第6章
街道中一个最为重要的部分是桥梁。不是每一个地方都适合于建造一座桥梁。桥梁最好坐落在每一个人都可以使用的中心位置,而不是放在有一点偏远的孤立角落中,只为少数几个人提供便利;此外,一座桥梁应该坐落在比较容易建造,不会花费巨大造价的地方,同时,应该是在有望保持其永久站立的地方。因而,对河段也必须加以选择,要在那些水不是太深的地方,也不要在河岸太陡峭,河床不平坦或不确定的地方,而应该是在平缓和可靠的地方。那些有漩涡、深渊及断裂的地方和其他一些凶险叵测的地方,尤其是那些河岸有急转弯、形成肘形转折的地方,一定要避开。因为,除了这类河岸必须要避开的一些明显事实之外,树干及其他一些被洪水所连根拔起的植物,将不会十分顺利地随着流水穿过这个肘弯地带,而是会在那里盘旋,相互的堵截,累积而久就会叠成一个巨大的堆积体,集中在桥墩的位置上。桥梁的拱洞口将会被堵塞并渐渐被堵死,直到桥梁被水的压力与冲力所挤压并摧毁。
恺撒在莱茵河上架设的桥
桥梁既可以是石结构的,也可以是木结构的。我们将首先讨论木构桥梁,因为这样的桥梁比较容易被建造,然后,再继续讨论石构的桥梁。两种桥梁都应该被坚固地建造;因而,一座木构桥梁应该使用大量坚硬的木材加以强固。从整体上而言,要做到这一点的最好办法就是追随恺撒的著名例子,恺撒是按照这样一种方式去建造他自己的桥梁的81:他用“一对柱子,有一尺半厚,柱根有一点削尖,其长度是按照河流的深度而变化的;他将这一对柱子以两尺的间隔捆绑在一起。这些木柱被用提升器移入水中,插入水底,并用打桩机将其就位,但不是像柱子一样垂直打插入的,而是与水流的方向之间有一个倾斜的角度。在这一对柱子的对面,还栽有其他一些柱子,并以同样的方式绑在一起,立在下游方向40尺远的地方,迎着水流的冲力。在这样的两组柱子之间,按照我们所描述安置就位后,在其上插入木梁来加以连接,梁有两尺厚,梁的长度与树立起来的柱子的连接点的距离相同。82一旦这些木梁以这种方式被插入木柱之间,就要在其外侧植入两组支架。这使得这些柱子保持适当的距离,并从相反的方向对柱子起到了支撑作用;这样的结构是如此地坚固,以这样一种方式,其作用的方式也是自然的,即水流的力量越大,构件之间的连接也越紧密。在这一结构的顶部,木材的断面是按直角摆放的,然后铺放上一层木方与枝编物。一些木梁有一点细长,但并不是不够结实的,被称作‘小支撑’83,因为它们被放在了下面,倾斜地顺着水流方向楔入,其作用就像是一根用于支撑的支柱。用同样的方式,再用一些木料放在水流上方一点的地方,以一种保护性的形式,以减少冲击,并对敌人的炮轰及由树干或船等任何可能对桥梁造成的损害加以防范。”关于恺撒的建造方法就谈这么多。
在这里提到装置在维罗纳的用铁条构筑的鞍形木桥将不会是不恰当的,特别是在这座桥梁上穿越的是四轮货车和客车。
这里将讨论如何处置石构桥梁,石桥是由如下要素组成的:桥堍、桥墩、桥拱、铺石桥面。桥堍不同于桥墩,因为桥堍必须保持完全稳定,这不仅是为了支撑由桥拱所施加的重量(如桥墩所必须承担的),而且此外还要支撑桥头,并保证桥拱的可靠无疑,以防止它们之间的分离。因此,一段完全由岩石组成的河段应该是优先的选择,因为这样的河段会对桥头提供最可靠的支持。
桥墩的数量与河流的宽度有关。一个奇数的桥拱数看起来要令人愉快一些,这也有利于桥的强度。因为在水流的中间,是距离河岸最远的,也是有最少约束的,而约束越小,流速也越快,脾气也越暴躁。因此,必须要为它留出一个畅通的通道,这样,对水流的抗争将不会削弱桥墩的强度。桥墩必须放置在水流最为平稳的地方,就像是,水流有点迟滞的地方。淤积的泥沙会告诉我们这个地方在哪里。此外,我们还可以使用如下的方法。
模仿那些向河流中扔坚果为那些被包围的人提供可以被收集的食品的做法,我们也可以向河中沿着它的宽度方向抛入一些类似的有浮力的材料,要在上游1500步远的距离上,最好是选在河水充溢的时候这样做。凡是在所抛撒的物体汇聚得最为紧凑的地方,水流也是最强的;因此,我们应该避免在那里建造桥墩,而应该选择那种所抛撒物体较为分散,其运动速度也较迟缓的地方。
当美尼斯(Menes)[25]国王计划在孟菲斯建造一座桥梁时,他将尼罗河水的方向转向了山里,当工程完成的时候,他又将河水恢复到原来的流向上。84亚述女王Nicocris 在为桥梁的建造而准备好了每一件东西之后,令人掘出了一个巨大的湖泊,并将河水导入河中。然后,当湖被注满的时候,她在干涸的河床上建造桥墩。85
这是他们采取的方法,而这里是我们如何解决这一问题的。在秋天的时候,那时河面是低的桥墩的基础被放置进一个围堰中。这里是如何建造这座围堰的方式。两排木桩被紧密地树立在一起,像是一个木栅,木桩的顶部露出水面。然后,用枝编材料在其内侧周围遮挡围合,其作用就像是一堵墙一样保护着桥墩。然后,在这些木桩排之间的空隙中用水蕴草和泥浆填充,用力填塞挤压,直到这些泥和草被充分压实到能够阻止水流的滤出。接着,将任何留存在栅栏以内的东西清除,不管是水,还是水下的泥浆、沙石,抑或任何其他可能妨碍这一工程的东西都一样。剩余的工作就如前面所说的那样加以实施了:要掘出一条沟,深可到其坚硬的地基上,或者,更好的方法是,将一头烧焦了的木桩紧紧地楔入地下。
在这段文字中,我记录了建筑师在沿其全长建造桥梁基础时习惯上应该注意的事情。这不是在一个单一的操作中,即用一个栅栏将河水挡在外面,可能完成的,而是要在已经完成事情的基础之上逐步地加以实施。因为,要阻止或容纳整条河流的压力是不可能的。因此,在工程进行之中,一定要留出水沟,以使充溢的水可以泻出。这些水沟可以在河床本身,或者,如果更方便的话,可以用一个木制的构架支撑起一个升高的沟渠管道,沿着这一管道任何溢出的水都可以被排泄出去。
但是,如果你发现这样做太昂贵,为每一座桥墩建造一个基础,向外牵引就像是一艘Liburnian 长船86,在船首和船尾形成尖角,与水流的方向保持一致,分解并减轻水流的冲击。必须牢记在心的是,水对于船尾的损害,比船首的损害要大。这从大水的狂怒更多地发泄在了船尾上而不是船头这一事实上就可以证明;更进一步,在船尾部位,水流看起来就像是在河床上犁了一条沟,而在船头部位,则会是淤泥和沙子积聚的地方。情况就成了这样,船尾一定要具有在整个工程中对水的持续冲击的最强的抵抗能力。为了这样一个目的,确保基础的地基在每一个方向,特别是朝向船尾的方向,都向外延伸,是非常有作用的;这样,即使一些事故造成了基础的一个大的断面损坏或坍塌,它也足以保持(在原位)来承受桥墩的重量。将地基在底部就处理成倾斜的样子也是特别有用的,这样流经的水不会冲击它,而只是轻轻地从其上滑过;无论在什么地方有水流涌泻而下,它都会对河床造成干扰,把水搅混,将其所搅扰之地的东西裹走,从而造成损害。
我们应该尽可能地建造一座具有相当长度和宽度的桥梁,一座能够天然地阻挡霜冻的石桥,一座不会被水流或任何其他东西轻易削弱或毁坏也不会被荷载所压垮的桥梁。对于连接的部位要慎之又慎,这里的石头应该是齐平的,而且是水平与垂直地排列摆放的,石头的表面是紧紧相接的,在其长度与宽度方向则紧紧地相互咬合在一起,以避免用任何较小的石头来填充。要使用大量的黄铜钉和铁箍,其大小与位置应该是使其箍槽凹入与设置不要削弱石头的强度,却要将其紧密地拴固在一起。船首和船尾应该呈一个角度,桥墩的侧面应该有足够的高度,要使它保持在水面以上,即使是在发洪水时也是一样。(https://www.daowen.com)
桥墩的厚度应该是桥梁高度的四分之一。一些人倾向于将船头和船尾处理成半圆的形状,而不是一个尖角,这是被那更为优雅的曲线所诱惑的结果。虽然,我在前面曾经谈到,半圆形具有与尖角形同样的强度,在这里我仍然主张用尖角,只是不要太尖,以至于稍有碰撞就会造成缺口而损害其外观。然而,我不反对将其处理成一个半圆形的尖头,只要不使它变得过于圆钝而造成对水流速度的阻隔就行。我认为桥墩的正确角度是直角的四分之三,或者,如果你希望小一些,三分之二亦可。关于桥墩就谈到这里了。
如果河岸不能够像人们所期待的那样提供一个天然的支撑,那就要用像在桥墩下面那样的方式增加堆积体,新的用拱券连接的桥墩可以建造在河岸之外,坐落在裸露的地面上,这样,如果当任一河段的河岸被持续的水流所冲垮之时,延伸到岸边地面上的桥梁能够确保不会对道路造成阻隔。
拱顶的部位需要被特别地强固,故而要极其地加强;这里有若干条理由,至少是因为这些部位会受到车辆的连续冲击与摇晃。此外,在偶然的情况下,桥梁也可能需要承载极其巨大的重量,例如阿波罗神的巨大雕像(colossi)[26]、方尖碑等,就像斯科奥鲁斯(Scaurus)牵引着界石穿越时,引起了公共工程承包人对于可能会发生的危险的巨大关注一样。87因为这个原因,无论在设计中还是在整个建造过程中都要留出充分的余量,这样桥梁才能够承受来自车辆的反复性和破坏性的冲撞。
铁砧的例子清楚地说明了为什么建造桥梁的石头一定要结实且极其巨大:如果铁砧是巨大而沉重的,它就能够轻易地承受铁锤的敲击。但是,如果它比较轻,那么在铁锤的打击下它就会蹦跳和移动。我们已经提到了拱顶是由拱以及其中的填充物所组成的88,最为强固的拱是规则的拱。89但是,如果一个完整的拱的曲线太高的话,相对于桥墩的不支,我们应该使用不完全的拱,并将与岸相邻的桥墩给予加强。
最后,无论用作拱顶正面的是什么拱,它都应该是由巨大而十分坚硬的石头所组成的,类似于那些用于桥墩的石头。用于拱的石块应该不会薄于拱弦的十分之一。拱弦本身也不应该大于桥墩宽度的六倍或小于桥墩宽度的四倍。为了将楔子90固定住,应该将一些其强度微不足道的黄铜钉子或箍筋插入其中。然后,拱券最上面的楔子,即人们所熟知的脊楔,应该采用与其他楔子相同的形状,但是,它的头部要大一些,这样,若没有一个打桩设施就不能够将其楔入,而没有一个轻型的捶打机械,也不能够将其就位。这样做的结果,使得拱券下部的其他楔子会连接得更紧密,也能够更坚固地保持其位置。
填充的嵌板应该完全是用尽可能好的石块加工的,并应该有尽可能紧密的连接。但是,如果没有找到提供坚硬石头的来源,倘若拱券的整个拱脊本身及拱脊两侧相邻一排是用坚硬的石头建造的话,除了必不可缺的部分之外,我不反对用稍微脆弱一点的石头来做填充嵌板。
现在来谈表面的问题。这一部分的操作更多用于道路上而不是用于桥梁上,并且完全依赖于前面一书中所概略谈到的地面铺装的方法。这里的唯一不同是:在一条永久性的道路上,地面一定是要经过强固的、覆盖了一层有一库比特厚的碎石,接着铺一层纯粹从河流或海沙中挖出的石头。然而,对于一座桥梁而言,其地基及基础一定要用累积到与拱券一样的厚度来构成。接着,无论在其顶部是用什么材料砌筑,一定要用石灰来粘结。
此外,其所使用的方法是相同的。两侧应筑造得尽可能坚固,然后,将石头放置在顶部。石块应该既不要太小,也不要太光滑,否则容易被挤出脱落,同样,也不要太大,免得这些石头变得太滑溜,以至于在立足未稳之时就滑倒了。
此外,用于道路表面石头的类型特别重要。想一想蚂蚁甚至可以在燧石上磨出一条蚁径,你可以想象,连续而无休止的牲畜蹄子和车轮所造成的磨损将会是什么结果?在几个地方,特别是沿着Tiburtine路,我注意到古人是用燧石铺砌道路的中央部分的,但是,在道路两侧则铺了一层细砂砾。这使得沿着道路两侧的路面不会被车轮碾压而撕裂,而道路的中央也不会因牲畜蹄子的过分踢踏而晃动。在别的地方,特别是在桥梁上,道路中包括沿整个长度升起的石头踏阶,以便为步行者提供一个整齐的铺装,同时,在道路中央则应该适合于车辆与骡马的行走。
一般来说,古人更倾向于用燧石来满足这一用途,在各种类型的燧石中,他们更喜欢用多孔形式的,这并不因为它更坚硬,而是因为在这种石头上走起来不是太滑。然而,任何石头都是可能被应用的,这取决于它的使用特性,而只有最坚硬的石头是用来放在路面上的,因为那里是牲畜要踩踏的地方(牲畜总是踩踏那些平整的石头,而避开那些倾斜的石头)。这应该是用燧石或任何其他石头铺装的,石块的大小约为一库比特宽,且不小于一尺厚。(上部的)表面应该是平而连续的,石头之间没有裂缝,而且路面应该呈一个弧面,以使雨水能够流走。
有三种类型的弧面。弧面应该是路中央倾斜(这最适合于宽阔的街道),或向两侧倾斜(这对于狭窄的街道最方便),或直接沿其长度方向倾斜。其选择应该是由如何使排水沟或壕沟能够最好地将水排入海中、湖中,或河中所决定的。正确的坡度是每两个库比特长有半寸的坡度。91我注意到习惯于用一个三十分之一的坡度修造(上山的)山路。在一些地方,例如,在一座桥梁的起点,看起来是采用的每一库比特起一掌高的坡度92;但是,这是一些很短的路程,这样一个满负荷载的牲畜稍一用力就可以过去。