一座难得的有400年历史的软土地基桥梁工程沉降案例（节选）

2025-1-23 18:58| 发布者: weiwei |原作者: 王锐英、焦驰宇、李旭阳|来自: 古桥研究院北京桥梁

摘要: 2023年3月28日，“河南开封州桥及附近汴河遗址”被评为2022年度十大考古新发现之一。据学者考证，州桥始建于唐朝，最初名为汴州桥，五代时改为汴桥，北宋时期汴河被称为天河，桥名也随之改为天汉桥，简称州桥。话说 ...

2023年3月28日，“河南开封州桥及附近汴河遗址”被评为2022年度十大考古新发现之一。据学者考证，州桥始建于唐朝，最初名为汴州桥，五代时改为汴桥，北宋时期汴河被称为天河，桥名也随之改为天汉桥，简称州桥。话说北宋徽宗年间，汴京州桥曾经名闻天下。《水浒传》中的杨志卖刀并怒砍了泼皮牛二的故事就发生在这座桥上，这座古桥让说书人传唱至今。南宋诗人范成大的《州桥》：“州桥南北是天街，父老年年等驾回。忍泪失声问使者，几时真有六军来?”更成为千古绝唱。900年后的今天，考古学家发掘出了州桥遗址，发现了大面积的壮观的宋代浮雕石壁画，再次使州桥轰动天下。

2024年7月，本文作者有幸现场考察州桥考古遗址，根据考察和各方面信息对州桥结构特征进行了如下探讨。

1、考古发现

考古发现的州桥，据专家考证其主体为明代洪武年间（1378年）由木桥（本文注：应为石平桥）改建的单跨砖石拱桥，东侧还有万历年间拓展的稍小的单跨砖拱桥，桥下拱洞相通，桥上为金龙四大王庙遗址。州桥遗址早在1984年8月曾经被挖掘过，成果编为《开封古州桥勘探试掘简报》。下面结合最新考古发现、现场考察和相关文献做个概要介绍。

图1 开封州桥遗址俯瞰

图3 开封州桥遗址俯瞰（可见小拱桥结构整体沉陷现象）

图4 开封州桥遗址小拱东立面图（三伏三券半圆式砖拱），南侧拱脚墙基沉降幅度稍大

图5 开封州桥遗址平面示意图（本文加绘）

主拱券孔高6.58米，净跨5.8米，矢高3.7米；东侧小拱净跨2.66米，即半圆拱半径1.33米，距河底拱高1.85米，计算拱脚下台墙高0.52米，主拱桥台间净跨大于小拱3.14米，即每侧宽出小拱1.57米）。

图6 开封州桥遗址主拱和小拱断面关系（本文加绘并做标注）

2018年，开封州桥及附近汴河遗址考古发掘启动，经过4年的艰苦努力，2022年9月取得了重大突破，在州桥东侧河道两岸发现有大型浮雕石壁，其上雕刻有海马、仙鹤、祥云等，一匹海马、两只仙鹤为一组，目前两岸各发现三组，专家推测应为四组，明代修建的桥台金刚墙覆盖了一组。北侧石壁顶部距地表深约5.5米，底部距地表深约12米，石壁高约6.5米，自下而上16层石刻高3.3米，东西长约22米。石壁的建筑方法：从目前发掘情况得知，最底部至少为两层方木，上窄下宽铺垫，方木以上先用六层素面青石条错缝垒砌，再上为16层雕刻有纹饰的青石条平放错缝垒砌。此次考古发现州桥南北跨度（应为长度）25.4米，宽近48米（含雁翅）。

2、宋代州桥为石梁平桥

州桥东侧的南北堤岸石壁间距约23米，根据石壁遗址可以确认为北宋时期的州桥所处的汴河宽度，因为石壁基本上是垂直的，故而可以推测州桥长度（带雁翅）应不小于23米（初期报道。后期报道为25.4米。估计测点不一致）。现场观察到明代八字雁翅金刚墙下部为石、上部为砖，其规格和砌缝与石壁差异较大，特别是雁翅金刚墙外覆于宋代石壁，显然考古揭露的金刚墙修建时间晚于宋石壁并覆盖了石刻。宋州桥的雁翅金刚墙或在明雁翅金刚墙下，或不存在，尚难确认。无论宋石壁还是明雁翅，均为超过6.5米高度的近乎垂直挡土墙结构，而且作为汴河护岸，从原初修建到使用，从考古支撑到古迹保护，其稳定性都是个巨大问题。特别是如今整体暴露后，现场未见防护措施，需要加强变形监控和安全管理。

据考古发掘和历史记载宋州桥为梁桥，亦有可能跨接在垂直的桥头石壁河岸上（桥头下石壁尚需考古证实）。据此估计，桥长不小于23米，如为梁桥，少则为2柱3跨，每跨约7米；多则为4柱5跨，每跨约4米；或者中跨较大以利通水行船，如主跨5.8米，则边跨皆可为4米左右，比较合理。跨数再多，桥柱过多也不利行船。如有雁翅，宋代州桥最大可能为2柱3跨，即中跨5.8米，边跨4米外接雁翅桥堍，桥跨加墩台总长接近早先考古报告的17米桥长。

考古发现石壁底部距地表深约12米，下面为枋木基础。而1984年发现的州桥主拱券孔高6.58米，桥面之上距今地面4.3米，加上拱券和拱背高度约1.6米，合计12.48米，考虑桥面起拱因素稍微再拱起一点，说明主拱桥的基础面即为浮雕石壁基础面和宋代河床面，其枋木基础做法与石壁相同，皆为宋代工程。可证明明代洪武年间重筑开封府城时所修州桥“利用了北宋州桥原基，改修了桥墩（台），增修了桥劵，改棚梁式石桥（应为梁柱石平桥）为砖石结构的拱形桥”基本上是正确的推断，可以排除明州桥建在宋州桥桥身之上的可能。正是因为利用了宋州桥基础（墩台），所以根据明州桥主拱5.8米净跨，可以推测宋州桥中孔跨度同样也是5.8米。但明州桥结构是不是三孔，尚不得而知，还需考古发现。

宋孟元老《东京梦华录》中记载：“州桥正对大内御街，……。其柱皆青石为之，石梁石笋楯栏，近桥两岸皆石壁，雕镌海马水兽飞云之状，桥下密排石柱，盖车驾御路也。”根据考古发掘结果并参考文献资料可推测，宋代州桥为2柱3跨的梁柱式石平桥，桥上为石笋望柱栏杆，桥下为密排石柱，不是指跨河柱子多、桥孔多，而是指桥柱为排柱法，即密排2列。如今考古发现的小拱桥台基础为石磙磨盘，其形制和排列有可能受宋代影响所致。

3、明代主拱桥和小拱桥的衔接关系以及与宋州桥的联系

图7 开封州桥遗址主拱与小拱空间尺度关系图（本文绘制）

1）小拱桥与主拱桥的主体结构不是叠压，而是紧密衔接。

主拱桥和小拱桥两桥孔洞对接相通，轴线一致。小拱桥结构体东西长度为8.7米、南北长度为9.4米，其时代要晚于主拱桥，建造时用石磨盘、石磙做基础，该桥下部具有桥梁通水的作用，上部则是金龙四大王庙的建筑基础。但小拱并不是叠压在主拱之上，而是紧密邻接了主拱东立面的上部拱券，在结构主体上是紧密衔接的关系。

2）小拱所在的整体结构体发生过显著的沉降破坏。

整体指小拱作为金龙四大王庙的基础，也是考古揭露的位于八字雁翅金刚墙内侧的呈现长方体的土石结构体（见图4、图5）。沉降即下陷的幅度约在0.5—0.6米左右，不是局部沉陷，而是普遍的均匀沉降。破坏性指这种沉降发生在结构体建成后（是否在明末待研究），有极大可能导致了上面的四大王庙的破坏，并且在与主拱交接面处留存了明显的沉降破坏痕迹。

图9、10、11 主拱东侧小拱顶揭露面和整体沉降情况分析

图12 主拱东侧与小拱交界处拱券内部沉降情况分析

发生结构体整体沉降的原因，推测主要在于基础普遍软弱且承载力比较平均。可以看到小拱桥结构体是紧贴着主拱桥东立面修建的，不仅没有利用主拱结构，还完全落在河道的淤积泥土之上。淤积土厚达4-5米，应为黄河、汴河所冲积泥沙形成的淤泥质土。淤泥质土是一种天然含水量高、孔隙比大、力学强度低的软土，以最终沉降0.6米看，沉降幅度还是相当大的。估计小拱建成后时间不长，而且因为上面又建造了金龙四大王庙，增加了很大重量，导致发生了沉降。据专家分析四大王庙可能毁于明末崇祯十五年（1642年），但若是遭受洪水冲击，沉降不会如此均匀，所以时间可能还要早一些。特别是明弘治到嘉靖年间，开封周边发生过几次6级以上地震，因地震导致地基液化发生大面积的沉降是很有可能的。因此这次沉降破坏有可能是地震引发的。

图13 主拱券脸石、护拱石与小拱砖拱券交界面（拱中）

图14 主拱券脸石、护拱石与小拱砖拱券交界面（北岸侧），小拱券下沉破坏情况

图15 主拱券脸石、护拱石与小拱砖拱券交界面（南岸侧），小拱券下沉破坏情况

因为沉降的发生，导致小拱拱券沿交接界面顺势下滑。有了下滑界面，小拱的沉降没有引发主拱的破坏。估计受到主拱券面石的一定牵扯，在界面处下滑幅度小一些，并发生了拱砖的破裂和塌落，在小拱东边出口处的沉降估计最大，产生一定的整体倾斜。

图16 小拱砖拱券交界面（北岸侧）下沉情况分析

图17 小拱砖拱券交界面（北岸侧）起拱砖凸出情况分析

图18 小拱砖拱券交界面（北岸侧）起拱砖下沉前后位置推测图

对此桥梁结构，可以作为古代土木建筑工程在软土基地上建造的案例加以研究，在中国古代的建筑工程中还是非常罕见的。

3）小拱的拱券标高与主拱错位，并高于主拱拱券。

据分析，小拱券厚约1米，拱背上有2-3层砖即为地面（桥面）。主拱券厚度有个数据说是1米，而小拱原本券底高于主拱券底估计在0.6—0.8米左右，所以主拱券底至桥面的尺寸即桥梁建筑高度应不小于1.6米。桥面以上4.3米即为现今路面。

4）明州桥基础可能即为宋州桥基础，至少墩台位置应该没有变化。

据石刻浮雕壁画看北侧石壁顶部距地表深约5.5米，底部距地表深约12米，石壁高约6.5米，石刻占据下部3.3米，上部3.2米估计为后期砌筑，显然说明宋州桥桥头地面大致位于现代地面下7.7米的石刻顶部，约在明州桥主拱拱脚以上不到1米，桥下高度即3.3米。从挖掘出的明代雁翅金刚墙的高度和邻接宋代浮雕石壁的情况看，明初在桥下、在汴河的船上还是能够观看到浮雕石壁的，至少修建桥梁的时候应该发现过，而且雁翅金刚墙的砌筑是与浮雕石壁相接并等高的。

上述分析说明，明代修建州桥时完全能够发现并利用宋州桥的下部结构。

图19 明州桥接北岸的雁翅金刚墙（石基砖墙）和宋代浮雕石壁（右侧）结合部

当然还有另外一种情况等待考古验证，即明州桥基础如果不是直接利用了宋州桥基础，极有可能是充分利用了宋州桥的桥墩部分，也就是说净高6.58米的桥孔中，其下半部两侧高达2.88米的桥台金刚墙的部分或主体，极有可能为宋代的桥墩，因为只有这样才是最便利和最稳定的。可以判断，明初复建州桥时应疏浚深挖了汴河，使得桥梁主体结构和雁翅金刚墙很接近宋州桥的墩台和基础深度。

4、结语

“汴河州桥”的再次发现意义重大，无论对于中国古桥的研究、保护和文化传承，还是对于中国大运河世界文化遗产、开封汴梁历史文化名城的保护传承，以及热火朝天的文旅发展事业，都是最具独特价值的文物和文化载体。

以桥梁工程专业技术观察分析，明代的小拱结构，可以说是中国古代土木建筑工程在软土地基上建造的难得罕见案例，它是如何发生的，如何沉降和如何最终稳定下来的，对此应加以深入研究，对于古桥保护、对于汴河沿线的文物古迹和州桥的保护很有意义和参考价值。