石拱橋常見問題及改造措施

蔡茂進(jìn)

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展,交通運(yùn)輸事業(yè)日益發(fā)展,高等級(jí)公路對(duì)橋梁提出了新的要求。由于石拱橋的病害較多,制約了石拱橋在高等級(jí)公路建設(shè)中的應(yīng)用。從理論上分析石拱橋產(chǎn)生病害的原因,構(gòu)造上、施工上不斷完善,使石拱橋適應(yīng)高等級(jí)公路的要求,以發(fā)揮其就地取材、節(jié)約投資的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：石拱橋 問題改造

Abstract: with the development of society, the transportation business development, high grade highway bridge to put forward new requirements. Because the disease of stone bridge more, restricted the arch in the application of high grade highway construction. From the theoretical analysis of the disease causes produce stone bridge, the structure, construction improved, make the arch to adapt to the requirements of high grade highway, in order to exert its use local materials, saving investment advantages.

Keywords: arch problem transformation

中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

石拱橋由于造價(jià)低廉，取材方便，美觀大方等因素。在我國早期修建了許多經(jīng)濟(jì)又美觀的石拱橋。改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，交通工具也隨之增長(zhǎng)，超載超限也時(shí)有發(fā)生，再加上修建時(shí)間早，又沒有得到很好的保養(yǎng)，石拱橋出現(xiàn)了很多病變。有些甚至影響橋梁的安全。

一 石拱橋常見問題分析

1橋面的破損

橋面破損首先影響行車安全，輕則顛簸,重則產(chǎn)生跳車。當(dāng)車輛經(jīng)過跳車處時(shí),會(huì)引起腹拱產(chǎn)生振動(dòng),增加構(gòu)件的疲勞,必將縮短橋梁的使用壽命。引起石拱橋橋面破損的主要原因

實(shí)腹型拱橋一般多采用柔性填料，在車輛荷載作用下的不均勻壓縮變形或車輛荷載作用下的不均勻壓縮變形或排水處理不當(dāng),造成填料積水, 填料強(qiáng)度降低,引起路面破壞。

空腹式拱橋由于存在腹拱鉸,為適應(yīng)變形需要, 側(cè)墻與橋面結(jié)構(gòu)需相應(yīng)設(shè)置伸縮縫或變形縫,由于縫的存在,構(gòu)造上沒有進(jìn)行改善,容易引起橋面從變形縫處開始破壞

橋面伸縮縫設(shè)置構(gòu)造不合理,不能滿足橋面變形的需要,造成橋面破壞。

2 防水層遭到破壞或失效

防水層破壞或失效,使拱圈漏水,影響結(jié)構(gòu)安全,直接縮短了橋梁的使用壽命。引起防水層破壞或失效的主要原因

1) 實(shí)腹式拱橋一般采用膠泥或三合土作防水層,但是在施工現(xiàn)場(chǎng)純粘土很難找到,施工時(shí)就用一般亞粘土代替,防水效果不佳;膠泥和三合土的水的比例難把握,特別是施工過程中,容易破壞或開裂。滲水導(dǎo)致膠泥或三合土軟化而失效。

2) 空腹式拱橋一般用油毛氈和瀝青做防水層,而油毛氈容易老化,特別是在變形縫處,就很難保證瀝青麻絮密實(shí)。

3 腹拱圈開裂

腹拱圈開裂最普遍也是最嚴(yán)重的,是石拱橋最主要的病害。主要原因

如果腹拱太平,就會(huì)產(chǎn)生較大的腹拱推力,而施工質(zhì)量較差,則不能滿足設(shè)計(jì)要求。

鉸縫沒有處理得當(dāng)。石砌腹拱圈的鉸石應(yīng)選擇石質(zhì)堅(jiān)硬且無破損的石料,一對(duì)鉸石的接觸面應(yīng)該比一般拱石應(yīng)多加修鑿從而增大實(shí)際接觸面積,如施工中未達(dá)到要求,會(huì)造成鉸石破壞而造成開裂。

拱與拱上的建筑的聯(lián)合作用直接影響拱上建筑的內(nèi)力,拱上建筑剛度越大,影響就越大?？紤]拱上建筑與拱共同工作所計(jì)算的內(nèi)力與分開計(jì)算的結(jié)果可能迥然不同,如果處理構(gòu)造不妥而按分開計(jì)算設(shè)計(jì),則拱上建筑可能嚴(yán)重開裂甚至破壞。

腹拱的開裂造成橋面破壞,加上養(yǎng)護(hù)不到位,引起橋面滲水,進(jìn)一步加劇了腹拱圈的開裂。

4 主拱圈開裂

主拱圈開裂嚴(yán)重影響了橋梁的安全,主要有橫向與縱向開裂。橫向開裂大多發(fā)生在拱頂?shù)南?/p>

部或拱腳上部,有的甚至?xí)_裂至拱壁。造成主拱圈橫向開裂的主要原因

主拱圈厚度材料強(qiáng)度不夠或太薄。當(dāng)截面抗力小于設(shè)計(jì)荷載內(nèi)力,將造成拱頂下部或拱腳上部開裂。

因洪水或其它原因沖空側(cè)邊孔橋墩基礎(chǔ),使墩臺(tái)下沉引起拱圈嚴(yán)重開裂。

3) 拱圈受力不對(duì)稱。大多發(fā)生在坡橋與彎橋上。有些坡橋坡度較大,而主拱圈設(shè)計(jì)采用平置, 造成拱上建筑不對(duì)稱,使拱圈受力不對(duì)稱。車輛在彎橋上轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生向心力,造成拱圈彎道外側(cè)開裂。

4) 拱軸系數(shù)選擇不當(dāng)或施工導(dǎo)致拱圈變形,使荷載壓力線與拱軸中心線偏離太大而開裂。

5施工質(zhì)量差、砌筑工藝不規(guī)范、選材不佳、砂漿不飽滿等?？v向裂隙主要由施工引起。拱圈多采用分環(huán)砌筑,如在施工時(shí)未注意環(huán)與環(huán)交錯(cuò)搭接,則會(huì)在拱圈下部腹石上發(fā)生縱向裂縫。

二 石拱橋常見問題改造措施

1分析并優(yōu)化石拱橋的構(gòu)造

認(rèn)真分析石拱橋的結(jié)構(gòu),優(yōu)化其結(jié)構(gòu)使拱圈與拱上建筑高度保持統(tǒng)一，消除隱患。1) 準(zhǔn)確拱軸系數(shù)

拱是承受壓力的主要結(jié)構(gòu),為確保拱圈不出現(xiàn)拉應(yīng)力,準(zhǔn)確拱軸系數(shù),使拱圈壓力線與拱軸線保持穩(wěn)合是最為關(guān)鍵。

2) 注意拱圈與拱上建筑的聯(lián)合作用,運(yùn)用有限元程序?qū)蚩缱稣w的內(nèi)力分析

很多設(shè)計(jì)者往往只重視主拱圈的內(nèi)力計(jì)算,以為主拱和拱上建筑分開計(jì)算就安全了,而拱上的建筑就按構(gòu)造要求和經(jīng)仿來處理。還有些設(shè)計(jì)者則加大腹拱墩的尺寸,以為這樣就安全了，但是卻沒有想到這樣就加大了拱上建筑的剛度, 其聯(lián)合作用的影響將會(huì)變的更大。

3) 重視墩臺(tái)與拱的計(jì)算

石拱橋?qū)Φ鼗某休d能力要求非常高,對(duì)墩臺(tái)位移也十分敏感,過大的基礎(chǔ)沉降或墩臺(tái)的位移會(huì)給定拱產(chǎn)生額外的附加內(nèi)力,當(dāng)附加的內(nèi)力過大時(shí),就會(huì)出現(xiàn)拱圈開裂。所以我計(jì)算時(shí)應(yīng)采用電算手段進(jìn)行連拱計(jì)算,在計(jì)算中我們應(yīng)根據(jù)地質(zhì)的情況考慮到墩臺(tái)可能產(chǎn)生沉降的問題,這也是保證拱橋在運(yùn)營中內(nèi)力計(jì)算相穩(wěn)合的重要舉措。

合理布置坡、彎石拱橋

對(duì)大跨徑石拱橋,縱坡最好在3%以內(nèi),為使拱圈受力均勻,拱圈宜按縱坡斜置。如果是平曲線半徑比較小,那就不宜修建大跨徑石拱橋。

2優(yōu)化材料

運(yùn)用小石子砼筑砌拱圈,可以降低施工難度。水泥砂漿砌筑石料,由于我國325號(hào)水泥很少出產(chǎn),只能采用425號(hào)水泥配制,考慮水泥含量和砂漿易性與流動(dòng)性,所以建議用15-20 號(hào)小石子砼砌筑,質(zhì)量更容易保證。面拱腳和腹拱腳這樣的關(guān)鍵部位,用鋼筋砼構(gòu)件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的五角石砌筑質(zhì)量就更有保證了。

采用剛性填料,減少橋面病害。砂礫或碎石填料在荷載作用下因拱容易造成不均勻壓縮變形,使橋面開裂,填料積水使其強(qiáng)度降低,進(jìn)而加劇橋面的破壞。采用剛性填料,可克服柔性填料的弱點(diǎn)。拱式拱上結(jié)構(gòu)的石拱橋腹拱圈采用剛性填料,輔以橋面鋪裝15-20cm 厚的砼或鋼筋砼,同時(shí)通過在立墻處砌縫或預(yù)設(shè)小變形縫這種化整為零的形式來取消橋頭伸縮縫,效果很好。

改善防水措施。防水砼防水效果好,耐久性強(qiáng)。在剛性填料上鋪設(shè)一層5-10cm 厚的小石子防水砼抹平層,既可調(diào)整橋面橫坡,又可起到防水作用。如再在抹平層上涂 1-2 道瀝青,防水效果更佳。變形縫或伸縮縫處是防水重點(diǎn),建議采用鋅鐵皮處理,既簡(jiǎn)單,效果又好。

3 精心施工,確保施工質(zhì)量

1) 合理設(shè)置預(yù)拱度,使成橋后拱軸線符合設(shè)計(jì)要求

拱圈由于要承受自重再加上受溫度變化和墩臺(tái)位移等原因,會(huì)發(fā)生彈性下沉。拱架承受荷載后將產(chǎn)生彈性變形和非彈性變形。另外當(dāng)拱圈砌筑完畢,強(qiáng)度達(dá)到要求而卸落拱架后,拱圈由于承受自重、溫度變化及墩臺(tái)位移等因素影響,也會(huì)發(fā)生彈性下沉。為使拱軸線符合設(shè)計(jì)為使拱軸線符合設(shè)計(jì)要求,必須在拱架上預(yù)留施工拱度,以抵消這些可能發(fā)生的垂直變形。

2) 精心設(shè)計(jì)加載程序與卸架程序

大、中跨徑拱橋一般采用分段或分環(huán)與分段相結(jié)合的砌筑方法,當(dāng)拱圈厚度較大時(shí),可將拱圈全厚分環(huán)砌筑。無論采用何種方法,均要使拱架變形盡可能均勻,避免拱圈發(fā)生反復(fù)變形。卸架時(shí)一般是從拱頂開始,向拱腳對(duì)稱卸落。對(duì)于大跨徑的懸鏈線拱圈,為避免拱圈發(fā)生M形變形,可從兩邊 L/4處逐次對(duì)稱地

向拱腳和拱頂均衡卸落。

完善施工工藝,特別是關(guān)鍵部位的施工

必須嚴(yán)格按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》施工,石拱橋的關(guān)鍵部位,施工時(shí)更要特別注意。像主拱座與腹拱座構(gòu)件端部由于力分布復(fù)雜,拱座質(zhì)量差將嚴(yán)重影響整座橋梁的安全?？捎娩摻铐盘娲酝白嗖捎镁募庸さ奈褰鞘鲋?。腹拱鉸是保證拱橋?qū)嶋H受力與結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式盡量相符的構(gòu)造措施,是避免拱上建筑開裂的關(guān)鍵,施工時(shí)要特別注重對(duì)拱鉸石的選擇與加工。

結(jié)束語：為使石拱橋在高等級(jí)公路建設(shè)中發(fā)揮其就地取材、節(jié)約投資的優(yōu)勢(shì)。本文分析了石拱橋的一些常見病變以及預(yù)防措施,以提高人們對(duì)石拱橋的認(rèn)識(shí),更好地預(yù)防石拱橋的病害,從而提高石拱橋的耐久性,更好地發(fā)揮石拱橋的作用

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