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泰顺文兴桥修缮中的若干问题探析
2011-11-25 来源:作者:周淼 胡石 来源:中国桥梁网
文兴桥是“木拱廊桥之乡”泰顺县著名的斜桥,在浙闽地区现存的众多木拱廊桥中显得独树一帜,其倾斜的风姿在媒体、出版物和互联网上广为流传,常被形象地称为“扯桥”。然而,历经百年风雨的文兴桥至今已经严重老损,加之温州地区夏季饱受台风侵袭,时刻都有倾覆的危险,抢修文兴桥已经迫在眉睫。2008年底,东南大学建筑学院承担了文兴桥的修缮设计任务,我们从此与文兴桥结缘。2009年元旦刚过,笔者第一次赴泰顺考察文兴桥,发现桥体倾斜严重,多根桥苗已产生折断裂痕,廊屋倾斜歪闪,一时很难摸清桥体倾斜原因,对拿出何种解决方案也没有把握。后来又多次实地考察、测绘、调研,直至文兴桥修缮竣工,笔者已经六访文兴桥,腹中诸多感触难以言表。
    

    图1文兴桥北立面胡石摄影

    

    图2文兴桥周边环境三维扫描点云自绘
    

    图3文兴桥及周边环境自摄

 
    1、解读——初识文兴桥

    1.1文兴桥历史沿革

    文兴桥位于浙江省泰顺县筱村镇,该桥横跨玉溪之上,呈东西走向,西侧是山,玉溪自东南流经此处折向东北。根据《泰顺交通志》和泰顺县文物保护管理档案中的记载可知,该桥创建于清咸丰七年(1857年),民国十九年(1930年)村民集资大洋262元重修,1990年11月,泰顺县文博馆拨款1000 元进行加固(图1~图3)。

    1.2文兴桥构造和形象特征

    文兴桥是浙闽山区典型的编梁木拱廊桥,主要由桥墩、桥体、廊屋组成。

    桥体为编梁木拱结构,由三节苗系统、五节苗系统、剪刀苗、平梁、排架柱等结构组成。三节苗系统分为两边各一组斜苗和中间一组平苗,每组9根,共27根;斜苗与平苗交接节点处是大牛头(三节苗牛头)。五节苗系统包括五组杆件和四根小牛头,五组杆件分别是两边各两组斜苗和中间一组平苗,两边斜苗每组8根,中间平苗10根,共42根。剪刀苗是斜撑杆件,在文兴桥中共使用三组,两组为剪刀撑,一组为人字撑。平梁上架设桥面板供行人通行,故坡度较缓。排架柱的作用即是把平梁架设在三五节苗系统上。

    廊屋构架形式为为穿斗式,两端作歇山翼角,中间三间作重檐歇山顶,明间北向安放神龛供奉神祗,神像面南正是河水流过来的方向,这与其他廊桥神像朝向规律是一致的。文兴桥外观奇伟,装饰简洁。廊屋出檐深渊,屋面坡度平缓,檐口和屋脊生起大,颇具古风。柱、遮雨板、封檐板等构件均涂刷深红色油漆,这是当地村传统的装饰手法,即防腐又美观。

    1.3“扯桥”成因传说

    文兴桥的结构非常奇特,左右不对称的结构使得该桥在泰顺众多廊桥中备受关注。关于桥体西高东低的成因,在民间流传有这样几种说法。

    第一个传说是“重量作用说”:相传当年建造该桥时的把墨师傅是金华人,他带了一名当地的青年为徒。造桥时徒弟怕自己负责的一端不牢固,而加用了几箩铁钉,因此该桥桥身向铁钉较少的方向倾斜。

    另一个传说是“两组工匠说”:当年建桥的时候,请来两位师傅,分别从两岸同时建造。两位师傅对于造桥的方案各执己见,互不让步。当造到中间时,才发现两边的高度不一样,这时已来不及拆了重造,只得倾斜着合龙。

    还有第三种传说则是“预防洪水说”:文兴桥建在溪水的转弯处,因为溪水受到弯壁的阻碍,所以溪水产生一边高一边低,一边急一边缓的现象,而文兴桥也因此建成一边高一边矮的造型,这是竭力使桥梁避免被洪水冲击的技法。

    2、方法——精细测绘与现状勘察
    

    图4三维激光扫描仪自摄

    2.1现状勘察的内容

    虽然浙闽山区木拱廊桥结构类似,但在具体结构构造做法上仍有不少差异。为了摸清文兴桥的建筑结构和残损状况,我们对文兴桥进行了较为精细的测绘和详细的现状勘察。现状勘察的内容主要包括三方面:

    第一方面是测绘桥体与廊屋结构:(1)认识并掌握文兴桥的结构形式;(2)了解榫卯节点形式;(3)测量构件尺寸;(4)发现独特之处。

    第二方面是记录残损信息与病害类型:(1)脱榫;(2)开裂;(3)虫蛀。

    第三方面为测量桥体变形情况:(1)全站仪观测;(2)三维扫描仪获取点云数据;(3)手工测量(图4)。

    而对于文兴桥这种极为特殊、极为复杂的案例,只有较为深入地了解其结构构造特点、残损病害类型等问题,才能做到“对症下药”——制定适当的修缮方案。因此,最大程度上获取现状信息就显得尤为重要。这就引出了关于精细测绘的讨论。

    2.2精细测绘的意义

    在以往传统的测绘中,对于桥体跨度、矢高,以及节苗变形状况是无法精确描绘表述的。新的设备和技术的应用使得精细测绘文兴桥桥体成为可能。笔者使用全站仪获取关键结构节点的空间坐标,三维激光扫描仪获取的点云数据则可以清晰直观地反映桥苗现状。新仪器和新技术的应用大大提高了测量效率,使得笔者在现场将更多的时间投入到细部观察测量、
    

    图5文兴桥桥体俯视(上)、北视三维扫描数据

    残损病害记录工作中去。这样,精细测绘最终得到的就不仅仅是一份精准的测绘图,而是一套完整的现状数据库。数据库中包含有测绘图、三维模型、记录表格、照片等。数据库所反映的内容就包括:建筑型制规模、细部构造作法、变形情况、残损病害类型等;基于这个数据库,就可以对建筑本体的保存状况进行评估,分析残损与病害的成因,并有针对性地进行修缮方案设计。

    借助于三维激光扫描数据,笔者发现三节苗平苗两侧牛头竟有1.46米的高差,西侧桥面非常陡,相比之下东侧桥面则较为平缓。东侧五节苗中段斜苗甚至被大牛头压成S形,数根五节苗产生折断裂痕;西侧中段五节苗则受压成C形。除了西高东低倾斜,桥体还发生了南北向的扭转,桥体扭转还造成了廊屋的倾斜,西侧桥体廊屋向南倾斜,东侧桥体廊屋则向北倾斜。对诸多变形情况的准确把握得益于先进仪器和技术的使用(图5~图7)。
    

    图6文兴桥纵剖面自绘
    

    图7文兴桥三维模型自绘

    3、设计——病害分析与修缮方案

    3.1残损病害情况

    (1) 桥身倾斜及扭转情况

    桥身竖向平面内倾斜:现文兴桥东侧三节苗牛头处出现肉眼可见的垮塌下沉,根据仪器测量,东侧三节苗牛头较西侧三节苗牛头低约146厘米,表现在外观上廊桥呈现东低西高的不对称形态,从结构角度而言,呈典型的拱结构平面内破坏变形情况,即一侧下沉变形,同时导致另一侧对称的顶升变形。如以桥中心线为轴,两侧变形量接近相等,变形量以146厘米的一半计,接近75厘米,为拱跨的2.5%,矢高的16%,根据多位专家判断已接近结构破坏的临界点。

    (2) 木构架及重要木构尺寸及损坏情况

    桥拱三节苗相交处局部垮塌,导致桥体上部构架多处发生倾斜、歪闪、拉脱现象,桥体出现险情。部分柱、梁开裂严重,部分木构件受潮、受虫蛀,以柱根为重。

    (3) 屋面和小木作损坏情况

    挑檐檩尺寸偏小,致使檐口曲线有形变。由于屋面有组织排水老化,出现漏雨现象,椽子等构件有不同程度糟朽,多数板椽下挠。地板厚度为2cm,厚度偏小,挠度较大,不能满足承载要求,但由于年久失修,木楼板局部木料腐烂。

    (4) 灰塑和彩绘损坏情况

    一层翼角灰塑局部有损坏。二层屋脊彩绘局部脱落。廊屋侧壁彩绘由于壁板受潮,局部发黑,局部彩绘颜色改变,甚至脱落。亟待整理保护。

    3.2可行修缮设计方案

    根据以上对残损病害的分析。笔者制定了三种可行修缮设计方案:

    (1) 传统修缮方法。即将桥体拆解,全面检查构件情况,按原状重新搭建文兴桥;根据工匠调查,传统的廊桥维修方法为自上而下,根据修建廊桥的相反步骤,对桥体木构进行解体。传统采用龙门架方式,当下可采用满堂脚手架的方法。先编号解体桥屋,后解体桥面板和平梁系统,再解体五节苗系统,最后解体三节苗系统。在解体后详细勘察每根构件的保存状况,尤其是榫卯节点的保存情况,分别进行替换和修补。之后在传统办法中,工匠通常采取的截长补短的方式,即将榫卯损坏的三节苗截断用作五节苗使用,长的五节苗截短供短的五节苗使用,这样保证老料尽可能的不被浪费。

    (2) 第二种为顶升加固。即不拆解桥体主要结构,针对现存桥体东侧低、西侧高的现状,通过搭建满堂脚手架,通过外加荷载,调整改变拱的变形形态。也就是先将桥屋解体,然后在东侧三节苗牛头处通过千斤顶向上顶升,在西侧三节苗处的桥面上施加对称的向下荷载,通过缓慢的逐步加载,让桥体变形恢复减小,直至重新达至平衡点,恢复编梁木拱桥的正常受力状态。此后,对牛头及节苗进行体系外加固,对完全损坏的四根三节苗和五节苗以及东侧三节苗牛头则通过局部卸荷的方式进行局部替换,对保留构件及其节点使用外包钢或粘贴碳纤维布的方式加固。

    (3) 第三种为保存现状。通过体系外的结构形式代替原结构体系受力。也就是通过在桥体下部增加钢结构体系,承担现有桥体荷载,仍旧保存桥体倾斜状态。

    3.3修缮方案选择

    根据上述可能方案的利弊权衡,此次修缮采取解体修缮与体系外加固并用的办法。具体为根据传统修缮方式对桥屋及下部节苗系统进行落架解体,更换已完全破坏的节苗和牛头,对经评估整体保存尚好仅榫卯节点部分损坏的节苗及牛头,采取体系外方式加固。构件分别加固后,按原传统工艺恢复至可控制的倾斜状态。

    4、解析——落架记录与倾斜原因判定

    图8拆卸三节苗平苗自摄

    2010年8月,赶在台风到来之前,文兴桥落架完成。在落架过程中,笔者仔细观察了桥体构件榫卯节点形式,并完善了残损记录(图8)。

    根据对细节的记录,可以判定,文兴桥的倾斜是由于结构体系中的缺陷造成的。虽然编梁木拱桥的形态接近拱形,但其受力机制并非理论力学上的“拱”。构成桥体的节苗杆件既受压又受弯,又由于长细比较大,还需要通过在杆件之间添加木楔来增强整体稳定性;榫卯节点在受拉的状态下无能为力;理论上的受力平衡状态很难达到,偏向一侧形成超静定结构反而成为这类廊桥存在的常态,泰顺仙居桥、北涧桥、溪东桥均是如此。
    5、保存——落成与安位法会

    

    图9修缮竣工后的文兴桥自摄
    

    图10修缮后的桥体西侧(左)和东侧(右)自摄

    

    图11安位法会时的廊屋自摄

    2011年5月,文兴桥修缮工程竣工。经过现场回访,笔者认为本次修缮基本符合《文物保护法》和《文物古迹保护准则》对当今建筑遗产保护工程所提出的要求;在很大程度上保存了文兴桥的原有形制和结构,桥体和廊屋的老木料经落架检查、加固补强后复归原处,尽可能多地保存了原有木构件;经过检查,更换了若干已失去强度的三节苗、五节苗和牛头,新构件依老料的形制和样式进行加工;更换了桥面板、遮雨板、板椽、檩条等存在安全隐患的部分老化构件,确保了廊桥的安全可靠;使用传统技术工艺和传统材料,新更换的构件和补强构件均可以拆卸和替换,不影响今后的保存和修缮。此外,文兴桥不仅仅是一座跨度较大的木拱廊桥,更为独特的是其倾斜的形态,“扯桥”、“斜桥”已成为文兴桥的代名词,经修缮后,“扯桥”的独特风貌得以延续。修缮后的文兴桥纠正了西高东低的桥体变形以及南北向的歪闪的现象,消除了结构隐患;为了保留倾斜风貌,西端三节苗仍比东段三节苗高30cm,但这种斜度属于可控制的倾斜范围;现在看到文兴桥仍保有较大的斜度,是通过在平梁、平苗上架设格栅把桥面垫高、垫斜,檩条上加垫木、生头木以强化倾斜形态,外观上遮雨板仍然作成倾斜的形状(图9,图10)。

    2011年8月底,笔者第六次赴泰顺考察廊桥,听说筱村正在举行文兴桥新神像安位法会,趁夜色包车赶到筱村观看。安位法会的由来是因为原先文兴桥廊屋明间神龛供奉的神像已经残破,村民集资更换神像,法会共持续了三天两夜,主要的法事内容包括送神、发符、发奏、建坛、诵经、点睛等,仪式的最高潮是给新神像点睛。对我们来说,是学习人类学、民俗学难得的机会(图11)。

    文兴桥既是国家重点文物保护单位,同时还承载着附近居民的精神信仰,笔者很高兴地看到,修缮后的文兴桥不仅保存了文物建筑本体,还使得该桥承载的社会职能得以延续。这样,154岁的文兴桥仍然是“活着”的,希望在今后更长的时间里她依然“健康”。
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