土木，使得当时木拱廊桥建造技术达到登峰造极和程度。此时木拱廊桥的拱架加长了五节平苗，形成较均称的五折边型状；改“人字撑”为两层“剪刀撑”，促使受力均称，避免产生侧移，构造更为稳固。由于技术的改进使得兰溪桥达到木拱桥单孔拱跨长度之最。

（三）转型时期

清朝：此时期是封建主义经济日趋没落，并逐步向资本主义经济转化的历史阶段。此时木拱向石拱转型，施工技术在廊屋上有了较大进步，主要表现为木架构造的简化细化，屋面重檐飞栋。

二、木拱架设计与三角函数结合

木拱廊桥建造主要分上下两部分：下部为木拱架部分；上部为廊屋部分。

（一）木拱架受力结构介绍

1、木拱架系统组合经历

木拱架是木拱廊桥的最主要受力结构，由两个系统组成。它由最初的三节苗木拱组与不均等五节苗木拱组组合，经历了三节苗木拱组与四节苗木拱组组合，三节苗木拱组与三节苗木拱组组合和三节苗木拱组与均称五节苗木拱组组合。经历时间考验最终形成以三节苗木拱组与均称（不完成相等）五节苗木拱组为组合，牛头支撑采用两层剪刀撑的拱架受刀结构。现留存的大部分浙闽木拱廊桥均采用其木拱架结构形式。

如图：

拱架示意图

两层剪刀撑

2、木拱架受力结构

以三节苗木拱组与均称五节苗木拱组（简称3/5木拱组合）为例。3/5木拱组合：第一系统为三节苗系统，由3排长拱苗木和4根牛头组成一个3折边形拱。3排苗木分别是2排“三节斜苗”和1排“三节平苗”，每排分别由9根苗木组成。排与排之间采用牛头连接成整体，苗木与牛头采用燕尾榫联结。三节斜苗与三节平苗连接的牛头称为“三节苗上部牛头”，三节斜苗与桥墩连接的称为“三节苗底部牛头”。第二系统为五节苗系统，由5排差不多等长的拱苗木和6根牛头组成一个5折边形拱。5排苗木分别是2排“五节上斜苗”，2排“五节下斜苗”和1排“五节平苗”，每排分别由8根苗木穿插在第一系统中。排与排之间采用牛头连接成整体，苗木与牛头采用燕尾榫联结。五节下斜苗与五节上斜苗连接的牛头称为“五节苗中部牛头”，五节上斜苗与五节平苗连接的牛头称为“五节苗上部牛头”，五节斜苗与桥墩连接的称为“五节苗底部牛头”。

（二）木拱架苗木长度的三角函数应用

古代建造廊桥时由主墨师傅根据自己的建造经验、桥梁所处的地理位置、何载、桥矢高、桥面宽度，边施工边确定三节苗牛头、三节苗木的尺寸，再由第一系统来确定第二系统的苗木和牛头的规格。这种边施工边计算的建造技术，大大影响施工进度。由上述可知一个木拱架的两个受力系统就需要67根木材，再加上“两端平苗”，“天门柱”，“竖排架”，“剪刀撑”等共需127根木材和12根牛头。建造木拱廊桥所需木材直径均较大，一般要求梢径达到30左右，长度达到10m左右。数量如此多、规格如此大的木材采购本身就是一大难题，再加上长度无法预先确定使廊桥建造工期加长了许多。而且这种无设计图纸在当今建筑市场是无法按常规程序操作，对工程投资，工期、质量无法控制。

木拱架无设计图纸最主要的原因是无法预先计算出苗木长度。为攻克此难关，廊桥主墨师傅代代刻苦钻研，廊桥木匠胡派传至胡淼，对木拱架苗木的计算已有初步效果，现结构“浙江丽水九龙国家湿地公园一期保护工程―九龙廊桥”为实例，解说采用三角函数计算木拱架苗木长度。

九龙廊桥全长203.75米，中跨跨度39米，边跨分别为28米、22米，桥面宽度5.4米。桥长和单孔跨度在中国目前现有木拱廊桥中居首位。以中跨为例，跨净长39米，拱架高7.906米。

跨径计算长度：39+0.4=39.4米；（0.4米为伸入两侧桥墩长度）

拱架计算高度：7.906-0.35-0.3=7.256米；（0.35米，0.3米分别是三节苗下部牛头和两端平苗高度）

1、三节斜苗：7.256÷sin30°=14.512米；（30°是三节斜苗与水平线的夹角）

2、三节平苗：39.4-（7.256÷tan30°×2）=14.265米；

五节平苗进：0.45÷sin18°+0.35÷tan18°=2.533米；

3、五节平苗：14.265-2×五节平苗进=9. 20米；

4、五节上斜苗：0.45÷tan18°+0.35÷sin18°+0.45÷tan12°+0.4÷sin12°=6.568米。（12°，18°分另为五节苗上斜苗与三节斜和水平的夹角，0.45，0.4，0.35分另是三节苗上部牛头，五节苗中部牛头及五节苗上部牛头的高度，详见下图）

5、五节上斜苗：14.512-0.45÷tan12°+0.4÷sin12°=10. 465米。

6、两端平苗：7.256÷tan30°+（0.45÷sin18°+0.35÷tan18°）=15.1米。

由此木拱架两个系统每根苗木长度都计算出来，详见下图：

三、当今施工理念对风雨板功能的完善

（一）风雨板简述

在古代木拱廊桥中都有廊屋，廊屋的主要功能是满足老百姓在桥上休息、避风雨、集市、聚会、娱乐、祈祷等等活动。风雨板就像廊屋的外墙为廊屋遮风挡雨，如图所示。随着社会的进步廊屋作为集市、聚会、祈祷的功能越来越淡化，而作为观光、观景的功能越来越浓厚。如图所示古代廊屋只能从几望孔观景，不能满足观景要求。同时风雨板也影响了桥的整体美观。廊桥历史发展到1912年时，安仁永和桥重建时已对风雨板进行了改进，取消了桥面栏杆以上的风雨板，同时在桥头两端增加了许多雕刻，大大地提高了廊屋的观赏价值，也满足了观光的功能。

桥两侧面悬挂着的木板―风雨板 望孔

（二）当今施工理念的应用

上述风雨板影响整个廊桥的观赏价值，那么直接将风雨板取消可行吗？不行。廊桥多建于两山之间的河流上，山区河流横风大，斜风雨多，为保护廊桥内构件（拱架苗木、柱子）不被风雨侵腐，古人用风雨板将整个廊屋封闭起来。但这同时也将产生了几个问题：一是整个廊桥增加了很大风压，对拱架抗折强度提出了更高的要求，所以在廊桥鼎盛时期将木拱架中牛头人字支撑改进为双层剪刀撑。二是影响了观光功能。

如何做到即保护构件不受风雨侵腐又满足观光功能和减少风压强度。我认为可结合现代施工技术中的双叠重檐，风雨板改为上起栏杆处，下至木拱架起拱处，如图所示：

从上图可见廊屋通透度达到50%，大大减少了横风对廊桥的压力，同时栏杆上部约有1.8米高度完全满足观光功能。那么如此改进是否能保证廊桥内构件不受风雨侵腐呢？从图中（左侧虚线表示30°斜风雨）可看出上檐足可防30°-45°的斜风雨，而下檐基本可防30°以内的斜风雨。

四、当今施工技术对廊屋防水技术的提高

如何处理大角度斜风雨对廊桥造成侵腐呢？可结合地下室防水设计理念“防、排相结合”。

首先我们来认识一下廊桥中最需要保护的构件是什么。廊桥受力构件是―木拱架，廊屋受力构件是―梁、柱，从力学角度木拱架重要于梁、柱；如风雨对构件造成侵腐后更换的难度，如廊屋梁、柱需拆除部分廊屋屋面和桥面，而更换木拱架苗木则需拆除整个跨度内上结构；由此可知不任从受力重要性还是更换方便性出发，最需保护的构件是木拱架苗木。

如何做到“防、排结合”呢？上述中的双叠重檐及从栏杆至起拱处的风雨板即为“防”；如何“排”呢？这需利用廊桥造型及结合现代屋面防水施工技术。廊桥的造型：一般廊桥造型为弧形（中间高两头低）符合排水要求。再将桥面地面结合屋面防水技术。做法为：200厚桥面板；20厚1：2水泥砂浆找平；4厚SBS防水卷材；40厚C30细石混凝土刚性防水层（内配ф4@150双向钢筋网）；30厚1：2.5水泥浆结合层；300×300×30青石板。由此构造桥面内雨水可顺着桥面弧度流向两侧桥台，只需在两侧桥台做好雨水汇集与排流工作。同时由于廊屋两侧的通透、通风，使得桥内能保持比较干燥环境，减少了雨水对廊屋梁、柱的侵腐。

由此可见：这样屋面改进和与现代防水技术的结合，足可以保证廊桥内的构件不被风雨侵腐，也满足了廊桥观光功能，同时还可提升整个廊桥的观测价值。

五、今后木拱廊桥期望

木拱廊桥这一古老优秀的文化遗产，其科学技术价值和历史文化价值值得我们后人不断挖掘与探讨，保留并完善其独特的施工工艺，同时也需结合现代施工技术改进或解决其施工工艺缺陷，将木拱廊桥文化发扬光大。

参考文献：

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[2]唐寰澄：《中国科学技术史―桥梁卷》，科学出版社，2000年；

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[6]毕胜：《木拱桥―一种中国建构文化的研究》，南京大学建筑学院，2006年；

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