波日桥研究与模型制作

概况

波日桥始建于元末明初，由藏区民间建筑大师唐通吉布设计并率领当地农牧民施工完成，位于四川省⽢孜藏族⾃治州新龙县城郊三十八公里的安乐乡波日村境内[6]。在约三百公里外的眉山市洪雅县有森林蓄积八百万立方米的洪雅县国有林场以及其中总面积五千亩的四川省洪雅县林场国家杉木、柳杉良种基地[4][5]。杉木位于附近的大型分布构成了波日桥搭建的地理条件。 

波日桥桥总长七十余米，主桥两桥墩孔跨度三十六米，宽二米[2]。桥墩用圆木，卵、片石相掺，外壁用圆木垒叠成墙，树藤缠结。桥墩中伸出伸臂成梁，梁端搭合桥圆木梁为桥，建桥不用一铁一钉。波日桥所使用的木材料多为杉木[1]。

波日桥是我国四川、甘肃、西藏等少数民族地区雅垄砻江上唯一一座保存基本完好的藏式伸臂桥，也是现存的最为大型石木结构的伸臂桥。一九三六年六月中国工农红军四方面军与红六军团会师由此桥经过北上抗日，所以该桥也叫「红军桥」。波日桥曾在清道光年间、民国年间以及建国后被多次修缮，承载了几百年的风风雨雨[1]。二零零六年，波日桥被列为第六批全国重点文物保护单位[8]。

伸臂桥在我国有悠久的历史，北魏郦道元《水经注》中所述的「飞桥」即似指伸臂桥，而南宋段国撰的《沙州记》中记载有：「两岸垒石作即基阶，节节相次，大木纵横，更相镇压，两边俱来，相去三丈，并木材，以板横次之，施钩栏，甚严饰」无疑是历史上存在的伸臂桥[3]。

结构分析

桥墩与桥台之间的孔跨度约八米，由桥墩与桥台间搭圆木简支梁。主桥桥墩立于基岩之上，高六米左右。桥墩侧面由半圆形和弧形构成，墩南背水面边缘呈弧形，墩北迎水端部收尖成分水尖。这个设计是为了预防汛期河水冲垮桥墩。桥墩主要为石木结构，中间填石块，周边横砌圆木围绕叠墩沿成墙，砌墙圆木一般粗二十厘米，长一百五十厘米，层层横置的圆木层间缝中插木拴于墩中，木栓长度不等，粗十三厘米左右。插入墩中的木栓被上填石块紧压，外露的木栓缝间镶嵌石块，石块一般大十厘米，在木栓之上再沿墩边叠绕置一层横木，横木上插一层木栓，如此层层向上反复叠压。共十九至二十三层至顶，木栓外露部分长十厘米不等，端部辟孔，用一厘米粗藤条由上至下，或垂直或交叉，双股相并穿入孔中，固结叠木墙。

伸臂梁自两桥墩中部，平行一排伸出四至五根圆木挑梁「底根」，底层一排往上昂「斜」挑出，利用杠杆作用地力学原理，在靠桥台一端地木料上压上土石，使伸向河中地一端能够承受一定重量而不致倒塌，第二层比第一层伸出地部分更多一些，依此类推，但第二层起斜度减缓，往上由于受荷载变形后看似平出，自下而上，逐层伸出挑梁并逐层向河心延长，每层递增伸出二点三米到二点六米不等，圆木梁层间垫以厚薄不等的一层或二层横枋，横枋端部劈孔，孔中竖插销杆将各层伸臂挑梁紧紧锁固定形成一近似拱劵的半弧形整体，以便有效的传递荷载。

该桥建桥力学原理为，伸臂木梁桥的挑梁从桥墩中部挑出，挑出的长度越长，挑出的层次越多，桥的跨度越大，而桥墩受力也越大，须用大量的木石块填实压住挑梁固定支座一端，以免挑梁在跨中受力后，如翘板一样，在另一头翘起。为使桥中荷载逐层传递到桥墩，须用木枋、立木销杆等构件，把上下排的挑梁、横枋扎紧固结为一个整体。因此，桥墩对伸臂挑梁起承压和翘压的作用，伸臂梁对连接的简支大梁、桥板起受压作用，横枋和穿在横枋端部的立木棍「销杆」以及桥栏一起对伸臂梁起箍护作用，桥面重力通过伸臂梁层层传递分解，将部分重力消化到桥墩。[2]

    

模型制作

（一）地台制作：在胶合板上钻孔插入尖刺以固定上层泡沫。将泡沫板层层修饰外形后使用白乳胶粘合，使用石膏、纱布覆盖其上塑造完整地面。在上色后的地基上铺洒石子、沙砾、灰土模拟实际地表，在地表上粘接模型植被，使用AB水模拟河水。使用泡沫代替桥墩中心部分。

        

（二）木材加工：多数木材需要锯短至合适长度以及修整形状、打磨。先用刻刀进行标记，再使用台钳固定，锯下较短一端以避免木头的剧烈颤动。在锯短后，由于手工锯短难以使锯口完全与直径方向平行，我们还需使用锉刀对锯口进行打磨。而对于伸臂插入桥墩一侧，需要根据角度另外打磨以防止其长度略微超过桥墩另一侧而造成物理破坏。另外对于横放方木或圆木，由于模型难以体现原型桥伸臂处的略微形变，每层伸臂之间的距离难以保持一致。因此，部分木头还需对其进行垂直于直径方向的切削或打磨。

（三）桥墩制作：在泡沫桥墩侧面累放横木以及木栓以表现真实桥墩表面。分别尝试了两种累叠方式：单层横木层木栓交替累叠（真实建造方式）；单层中横木之间插入木栓。前者需要在木头上挖出榫卯结构以连接木栓和横木，由于本模型比例较小故采用后者以表达大致结构。

        

（四）桥体制作：墩基作好后，先横放二至四根横仿或小圆木，然后再放首层伸臂圆木，直径和长度均视桥的跨度而定。首层伸臂圆木呈斜挑状，五根成排并置，向河方向挑出部分最短。第二层伸臂的安装方法与首层工序大体一致，但向河一方的挑出长度较首层长度长两米左右。在底层伸臂木挑出部分距离端头约三十至四十厘米处，横放方木或圆木，长度每端需长出二十至三十厘米，并凿有方孔。以上层数，照此而已。伸臂层数共五层。伸臂安装完毕后，用木制通榫依次将伸出的各层凿有方孔的横木夹锁固定。桥墩和伸臂工序完成后，便可安装合桥圆木。合桥圆木四根成排并置安装于两端的最上层伸臂端头的五根圆木的夹缝中。靠近桥墩处应有横放方木或圆木于合桥圆木与伸臂最上层之间。

参考文献