2.4　建造技艺

关于我国古代桥梁的建造技艺，除了在地方志和考工书籍中记载有只言片语外，系统的专著是非常缺乏的。这一方面和过去轻视技术、“百工优伶”地位很低有关，另一方面民间匠师或者为了生存竞争而只采取手口相传的方式，或者由于缺乏文化知识而无法将技艺记载传承下来。事实上古桥的建造技艺是多学科知识的综合应用，“从桥型设计技术到施工技术，再到建桥材料、操作工具，都包含了多学科的科学技术知识”。后人通过不断的实践，总结出成功的经验和失败的教训，也在不断提升古桥的建造技艺。

古桥的建造自下而上，先是基础的施工，然后才是上部结构的砌筑。这里主要介绍一下围堰、基础修筑、拱券砌筑、桥堍建造、建桥材料等几项内容。

2.4.1　围堰

古代修桥，在进行基础施工时，有两种施工方法：干修法和水修法。干修法是指在堰内修桥，等桥修好后再开堰放水。水修法是在河道枯水期的时候，直接在河道内进行施工。

在水中施工为水修法，筑堰将河道上下游水流完全堵住的无水施工则为干修法。干修法施工难度较低，且砌筑质量有保障；水修法则可避免施工带来的断航问题。上海地区降雨充沛，湖泊众多，河道常年不断流，所以修筑桥梁基础一般用水修法。水修法需要在水中围堰建造，也会选择水位相对较低的冬季枯水期施工，以便减少围堰的高度。

关于围堰的施工方式，早在明清时期就有明确文字记载。通常做法是：

（1）将沙土填入竹笼中，或者将泥巴装入草袋中，垒成方形以作为第一道防水线，并打捞清理围堰内的基底。

（2）清理完毕后在围堰内做“柜”，即利用木板桩沙土围堰作第二道防线。

（3）在两道围堰后，抽干“柜”内的水，并抽掉一半“柜”外堰内的水，利用双层围堰递减水压。

（4）在爬耖（挖泥斗）、抽水后，在“柜”内打木桩、砌筑承台和放置水盘石等。

如图2-101所示为围堰后的浦东洪德桥。

2.4.2　基础修筑

修筑桥梁最理想的地基是岩质地基，但是上海却是软土地基，因此要特别重视对桥梁基础的处理。一般来说，在软土地基上修筑桥梁基础的方法，有以下几种：

1）更换土壤

挖去基础部位一定深度的软土，将挖去软土的地基进行夯实，再填上沙、砂卵石土并逐层夯实。这种方法适用于建造体量较小的古桥。

2）打砂桩

即以砂桩挤密软土层，以便排出饱和水，加速软黏土的固结，从而加快完成沉降。随着荷载增加，水分不断被挤出，土壤也会不断地固结，从而不断提高地基强度。此种方法较为经济。

3）打木桩

这是中国民间造桥最常用的手法，也是上海古桥建造时采用的较普遍的手法。采用这种做法首先需要打桩，以承托古桥上部较大的荷载，一般木桩直径为15～20厘米，入土深2～5米，要打得很紧密，桩距不得大于30厘米，这些密而短的木桩可以起到密实、加固土壤的作用。

笔者走访上海修桥匠人时他们提到，在桩的四周，密植双排桩围成矩形，可以起到围合固定的作用。木桩之间用小石块塞满，可以减少木桩歪闪的情况，同时加大承托能力，整个桩基的范围会大于水盘石的面积。一般桩顶离水面约60厘米，这个高度里可以布置三层承台石板，承台上是水盘石（桩帽石），水盘石上做桥堍和桥墩。上层石板上会开凿拱脚槽，相邻两孔拱券的拱脚紧靠着置于桥墩上面的槽内。

如图2-102所示为闵行华家桥修缮时进行基础打桩的场景，桥墩下的桩基础如图2-103所示。

打好的桩基既可以加固土壤，又可以将力传递到下面较为密实的持力层。桩头用片石嵌紧保护，桩顶上铺砌三层承台石，每层约20厘米高，石板一米见方，最上部搁置整块的水盘石，将整个桩基联为一体。水盘石为一整块大石头，厚度一般在40～60厘米。五跨的朱家角放生桥的水盘石厚度为80厘米（见图2–104）；奉贤的继芳桥在迁移过程中发现水盘石厚度竟达到了100厘米，重量超过1吨（见图2–105），可见古人对这块石头的重视。从力学、建筑构造上来讲，厚重而完整的水盘石是保证上部结构稳定的重要构件。

2.4.3　拱券砌筑

拱券的砌筑从拱脚开始。江南地区由于地处冲积平原，地基土质较软，这一地区的石拱桥多采用短木桩作为基础，因而对拱券的重量控制要求较高，需要拱券尽可能轻巧，桥基也需要尽可能减少不均匀沉降的发生，所以江南水乡石拱桥的拱券石都较薄。

石拱桥拱券的砌筑是不能够靠自立安装的，必须在拱胎或木拱架这种临时性构架上砌筑。木拱架或直接架在木桩基上，插入桥墩侧面预留孔洞内，或架在预留出的几块石块上。这种挑出的石头会在施工完成后保留下来，并成为装饰性的龙头石或桥耳朵。

如图2-106所示为松江东杨家桥修缮时搭的木拱架，其细部结构见图2-107。

在第二章的结构特征一节中，已经简单介绍过上海古桥的拱券砌筑方式有三种，即横联分节并列式、分节并列式、分节并列与横联混合式。现将前两种砌筑方式介绍如下：

1）横联分节并列式拱券的砌筑方式

横联分节并列式是江南地区较为普遍的拱券砌筑方法。由于有龙筋石，在砌筑时，安置龙筋石之前，先用楔木将其比设计要求的垫高10～40厘米左右，具体由实际情况决定。然后由两端向中间安置券板石。券板石内弯，板面琢成弯月形，两端雕琢出榫头。第一层券板下端置于桥墩的卯槽内，上端插入30～40厘米厚的通长龙筋石卯槽内。券板石下皮要雕琢平滑，与龙筋石下部保持平整。龙筋石截面也呈圆弧形，两侧面凿有卯槽，便于连接上下的券板石。砌至顶部时，安装龙筋石和合龙券板石。当榫口对接后，撤去楔木使全部拱券合龙。

2）分节并列式拱券的砌筑方式

分节并列式拱券中由于没有龙筋石，靠券板石彼此相连形成拱券，所以券板石一端凿有榫头，一端凿有卯槽。中间的券板石两侧均凿有榫头，以方便联锁。在此类拱券的砌筑中，不使用灰浆，有时会在拱背上涂抹油灰（石灰与桐油拌和而成，有时掺入麻刀）以减少雨水侵入石缝中，延长券板石的寿命。由于这种拱券的出现比较早，上海地区现有这种拱券的桥梁保留下来的不多。

如图2-108所示为青浦麟趾桥拱券砌筑的现场实景。

2.4.4　桥堍建造

梁桥和拱桥皆有桥堍，其重要性在于：一方面这是桥和驳岸相连处，桥上部的荷载会通过此处的基础传递重力；另一方面，江南水乡，水位和驳岸的落差不大，而为了便于通航，桥都需要起坡抬高，所以桥堍处还需要做坡道或者阶梯形踏道，拱桥还需要通过桥堍将拱的推力传递到岸上，而坡道上的石恒载分布更接近于圆弧拱轴线，符合压力线的要求。另外，桥堍的俯瞰平面多呈八字形，即越往两头桥的宽度越大，这实际上是分散侧推力的合理做法，增加了桥的稳定性。

桥堍包括山花墙及其背后的内填土。填土一般为三合土，将生石灰（氧化钙）研磨成末，与砂土、碎石拌成三合土填入山花墙内并夯实。当三合土水吸水后，会与生石灰反应形成氢氧化钙，利用其胶凝作用将整个三合土连成整体，之后氢氧化钙与二氧化碳进一步反应，形成碳酸钙，具有一定的强度，可以支撑仰天石和踏步石的重量。另外，此结构也有较好的不透水性，对下部的拱券石有保护作用。

如图2–109所示为嘉定六泉桥修缮时重新砌筑山花墙。图2–110所示为工人水下现制三合土。

由于桥堍内部使用三合土填充，山花墙会承受较多的水平推力，“钉靴式”（见图2-111）方法能够较好地解决这一问题，即砌筑时将构筑边墙的石块伸入填料之内，好似钉靴踩入泥土一样。《中国古桥技术史》称：“钉靴式墙，就是用同样尺寸的条石，一丁一顺砌筑。外墙平整，内墙成钉靴形，边砌边填灰土，近于有锚着式的挡土。而梁桥的桥堍则在棱角处使用石柱结角，上面搁置条石和石柱扣搭。这种“锁石”有效地将桥堍与桥面板拉结，增强了结构的整体性。

如图2-112所示为青浦莲寿桥桥堍山花墙的“钉靴式”做法。

2.4.5　建桥材料

建桥材料是影响桥梁寿命的关键所在。古桥存在于自然界，要经受风吹雨打，必然对其建造材料的耐久性、结构的安全性、构造的合理性都有较高要求。只有坚实的材料、稳定安全的结构、合理的构造，才能保证桥梁的长期使用。

上海古桥非常讲究建桥材料的质量，采用上乘的建筑材料，因此很多古桥历经漫长岁月而依然坚固。

1.石材

从案例统计来看，上海古桥常用的石材为武康石、青石和金山石等，其中青石和武康石均属于较为常见的沉积岩，是岩石沉积物固结而成的产物；金山石是花岗岩，为较为典型的岩浆岩。

因为石料本身的光泽和色彩，古代石桥相较于混凝土桥具有更古雅的美感。如武康石自然状态下多数呈淡紫色，少数呈黄褐色，表面经风雨侵蚀会因氧化呈现紫色，也被称为“紫金石”。其另外一个优势在于吸水性和略微发涩的表面。在下雨的时候，武康石表面也不会湿滑，故而是理想且优质的古桥建造材料。

武康石采石始于唐代，盛于两宋，所以上海凡是用到这类石材的桥梁，一般是元代以前较早建造的桥梁，如松江区方塔园内的望仙桥。上海地区现存最早的古桥松江望仙桥，始建于南宋绍兴年间（1131—1162），其桥面即由四块略呈拱形的武康石条并铺而成，中间两块武康石后来破损，由花岗石替换。

青石，即石灰岩，是较为常见的建造材料，多为白色、灰色和黑色，具有良好的加工性。上海地区称这种石灰石为青石，是因为常用的为灰色的缘故。上海古桥中用到的这类石材主要是来自苏州西山的青石，和太湖石属于同一种石材。青石的使用时间主要是元、明时期，到明末，开始有了金山石材料的使用。

如图2-113、图2-114所示为青浦练塘镇朝真桥和朱家角泰安桥上的青石。

金山石属于常见的花岗岩，美观且具有较高的抗压强度。上海产的金山石并非来自今天的金山区，而是苏州木渎的金山浜。上海金山石用于桥梁建造的时间主要是清代。

如表2-3所示为石拱桥用石料石质参数情况。

经试验测试研究发现，在石拱桥的建造中，对于石料的选择以极限抗压强度大于29.4兆帕为宜，低于此极限强度的石料比较容易风化。通常，在拱桥石料的选择上会考虑厚度大于20厘米，宽度为厚度1.5～2.0倍、长度为厚度1.5～3.0倍的石料。

石材的劣化主要受石料本身的强度和吸水率的影响。强度较低的石材容易受到风化的影响；而吸水率较大、孔隙率较大的石材，导致其劣化的主要原因是来自冻融循环的影响；另外砂浆和石材吸水率之间的差异也是导致石材发生劣化的原因。因此，金山石的耐久性好于青石，青石的耐久性又好于武康石。但是从加工的难度来讲，金山石的硬度大于青石，青石大于武康石，这恰恰反映了古人石材加工能力由低到高的变化过程。其背后的原因是加工工具性能的提高，也就是开采加工石材的铁器硬度的提高。

由于花岗岩拥有较高的抗压强度和较低的吸水率，在后期的桥梁建设中逐渐以花岗岩取代石灰岩和砂岩。而早期由青石和武康石建造的古代桥梁，大都已经在历史的变迁中因为逐渐损毁而大量消失，现保留良好的古代桥梁多为清朝时期由花岗岩建造的桥梁。

2.灰浆

石桥建造会用到砂浆，上海地区很少见到干砌做法而一般是浆砌。干砌石是不用胶结材料的块石砌体，浆砌石是使用胶结材料的块石砌体。上海的桥，小砌块砌体部分，如桥堍、挡墙、踏步下方等会采用浆砌，就算是在立壁墩和桥帽石、拱券石与龙筋石之间用了榫卯连接，还是会用灰浆填缝。浆砌主要是通过砂浆填平石缝间的空隙，使得石料受力均匀，同时也有一定的阻挡渗漏水的作用。

在灰缝较薄时，灰浆起垫层和胶结的作用；灰浆较厚时，则砌体强度由灰浆决定。一般情况下因为砂浆的强度本身要弱于石料的强度，所以砂浆较厚的砌体的强度也相对会弱一些。灰浆收缩会对拱券的使用产生影响，而且灰浆本身强度要弱于拱石，这样一来就会成为拱券内的薄弱环节。

如图2-115所示为嘉定六泉桥修缮时的砂浆勾缝。

由于一般石灰砂浆硬化后的强度不高，所以只能起到填充胶结的作用，而对于桥梁这种对强度要求比较高的构筑物，使用石灰砂浆时对其强度有更高的要求。据有经验的匠人反映，上海的桥梁砌筑通常会用到糯米石灰，有时甚至能在老的石灰砂浆里看到糯米粒的形态。这和古代文献里的记载也是一致的。在唐李林甫等撰的《唐六典》中有记载：“南河石工，后槽例用三合土，系以灰、土及米汁捣成。”对此曾有苏南地区的石作匠人介绍，一般会在灰块加水发热时加入黄砂一同搅匀，并将煮好的糯米汁导入砂浆内和匀，糯米汁需要达到滴浆可成丝的程度。这种和匀后的砂浆用于拱券灌浆，其强度高于普通石灰砂浆，同时还具有更好的抗渗性。

另外，该匠人也提到在糯米石灰里加入明矾可以提高硬度，特别是早期强度。有资料显示掺入明矾或硫酸铝的糯米灰浆，其28天的抗压强度分别提高了2.6倍和2.0倍。

需要说明的是石灰砂浆是一个统称，在不同部位使用时会和不同的材料混合。这里讲到的糯米石灰砂浆，如果在石块间做砌筑用，一般不掺黄砂或者黏土，但是在三合土里，则会加入黄砂或者黏土一起混合夯实。

3.木材

在上海地区的古桥建设中，木材主要用于水下桩基础、石木混合梁桥中的木梁部分以及部分石桥上部的木质栏杆等构件。上海石柱木梁桥的案例中，最具典型性的是迎祥桥，其木梁为楠木。楠木较江南地区常用的杉木木质紧密、硬度高，更耐腐蚀，并且具有不易变形的特点。

上海地处冲积平原，土质多为淤泥质，属软土地基。因此，桥梁的柱墩下方需要打桩承托上部较大的荷载。根据修缮过程中的发现，古桥的木桩材质多为杉木和松木，直径一般在10～12厘米，桥的墩柱下方由于单位面积受力更大，桩长要大于桥堍下方的桩。前者长度为2.0～2.5米左右，后者一般为1.5米左右。桩在中心布局时为梅花形，到四周则密植双排围成矩形，起到围合固定的作用。木桩之间用小石块塞满，可以减少木桩歪闪的情况，同时加大承托能力。

整个桩基础的木桩常年在水位线以下，处于隔绝空气的状态。这也是木材所谓“干千年，湿千年，半干半湿两三年”的特点，指的是木材在含水率很小或很大时，使用年限都很长，而半干半湿或时干时湿的木材就很容易腐朽。因此，将木材运用于隔绝空气的水下，反而不容易腐烂。