復原鐵榫石卯之術

○薛潤峰

隋朝時鐵器制造設備及工藝沒有那么發達，預制鐵榫比較困難。通過實地勘察、查閱資料，及與趙州橋科技館的工作人員交流，我們認為：在石頭上開卯槽，再澆鐵水鑄榫的方法比較可行。這種方法可以讓榫卯結合得很緊密。

為了深入研究，我們香河縣第一中學組建了鐵榫石卯研究小團隊，開始了研究之“旅”。

護坡石“復原”實驗

我們首先選擇金門閘遺址護坡石為研究對象，進行了一個相對簡單的實驗。

金門閘遺址是全國重點文物保護單位，位于香河縣紅廟村南（現土門樓泄洪閘南側）。我曾多次去金門閘遺址，仔細觀察護坡石——其石與石的連接方式也是石卯鐵榫。殘存的護坡石上的石卯清晰可見，但鐵榫由于銹蝕等原因殘存不多。

金門閘護坡石長、寬均為300 毫米，厚50 毫米。其上的卯為倒梯形，上底30 毫米、下底50 毫米、高40 毫米。

金門閘護坡石連接復原

為了驗證澆鑄造榫的可能性，我們首先按照原護坡石尺寸制作了PVC 模具，然后利用該模具制作出水泥護坡石。最后，以環氧樹脂代替鐵水灌注。實驗結果比較理想，連接得很緊密。

拱石“復原”實驗

金門閘的護坡石較薄，卯槽較淺，又是上下方向，澆注自然簡單。趙州橋的拱石比較厚，石頭就位后，有些卯槽是水平方向，如果是澆鑄造榫，如何把鐵水注入卯槽中呢？如果能解決這個問題，卯槽就可以開得更深，鐵榫甚至可以貫通，連接就更牢固。

經過苦思冥想，受鋁餅鐺制作工藝的啟發，我們設想：可以在拱石上方預留澆注槽口，向下開澆注槽與卯槽連接，經澆注槽將鐵水注入石卯，鐵水冷凝形成鐵榫，進而將兩塊拱石牢牢連接起來。這樣，鐵榫深入石頭內部，而不像腰鐵那樣只在兩端進入較短的距離。鐵榫在石頭內部，受腐蝕的程度就輕，也不容易松動脫落或是被盜走。

設想產生之后，需要驗證。

趙州橋拱石榫卯連接模型

我們按照我們的推測制作了趙州橋拱石模型。每塊拱石規格為：上長200 毫米、下長193.3 毫米、厚約150 毫米。利用9 片厚16.8 毫米的PVC 板粘接。卯槽結構為倒梯形，上底20 毫米、下底33.3毫米、高26.7 毫米。卯槽上方開澆注口，向下開出澆注槽，在澆注槽與卯槽相交的部位，再沿與卯面垂直的方向向石塊內部開出一道橫向導氣槽（如下圖），以便在澆注時排出產生的氣體。

模型建好之后，我們進行了澆注實驗：以環氧樹脂代替鐵水灌注。實驗結果：澆注、連接效果良好。

我們的設想和實驗研究可能比較稚嫩，但對于打開思維的大門也有積極的意義。通過這次實踐研究，我們對科學探索有了更深的體悟，創新、動手、合作能力得到了很好的鍛煉，對中華文明仰之更高，愛之更切。

編者注：本文中的造榫方法只是作者及其所在團隊的推理性研究，未經權威人士評定，也不代表本刊觀點。