重慶地區(qū)石拱橋病害調(diào)查及分析

賀 華 剛

(重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶 401520)

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重慶地區(qū)石拱橋病害調(diào)查及分析

賀 華 剛

(重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶 401520)

通過調(diào)研重慶地區(qū)現(xiàn)役石拱橋的現(xiàn)場實際狀況，從墩臺、基礎(chǔ)、主拱圈、拱上建筑、橋面等方面，分析和總結(jié)了現(xiàn)役石拱橋的常見病害類型及產(chǎn)生原因，為現(xiàn)役石拱橋的評估以及加固改造提供了依據(jù)。

石拱橋，墩臺，主拱圈，橋面，病害機理

0 引言

石拱橋歷史悠久、造型優(yōu)美，造價相對低廉，20世紀(jì)90年代以前在我國曾被大量修建，重慶地區(qū)更是由于多山的地形而建造和保留了數(shù)量眾多的石拱橋，這些石拱橋至今仍為重慶地區(qū)交通運輸發(fā)揮著不可替代的作用。隨著時間的推移，在各種因素作用和影響下，這些石拱橋都出現(xiàn)了不同程度的損毀，有些甚至倒塌，多數(shù)石拱橋帶傷工作，存在不少安全隱患。與拆除重建這些橋梁高昂的造價相比，恰當(dāng)?shù)貙ζ溥M(jìn)行加固和改造而繼續(xù)利用顯得更加經(jīng)濟可行。

通過調(diào)查與檢測，全面了解全橋破損狀況和性質(zhì),查明病害程度和原因,是正確制定橋梁加固及改造措施的前提。課題組通過對重慶地區(qū)部分現(xiàn)役石拱橋的調(diào)查，從三個方面分析總結(jié)了這些石拱橋的病害及成因，以便為現(xiàn)役石拱橋健康狀況的評估以及加固和改造提供依據(jù)。

1 墩臺和基礎(chǔ)常見病害及原因

橋梁墩臺及基礎(chǔ)在各種外部因素的長期作用下，會出現(xiàn)不同程度的病害，這些病害造成的墩臺破壞會導(dǎo)致上部拱圈產(chǎn)生裂縫，拱圈開裂以后又會對橋梁墩臺產(chǎn)生不利影響，加劇其破壞。

通過現(xiàn)場實際勘察，對石拱橋基礎(chǔ)與墩臺的常見病害及原因總結(jié)如下：

1)基礎(chǔ)及墩臺的不均勻沉降、位移和轉(zhuǎn)動。過大的外部荷載及地基承載力的不足往往會造成墩臺和基礎(chǔ)發(fā)生位移及轉(zhuǎn)動，從而導(dǎo)致拱橋上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)附加內(nèi)力，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致某些構(gòu)件的開裂。

2)基礎(chǔ)被掏空、墩臺沖蝕嚴(yán)重。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：長時間的流水侵蝕使得某些石拱橋墩臺及基礎(chǔ)的石材強度不斷降低，基礎(chǔ)的整體性受到嚴(yán)重威脅；早期建設(shè)的一些石拱橋防沖刷設(shè)置不合理，甚至沒有采取相應(yīng)措施；一些橋梁下游非法采砂，造成水流加速，沖擊作用增強。

以上因素造成部分石拱橋的基礎(chǔ)掏空，墩臺受到嚴(yán)重的侵蝕，具體表現(xiàn)為：a.一些橋梁的擴大基礎(chǔ)基底和表面被沖刷嚴(yán)重甚至被掏空；b.樁基礎(chǔ)承臺出現(xiàn)懸空；c.流水沖刷造成墩臺表面石材外露，砌筑砂漿甚至出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，灰縫被侵蝕掏空。

2 主拱圈常見病害及成因分析

2.1 主拱圈開裂

拱圈開裂在本次調(diào)查的眾多橋梁中出現(xiàn)頻率很高，是常見病害，這些裂縫有橫向的，也有縱向的，嚴(yán)重威脅橋梁的安全性和耐久性。主拱圈出現(xiàn)的橫向裂縫往往位于拱頂下部邊緣或者公交的上部，嚴(yán)重的甚至向拱壁擴展。

拱頂正彎矩區(qū)域的下部邊緣出現(xiàn)的橫向裂縫，嚴(yán)重時可導(dǎo)致橋面下?lián)?，造成拱上建筑出現(xiàn)破壞。分析其原因主要有：

1)主拱圈在荷載作用下會發(fā)生變形，包括短期荷載作用下產(chǎn)生的彈性變形，也包括長期荷載作用下產(chǎn)生的徐變，這些變形都會造成拱圈線型變化，拱軸線長度縮短，使拱頂區(qū)段的正彎矩值變大，最終導(dǎo)致拱頂石砌體下部拉應(yīng)力增大而開裂。

2)墩臺基礎(chǔ)的水平位移，無鉸拱出現(xiàn)的公交后傾轉(zhuǎn)動，都會加大拱頂正彎矩，導(dǎo)致拱頂下部出現(xiàn)橫向裂縫。

3)石材自身原因使得拱圈出現(xiàn)裂縫。有些橋梁拱圈整體強度符合要求，但部分石塊在剪壓作用下因為強度不足而開裂；拱圈的某些單塊巖石因強度不足出現(xiàn)縱向裂縫等等。

2.2 主拱圈變形過大

所調(diào)查的石拱橋中，主拱圈的變形主要表現(xiàn)為:

1)主拱圈軸線線型變化，下?lián)蠂?yán)重，矢高減小,拱頂塌陷;

2)拱軸線不對稱變形，過大的主拱圈撓度使拱圈的合理拱軸線與實際的拱軸線發(fā)生較大偏移,以至于主拱圈受力狀況不佳,引起內(nèi)力的重新分布,嚴(yán)重影響橋梁的耐久性。

主拱圈軸線變形的原因主要有:

1)主拱圈的石砌體在恒載作用下發(fā)生彈性壓縮，拱軸線變短，拱頂下移，矢高也隨之減??；2)長期超載以及橋臺后側(cè)土體承載力不足，導(dǎo)致橋臺出現(xiàn)向后水平位移或者墩臺的差異沉降,前者往往造成主拱圈拱頂下移，矢高減小，后者往往導(dǎo)致橋面出現(xiàn)傾斜或者不平整；3)施工方面原因使得主拱圈在拱架移除或者下?lián)虾螽a(chǎn)生永久變形，這些原因包括：拱架沒有按要求設(shè)置預(yù)拱度；拱架在石拱圈的漿砌塊石還沒符合設(shè)計要求時被拆除；或者拱架自身剛度不符合要求，加載后發(fā)生過大變形；4)主拱圈強度達(dá)不到要求，在運營期間，長期的反復(fù)荷載作用下，使得裂縫不斷開展、砂漿逐漸剝落，從而產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久性變形。

2.3 主拱圈巖石風(fēng)化、水蝕及脫落

一些橋梁年代久遠(yuǎn)，長期暴露的拱圈石料在自然因素的作用下風(fēng)化明顯，風(fēng)化的石料強度降低，被壓裂后脫落,造成拱圈表面凹凸不平,突變的截面面積極有可能造成應(yīng)力集中現(xiàn)象,以致各種病害加速產(chǎn)生與發(fā)展。

拱石風(fēng)化脫落病害原因:

1)橋梁服役年限長，石砌塊在自然環(huán)境中風(fēng)化；2)腐蝕性氣體，酸雨，污水等長期腐蝕石塊；3)砂漿施工質(zhì)量差，飽滿度不夠，造成脫落；4)拱頂回填料不足，路面顛簸導(dǎo)致超速超載車輛在橋上行走時產(chǎn)生過大的沖擊荷載。

2.4 主拱圈滲水

一些橋梁的裂縫或者灰縫中有水滴、甚至水流滲出。水流沿著側(cè)墻內(nèi)外流到拱圈表面，有些橋面的排水直接通過裂縫滲流至拱圈表面，長期的滲水，使得拱圈吸水飽和，出現(xiàn)不同程度的腐蝕及軟化，造成強度下降，耐久性變差。

主拱圈滲水原因可能有：拱上建筑回填料松散,滲水性強；砌筑灰縫飽滿度達(dá)不到要求；橋面排水不良。

2.5 主拱圈拱石砌筑灰漿脫落形成空隙

一些橋梁所用砌筑砂漿強度不夠，在室外自然環(huán)境的長期作用下，砂漿不斷風(fēng)化剝落，在砌塊之間形成空隙或空洞，橋梁上行駛的汽車所產(chǎn)生的的沖擊荷載也加劇了砂漿的脫落。

3 拱上建筑、橋面系常見病害及病害機理分析

拱上建筑承載力相對較小，再加上拱上建筑受汽車沖擊荷載的直接影響，因此調(diào)查的大部分橋梁的拱上建筑均較主拱圈嚴(yán)重。實際調(diào)查情況看，其損壞主要有兩種情況。

3.1 側(cè)墻開裂與外傾

部分橋梁的橋臺出現(xiàn)順橋及橫橋的裂縫，裂縫形態(tài)表現(xiàn)為兩頭窄中間寬，既有表面裂縫也有深度裂縫，裂縫往往沿砂漿或者石料輕微開展，有些甚至出現(xiàn)貫穿裂縫，側(cè)墻開裂的同時也出現(xiàn)外傾的現(xiàn)象。

分析原因可能如下：

1)超載造成作用在側(cè)墻上的土體側(cè)壓力變大；2)橋臺內(nèi)側(cè)土體松散，密實度欠佳，橋臺后背排水不良；3)側(cè)墻變形縫缺失，橋臺的移動使其開裂。

3.2 橋面破損

病害特征:橋面行車道凹凸不平,裂縫開展。顛簸破損的橋面會加劇汽車行駛時的沖擊效應(yīng)，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)更嚴(yán)重的損害。橋面破損機理分析:橋面排水不暢造成積水；橋面鋪裝層強度過低，過薄，沒有按要求設(shè)置橫向分布鋼筋；超重車輛荷載使得柔性填料不均勻變形，形成車轍，導(dǎo)致路面破損；橋面伸縮縫或變形縫設(shè)置不合理。

4 結(jié)語

準(zhǔn)確的橋梁病害調(diào)查及分析是橋梁健康狀況評估及制定合理加固與改善措施的前提，通過對重慶地區(qū)現(xiàn)役石拱橋的現(xiàn)場實際調(diào)查，按照石拱橋的三個組成部分,較為系統(tǒng)和全面的分析了石拱橋的常見病害及原因，希望能為重慶地區(qū)現(xiàn)役石拱橋健康狀況評估及加固提供一定的依據(jù)。

[1] 魏惠芝.石拱橋病害及成因分析[J].山西建筑，2013，39(27)：140-141.

[2] 邢明峰.石拱橋病害調(diào)查與加固方案設(shè)計[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2010(1)：17-19.

[3] 蔡鵬程,楊肩宇.石拱橋病害與加固工程實例分析[J].福建建筑，2006(2)：55-56.

Investigation and analysis of the causes of the disease of stone arch bridges in active service in Chongqing area

He Huagang

(ChongqingTechnology&BusinessInstitute，Chongqing401520,China)

Through investigating the active-duty stone arch bridge field conditions in Chongqing region, starting from aspects of pier and abutment, foundation, major arch ring, top arch building and bridge deck, the paper analyzes and summarizes common active-duty stone arch bridge diseases types and occurring causes, which has provide some basis for evaluating and reinforcement transforming the service-duty stone arch bridge.

stone arch bridge, pier abutment, main arch ring, deck, disease mechanism

1009-6825(2016)18-0142-03

2016-04-13

賀華剛(1981- )，男，碩士,講師

U445.7

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