關(guān)于黔江區(qū)石拱橋的主要病害原因分析

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

一、引 言

拱橋作為我國(guó)傳統(tǒng)的橋梁四大基本型式之一。其中石拱橋是拱橋的一種體系，它的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的。從古代到現(xiàn)在，石拱橋因其各種優(yōu)點(diǎn)遍及祖國(guó)山河大地，隨著經(jīng)濟(jì)文明的日益豐富增長(zhǎng)而長(zhǎng)足發(fā)展，它們是我國(guó)古代璀璨文明中的一個(gè)重要的組成部分，在世界上為祖國(guó)博得榮譽(yù)。石拱橋由于其材料豐富來(lái)源隨處可見、抗壓性能較強(qiáng)，耐久性較好、維修費(fèi)用低、造價(jià)低、構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單、造型美觀和施工方便相比其他橋型強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛用于我國(guó)各種道路，特別是鄉(xiāng)村道路之中，石拱橋在我國(guó)橋梁中占有的很高的比重，比例高達(dá)70%。隨著時(shí)間的不斷推移，交通量的日益增長(zhǎng)，許多石拱橋的石料風(fēng)化、遭受流水侵蝕，受到超載、超速車輛和頻繁的地質(zhì)自然災(zāi)害的破壞和影響，日益逐漸成為舊橋、病橋甚至危橋，鄉(xiāng)村道路石拱橋普遍存在承載力降低，病害較多的問題，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的交通量的需要，所以如何預(yù)防及加固石拱橋已成為當(dāng)前迫切需要解決的問題，由此石拱橋的病害成因分析在橋梁加固中顯得尤為重要。

二、主拱圈的主要病害及其原因

通過對(duì)黔江地區(qū)部分現(xiàn)役鄉(xiāng)村道路的石拱橋調(diào)查，主要從三個(gè)方面分析總結(jié)了本地區(qū)石拱橋的病害及成因，以便更好的為現(xiàn)役石拱橋健康狀況的評(píng)估以及加固維修提供依據(jù)。

在本次檢查中主拱圈的主要病害是，主拱圈底部滲水、拱圈砌石及砂漿風(fēng)化脫落、裂縫、變形錯(cuò)位等。

(一)主拱圈底部滲水侵蝕

造成拱圈滲水的主要原因有：雨水或者橋面的排水沿著側(cè)墻的外表面通過裂縫等流到拱圈表面，有些直接通過側(cè)墻裂縫滲流至拱圈內(nèi)部，或者因?yàn)楣皹蛏喜拷Y(jié)構(gòu)的防水層遭到破壞或著失效，拱上填料的不密實(shí)，或者砌筑砂漿的不飽滿，或者砂漿坍落度較高，或橋面拱頂?shù)呐潘O(shè)置不合理，或者橋面的裂縫長(zhǎng)期的滲水，使得拱圈吸水飽和，出現(xiàn)不同程度的砌石腐蝕及軟化，造成強(qiáng)度降低，耐久性變差等病害現(xiàn)象。

(二)主拱圈砌石及砂漿風(fēng)化脫落

由于橋梁年代久遠(yuǎn)，長(zhǎng)期暴露在環(huán)境中的拱圈砌石料及砂漿在自然因素的作用下風(fēng)化明顯，風(fēng)化后的石料及砂漿強(qiáng)度降低，被壓裂后砌石部分壓碎脫落，造成拱圈表面凹凸不平，各個(gè)結(jié)構(gòu)之間聯(lián)結(jié)強(qiáng)度降低，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)橋梁服役時(shí)間年限長(zhǎng)，石砌塊和混凝土砂漿在自然環(huán)境中風(fēng)化導(dǎo)致材料整體性降低；(2)霧霾、酸雨等含有腐蝕性物質(zhì)，生活污水及拱圈的滲水等長(zhǎng)期腐蝕砌塊和砂漿；(3)砂漿施工質(zhì)量差，標(biāo)號(hào)不達(dá)標(biāo)，坍落度高，飽滿度不夠，造成粘結(jié)度低導(dǎo)致脫落；(4)拱上填料回填不密實(shí)，路面不平顛簸導(dǎo)致超速超載車輛在橋上行走時(shí)產(chǎn)生過大的沖擊荷載及震動(dòng)等。

(三)主拱圈裂縫、變形錯(cuò)位

橋面和主拱圈裂縫破損不僅會(huì)使交通荷載的沖擊力增大，同時(shí)會(huì)使雨水沿著破損裂縫處滲入橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，侵蝕橋梁的主要承重構(gòu)件。因此，主拱圈的裂縫嚴(yán)重威脅了橋梁使用的耐久性和安全性。主拱圈開裂現(xiàn)象，其分為橫向、縱向裂縫或斜向裂縫。裂縫主要沿砂漿裂縫擴(kuò)展，另外一種形式為石料的開裂。

拱圈開裂的主要原因?yàn)椋?1)橫向裂縫是由于主拱圈石料的厚度不夠，材料強(qiáng)度的降低，主拱圈整體強(qiáng)度不足，使得墩臺(tái)基礎(chǔ)發(fā)生位移，進(jìn)而造成拱圈受力不均勻；(2)修建時(shí)間較長(zhǎng)，砂漿不飽滿密實(shí)，施工工藝不規(guī)范，施工質(zhì)量得不到有效保障；(3)由于石拱橋多數(shù)為無(wú)鉸拱設(shè)計(jì)，為超靜定結(jié)構(gòu)，因此墩臺(tái)基礎(chǔ)的沉陷或墩臺(tái)的位移引起主拱圈的附加應(yīng)力變大產(chǎn)生較大位移等導(dǎo)致拱圈開裂變形；(4)在石拱橋兩端的拱上建筑填筑時(shí)，拱上填料的填筑會(huì)給主拱圈造成橫向的推力，引起縱向裂縫。

三、墩臺(tái)及基礎(chǔ)主要病害及原因

石拱橋是一種主要承受推力的結(jié)構(gòu)，并且其自重較大，承受豎向力后會(huì)產(chǎn)生較大的水平推力，由墩臺(tái)承載，這對(duì)基礎(chǔ)的承載能力和抗推能力要求比較高。因而基礎(chǔ)是石拱橋的下部結(jié)構(gòu)中最重要的構(gòu)造，而且由于石拱橋一般跨度比較小，所以墩臺(tái)的基礎(chǔ)大多采用較為簡(jiǎn)單易于施工的明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，并且其基礎(chǔ)埋深較淺，基礎(chǔ)墩臺(tái)容易遭到水流沖刷而產(chǎn)生基礎(chǔ)沖刷病害，嚴(yán)重影響著橋梁的安全性和使用壽命。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的橋梁檢測(cè)，對(duì)石拱橋基礎(chǔ)與墩臺(tái)的常見病害及原因總結(jié)如下：

(1)基礎(chǔ)或墩臺(tái)不均勻沉降或水平位移。 墩臺(tái)或基礎(chǔ)的不均勻沉降和水平位移，使墩臺(tái)外移、傾斜。主要是由于基地承載力不足所造成的。

(2)基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重或掏空。主要原因是因?yàn)榛A(chǔ)長(zhǎng)期遭水流的侵蝕沖刷，基礎(chǔ)材料強(qiáng)度不足，基礎(chǔ)的整體性遭到破壞，或者下游的不合理開采，改變了河流的水文條件引起水流的沖擊增大，致使基礎(chǔ)外露或者遭到嚴(yán)重沖刷。

四、上部結(jié)構(gòu)、橋面系主要病害及原因

拱上建筑是上承式拱橋的橋面系與拱圈之間的傳遞荷載的構(gòu)造物或填充物，以使橋面的平整性和舒適性達(dá)到行車要求，對(duì)車輛的荷載得到有效的分布，使受力面積增大，防止車輛在行駛的突然制動(dòng)的過程中對(duì)主拱圈的沖擊過大，保護(hù)主拱圈免受外力沖擊和雨水侵蝕的作用，因此對(duì)橋梁的耐久性和承載能力具有重要的作用。常見的病害主要有橋面的橫向、縱向裂縫及局部龜裂，車轍，橋面破損、積水，側(cè)墻開裂滲水、變形等拱上建筑及橋面系的常見主要病害原因?yàn)椋?1)橋面破損是由于車輛長(zhǎng)期的碾壓，甚至有時(shí)超載、超速運(yùn)營(yíng)，車流量較大等影響下造成的；(2)橋面缺少伸縮縫構(gòu)造，在高溫和低溫及下部位移的影響下無(wú)法滿足橋面變形的需要；(3)缺少橋面排水設(shè)施或者排水設(shè)施設(shè)置不合理，導(dǎo)致橋面積水無(wú)法有效迅速的排除，加劇了橋面的破壞程度；(4)拱上建筑的填料不符合相應(yīng)規(guī)范要求，壓實(shí)度不足；側(cè)墻砌筑的過程中，材料配合比不合理，導(dǎo)致砌筑整體強(qiáng)度較低低。(5)人為因素。

五、結(jié) 論

準(zhǔn)確的橋梁病害檢查及分析是橋梁健康狀況評(píng)估及制定合理加固維修措施的前提，也是制定養(yǎng)護(hù)方針的主要根據(jù)，通過本次對(duì)黔江地區(qū)現(xiàn)役石拱橋的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)，分析了石拱橋三個(gè)主要結(jié)構(gòu)常見的病害和和其產(chǎn)生原因。

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