赵州桥的建筑艺术
2011-11-28 来源：作者：赵振伟 来源：中国桥梁网
赵州桥是世界上现存最古老，跨度最大的单孔圆弧敞肩石拱桥。材质为青石。全长64.4米，高8.65米，宽9米，跨度37.02米，拱矢7.23米，矢跨比为1:5.12。拱腹线的半径为27.31米，拱中心夹角85度20分33秒，桥面坡度6.5%。
赵州桥主拱由28道拱券并列砌筑，拱石厚1.03米，主拱上覆有自拱脚处厚度为24厘米，拱顶处厚度为16厘米的变厚度护拱石。主拱之上两端各设两个小拱，靠近拱脚处的两个小拱净跨为3.81米，近桥中央的两个小拱净跨为2.85米，四个敞肩拱亦均由28拱券并列砌成。拱券石厚65厘米，小拱之上护拱石厚16厘米。相邻的拱石之间均嵌有双角银锭形腰铁联结。主拱背和四个小拱背共横穿九根带圆帽头的铁拉杆。桥两侧各置1.8米外头向下延伸的钩联石六块，以加强桥体横向连结力。
主拱外侧与拱圈平行分布三条凸线，四小拱稍作收回，各起线两条，在主拱顶部浮雕龙头图案（吸水兽，也称撞拱石）
桥顶两侧各置一道桥檐石，也檐38厘米，上面和外面侧浮雕八瓣莲花图案。
桥面两侧各设栏板21间，望柱22根，均两面浮雕图案，共分两种类型，两侧中部各5间栏板，皆高浮雕，居中为饕餮，其余为各式蛟龙图案，配以6根蟠龙竹节望柱。两侧南北各8间为斗子卷叶图案栏板，亦为浮雕。地栿和寻杖间设盒唇一道，卷叶数为2、3、4不等，配以竹节宝珠望柱16根。
赵州桥的科学技术成就首先是创建了世界上第一座敞肩圆弧拱桥。
国外对圆弧拱的应用，虽较我国为早（如意大利的罗马时代建筑的法勃利克（Fabricus）桥，建于公元前62年，为圆弧拱），但矢度比较大，接近于半圆。桥墩上有小拱但不叠于大拱之上，大拱仍为实腹拱。法国境内，罗马时代的加乐德（PontduGard）水道桥，建于公元前167—158年。最上层为小拱，叠砌于下层拱之上，虽似小拱叠大拱，但仍非敞肩，而且拱均为半圆拱。法国的赛兰特（Pontdece′ret）桥，建于公元1321—1339年，是敞肩圆拱，其下大拱接近半圆。真正的敞肩弧拱，在西方迟至十九世纪才出现。法国工程师保尔（Mpaulse′iou-rne′）第一次应用敞肩圆弧型于阿道尔夫桥，时为公元1889—1903年。
赵州桥敞肩圆弧拱的出现，是石拱桥建筑史上的里程碑，是富有重要意义的伟大发明创造，给予拱桥的向前发展以巨大的生命力。赵州桥敞肩弧拱的应用，获得了一系列良好的效果：
第一， 拱肩敞开，减轻了桥身自重，既节省了材料，又能减轻桥基负担，也利于下部结构的简化。从计算得知，安济桥因此而比实肩式拱节约石料15.3%（重约500吨），由于桥身自重的减轻，从而大大减少了对桥台和地基的垂直压力和水平推力，可以使桥台造得轻巧。并直接建在天然地基上，亦可使桥台走动甚少，地基下降甚微，这样，拱圈内部应力的增加就不大。这是安济桥千年不坠的重要原因。经实地钻探表明，安济桥的桥台结构相当简单，两端桥台虽经千年使用重压，仅有极微小的走动和沉陷的现象，说明敞肩的设计是起了很大的作用的。
第二， 敞肩设计符合结构力学原理。据验算，安济桥由于拱肩上加设了四个小拱和采用16—30厘米的薄护拱石，使拱轴线（即拱圈的中心线）和恒载压力线甚为接近，造成拱圈各个横截面上均受压力和受到极小的拉力。众所周知，拱石抗压强度极高，单单受压是压不坏的。这是安济桥主拱圈千年不坠的又一重要原因。
第三， 敞肩拱可以辅助渲泄洪水（安济桥四个小拱大约可增加过水面积16.5%）而减轻水流对大桥的平推力。正如唐张嘉贞所谓“两涯嵌四穴，盖以杀怒水之荡突，虽怀山而固护焉。”1963年特大洪水，洪峰水位距主拱顶仅一米多，四个小拱全部过水，大大增加了泄洪能力。
赵州桥为古代圆弧拱大跨度之首，打破了以前半圆拱的惯例，这是拱桥发展的一个飞跃。所谓圆弧，是利用小于半圆的弧段，作为拱桥的承重结构。于是在相同跨度的情况下，可以较半圆拱大幅度的降低桥梁高度；反之，在相同的桥梁高度时，可以较半圆拱更大的跨度。两者结合，使拱桥技术克服障碍产生飞跃。
赵州桥正是这样的典范，其跨径37.02米，拱矢7.23米，矢跨比为1：5.12，跨度很大，弧形平缓（即坦拱），故形成桥面坡度为6.5%，桥面较平坦，便利车辆通行，桥下行船也很方便。
赵州桥的桥台座落在天然地基上，如此巨大的石拱桥，而且又是坦拱桥，桥身自重对桥台的水平推力很大，对桥台结构和地基的要求就要相应提高。现代工程界一些不了解安济桥基础的人士都猜测该桥的桥台必然是既深又大，是后座型式。基础结构也必然是很复杂，很可能有桩基等等。然而，通过1979年的机械钻探和人工坑探，钻探的结果表明：安济桥为低拱脚、浅桥台。桥台是由五层排石垒成，呈钜形，总厚度仅1.57米，南北长度仅有5米左右，真是大大出乎人们的意料之外。桥的地基也并未作任何加固处理，是第四纪冲积层（亚粘士层），地层稳定，地质均匀，是良好的天然地基。河水从上游所挟泥砂到此逐渐淤积，河床淤积大于冲刷，对保护桥基也有很好的作用。但在这样简单的地基上建造如此巨大跨度的坦拱石桥，这在中外建桥史上实属罕见。说明中国古代建桥匠师对水文、地质、结构力学已经有了较深的认识，能够综合掌握运用。
赵州桥主拱圈和四个小拱均采用纵向并列砌筑法，这种砌筑方法可以使每一道拱圈独立站稳，自成体系。便于一道一道拱券逐次施工，架桥期间如遇洪水也安然无恙。倘若日久某道拱券损坏，便于单独修补。
赵州桥还采用铁拉杆横穿，双银锭形腰铁嵌联，长条钩石，护拱石以及两侧收分等措施，以加强横向连接。
综上所述，赵州桥的建成，标志着我国造桥技术达到了新的水平，赵州桥具有重大的科学价值。其影响是巨大的，深远的，自赵州桥建成后，争相仿造者比比皆是，首先在赵州附近及至近邻省份相继出现了仿例。
赵县境内的永通桥（唐），沙河店桥（年代不详），济美桥（明）。
栾城东门外凌空桥（金），宁晋县的古丁桥，行唐县的升仙桥（宋），山西晋城景德桥（金），淳县迎恩桥（金），井陉苍岩山桥楼殿（隋），井陉天威军桥，原平县普济桥（金），义同镇来宣桥（金）等。
这些在赵州桥影响下所建造的古桥，在规模上均未超过赵州桥，新中国成立后，国内石拱桥技术得到了发扬光大。根据国家基本建设的需要，修建了许多规模超过赵州桥的石拱桥，拱桥，如云南省盘江长虹桥，跨径112米，首次突破了百米关，把我国的敞肩坦拱石桥的设计和施工技术提高到更新的水平。四川省丰都县用小石子混凝土砌石和片石建成的九溪沟大桥，跨径116米，是目前国内外最大跨度的石拱桥，成昆铁路一线天铁路桥，跨径54米，是古为今用的生动范例，而后来的双曲拱桥，则是赵州桥型的推陈出新。
赵州桥在世界桥梁建筑史上占有极其重要的地位，在国外的影响是很大的。英国的李约瑟，日本的祐岛贷，成濑泰雄，山口祐造等对桥梁史有精深研究的国外学者，教授，都给予赵州桥高度的评价，中国弓形敞肩拱桥确实优先千年以上，国外至铁路时代（十九世纪七十年代），西方才出现了一些可以相比的桥梁。并认为，“赵州桥创造的敞肩拱学派，对古今世界的桥梁工程产生巨大的深远的影响。李春的敞肩拱桥建筑成了现代许多钢筋混凝土桥的祖先”，“它们废除了拱圈和桥面之间的所有填料，而仅以一些直柱或一个网状的混凝土杆件结构连结起来。”
