山區(qū)橋梁水毀成因及重建對策探討

山區(qū)中小橋一般建設(shè)標準較低，難以抵御大的洪水。文章通過對皖南某鄉(xiāng)鎮(zhèn)山區(qū)橋梁水毀成因進行調(diào)查分析，結(jié)合重建設(shè)計，提出了針對性的重建對策。項目完工三年多來，橋梁經(jīng)受住了洪水期的考驗，使用良好，證實了設(shè)計措施的合理性。

山區(qū)橋梁；水毀；成因；重建對策

U445.7+1A391373

作者簡介：

黃興波（1979—），高級工程師，研究方向：公路市政橋梁設(shè)計。

0" 引言

由于我國經(jīng)濟發(fā)展不平衡，山區(qū)道路等級一般較低［1］，橋梁服役時間長，設(shè)計荷載等級低［2］，橋面狹窄。當初建設(shè)時對于洪水沖刷的認識不足，河道經(jīng)過長時間的演變后，河床地形、水流流態(tài)已發(fā)生了很大變化，在遇到超過設(shè)計標準的洪水沖擊時，橋梁存在較大的安全隱患。

本文通過對皖南某市受臺風影響的橋梁損毀情況調(diào)查，結(jié)合重建設(shè)計，分析了橋梁水毀的成因，同時提出了重建對策。項目完工三年多來，橋梁經(jīng)受住了洪水期的考驗，使用良好，證實了設(shè)計措施的合理性。

1" 區(qū)域特點

皖南屬山地丘陵區(qū)，屬于強降雨區(qū)，也是偶遭臺風襲擊的主要地區(qū)。皖南地勢南高北低，東西山川起伏，地形由丘陵、低山及陡峭的中山地形組成，地形較為復雜，多山谷、陡坡，地質(zhì)多以沖填土、粉質(zhì)黏土、中風化硅質(zhì)板巖及強（中）風化泥巖為主，千枚巖、砂頁巖、花崗巖廣泛分布，風化強烈。斷裂構(gòu)造縱橫交錯，節(jié)理裂隙極為發(fā)育。地質(zhì)環(huán)境較脆弱，容易形成山體滑坡、崩塌和泥石流等地質(zhì)災害。

1.1nbsp; 山陡水急

皖南山區(qū)山高坡陡，河流落差大、水流急，水能豐富，是安徽省崩塌、滑坡地質(zhì)災害的多發(fā)、易發(fā)地區(qū)［3］。由于山坡比較陡峭，河流具有河床縱坡大、流速快、沖刷強等明顯特點，汛期時河流洪水來勢迅猛、回落快，山谷間河溝較窄，落差大致使水流湍急，對河道的沖刷強度大。

山腳下的河道一般較寬，多漫灘，流量與水位隨季節(jié)變幅大，枯水期流量很小，甚至出現(xiàn)斷流。暴雨之后，山洪暴發(fā)，流量猛增。水質(zhì)變化劇烈，枯水期水清見底，暴雨后驟然渾濁。在經(jīng)歷短時強降雨后，因河道匯水面積廣，河道水面迅速擴大到平時的數(shù)倍，水位極速上升，河邊道路及橋梁易被淹沒。

1.2" 河道落石多

河床多砂卵石，河流兩岸階地主要為農(nóng)田或民居，河流的形態(tài)多為“Ｖ”字形或“Ｕ”字形，平面形態(tài)復雜，河岸線不規(guī)則，洪水沖刷力強。山坡土質(zhì)多較松散，受降雨影響，樹木雜草等易滑落至河道，形成漂浮物，受河道落石阻滯后，漂浮物容易在河道轉(zhuǎn)彎及橋梁墩臺處被卡住，阻礙河道行洪。

1.3" 不良地質(zhì)多

根據(jù)《安徽省地質(zhì)災害防治“十三五”規(guī)劃（2016—2020年）》顯示，該區(qū)域?qū)俚刭|(zhì)災害高、中易發(fā)區(qū)，以崩塌、滑坡、泥石流、巖溶塌陷為主要防治重點。此類不良地質(zhì)對結(jié)構(gòu)物構(gòu)成較大威脅，若處置不當就有可能帶來嚴重損害。

泥石流是山區(qū)溝谷中較常見的地質(zhì)災害，主要是由于受到暴雨等水源激發(fā)，含有大量泥沙石塊的特殊洪流，含沙量大，流體粘稠如泥漿，其暴發(fā)突然、歷時短暫、來勢兇猛，具有很強的破壞力。

滑坡主要是斜坡上的土體或者巖體，受河流沖刷、雨水浸泡或人工切坡等因素影響，在重力作用下，沿著一定的軟弱面或者軟弱帶，整體或者分散地順坡向下滑動。滑坡體進入河道后，往往堵塞河床，造成洪水外溢漫上道路。

巖溶地質(zhì)在皖南地區(qū)分布較廣，其主要是石灰?guī)r中的碳酸鈣與二氧化碳在水中溶解后生成的碳酸發(fā)生化學反應，生成更易溶于水的碳酸氫鈣，從而造成石灰?guī)r侵蝕。隨著時間累積，除了地表外，在地下也會形成空洞，即為溶洞。此類地質(zhì)對工程建設(shè)影響巨大，必須詳細查明其成因及分布，在無法避讓時進行妥善處理。

1.4" 道路等級低

山區(qū)道路主要供鄉(xiāng)村行人及小型農(nóng)用車通行，寬度較窄，路面以水泥路面為主，部分村道為砂石路面。

受道路兩側(cè)民房及農(nóng)田限制，為照顧居民出行需要，路面高程往往難以抬高，使路基易受雨水侵蝕影響。洪水經(jīng)常漫過路面，在長期水蝕及沖刷作用下，路基強度下降，洪水來臨時，薄弱路段容易損毀。

由于道路一般都較狹窄，在碰到自然災害時，大型救災車輛往往難以進入。

2" 橋梁水毀成因分析

通過現(xiàn)場詳細調(diào)查，對橋梁損毀的原因進行了深入分析，主要有如下幾點。

2.1" 橋位不合理

有的橋梁設(shè)在河流彎道處，洪水來臨時的流速大，彎道處基礎(chǔ)沖毀導致橋梁損毀，如圖1所示。有的橋梁建在山腳下的河道寬度劇變區(qū)，小橋跨嚴重壓縮了過水斷面，阻礙行洪，水流沖擊加上落石碰撞，造成橋梁損毀。

2.2" 結(jié)構(gòu)形式不合理

老橋為上承式圬工拱橋，基礎(chǔ)尺寸大，阻水嚴重，加之建成時間較長，維修保養(yǎng)不到位，老橋基礎(chǔ)難以承受長時間的大水流沖擊，造成沖刷嚴重。

山區(qū)橋梁水毀成因及重建對策探討/黃興波

2.3" 基礎(chǔ)埋深不足

基礎(chǔ)是橋梁的重要結(jié)構(gòu)組成部分，如出現(xiàn)問題，將給橋梁的正常使用帶來極大的危害，甚至損毀。

山區(qū)橋梁因建設(shè)標準較低，未考慮足夠的河床沖刷深度，為節(jié)省造價普遍采用擴大基礎(chǔ)，基底埋深過小，在湍急水流的急劇沖刷下，河床裸露，基礎(chǔ)基底外露，地基承載力很快喪失，進而使得基礎(chǔ)損毀，最終造成橋梁垮塌。

2.4" 橋下凈高偏小

河道兩側(cè)民房較多，房屋出入口一般與道路齊平，考慮居民出行便利的需要，橋面高程往往難以抬高。這就造成了橋下凈高偏小的情況，導致過水斷面不足，洪水來臨時直接漫上橋面，橋梁上部結(jié)構(gòu)反而成了阻水的構(gòu)造物，水流浮力加之洪水橫向沖擊，造成橋梁上部結(jié)構(gòu)損壞。

2.5" 缺少防護構(gòu)造物

河道經(jīng)過長時間的泥沙淤積后逐漸變淺，過水面積縮小，在周邊山體水土流失較嚴重的情況下，山洪暴發(fā)時攜帶的大量石塊、泥沙及雜草等雜物形成沖積扇，在橋位處由于橋梁壓縮河道，墩臺阻水加劇了河道的淤積堵塞。由于橋臺處往往缺少必要的水流調(diào)治構(gòu)造物，如導流墻丁壩等構(gòu)造物，使洪水持續(xù)沖刷墩臺，沖毀引道使橋臺失去支撐，從而造成橋梁垮塌。

2.6" 上部橋面系水毀

此類病害橋梁均為大橋，上部結(jié)構(gòu)為空腹式拱，實體式墩臺。主要病害是橋面系損毀及基礎(chǔ)沖刷嚴重，橋面石材欄桿被沖毀，有的橋梁甚至缺失了半幅的橋面板，拱上填料被水泡出現(xiàn)松散及嚴重坑洞。

經(jīng)分析，主要原因為拱橋墩臺體積大，漂浮物被墩臺卡主，阻水嚴重，河道行洪不暢，洪水漫過橋面，進而沖毀了橋面系。與此形成對照的是同一河道上游的某高速公路橋梁使用情況卻較好，其上部結(jié)構(gòu)為梁式橋，下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩臺，阻水率低，因此受漂浮物及洪水影響很小。

3" 橋梁重建原則

根據(jù)本區(qū)域獨特的地理及自然環(huán)境，擬定針對性的設(shè)計原則。

3.1" 安全性

安全是橋梁設(shè)計時必須要遵循的首要原則，對山區(qū)橋梁來說尤為重要。山區(qū)的地形、水文環(huán)境等更復雜，對結(jié)構(gòu)的安全要求更高，需采用合理的結(jié)構(gòu)模型及參數(shù)保證計算結(jié)果的合理可靠。如下部結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須考慮河床最大沖刷深度的影響，保證基礎(chǔ)在洪水期間的使用安全。

3.2" 經(jīng)濟性

橋梁位于山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域，道路寬度小，施工難度大，原材料運輸較為困難，選用同樣的設(shè)計方案時，山區(qū)橋梁的建設(shè)成本要遠高于平原地區(qū)。山區(qū)往往又是我國經(jīng)濟欠發(fā)達的地區(qū)，因此在進行橋梁設(shè)計時必須要考慮方案的經(jīng)濟實用性。根據(jù)現(xiàn)場的施工條件和地理環(huán)境因素，進行多方案比選，在滿足正常使用的條件下，選擇經(jīng)濟性最佳的設(shè)計方案，以節(jié)約工程造價。

3.3" 養(yǎng)護費用低

橋梁位于山區(qū)，養(yǎng)護技術(shù)及力量相對薄弱，結(jié)構(gòu)物病害難以及時發(fā)現(xiàn)維修，因此在方案設(shè)計階段就需要考慮后期養(yǎng)護的問題。如上部結(jié)構(gòu)優(yōu)先選用預應力混凝土梁，以減少結(jié)構(gòu)裂縫，降低后期養(yǎng)護工作量，增強結(jié)構(gòu)的耐久性；對于小橋可以考慮采用無縫伸縮縫，以減小后期養(yǎng)護工作量。

3.4" 對環(huán)境影響小

山區(qū)橋梁建設(shè)由于施工范圍廣，因此不可避免地會對周邊自然環(huán)境造成影響。在設(shè)計時必須考慮到不同的方案對環(huán)境的不同影響，盡可能地避免采用對山體進行大規(guī)模開挖和回填的結(jié)構(gòu)方案，以保證山體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，保護植被免遭破壞，避免造成水土流失。同時，還應考慮到施工時不能對河道水體造成污染，只有這樣才能達到人與自然的和諧相處。

4" 重建對策

根據(jù)現(xiàn)場情況，因地制宜，根據(jù)每座橋的不同情況選擇最合適的方案，做到合理可行。

結(jié)合現(xiàn)場實地調(diào)查情況，通過對橋梁水毀成因的分析，制定了針對性的重建對策，主要內(nèi)容如下。

4.1" 合理選擇橋位

由于山區(qū)的地形和地貌條件比較復雜，因此在進行橋梁重建時，橋位的選擇極其重要。

考慮到與老路銜接的順暢度，橋梁重建時首選原位重建，以方便居民通行。

當不具備原位重建的條件時，需考慮相應的調(diào)整措施。如有的老橋靠近民房，原地重建將對房屋安全帶來不利影響；有的老橋在河道寬度劇變區(qū)，兩側(cè)山體受雨水沖刷，易落石，如原地重建，不但橋梁規(guī)模大，而且基礎(chǔ)易受落石撞擊，河道也易淤積。

根據(jù)上述不同情況，選擇不同的處理措施。

對于原地重建影響房屋安全時，橋位適當上下移位，優(yōu)選河岸穩(wěn)定的河段，盡量使橋梁與河流軸線呈正交狀態(tài)。

對于河道寬度劇變區(qū)的橋梁，將橋位向河道下游移位，盡量選在河道穩(wěn)定、河岸順直處，這樣不但能縮小橋梁規(guī)模，河道中間也不需設(shè)墩，增大了泄洪斷面，避免了落石撞擊及河道阻塞的風險。同時為確保橋臺基礎(chǔ)及岸坡安全，在河道上下游增設(shè)擋墻，以保護橋梁基礎(chǔ)，防止岸坡沖刷破壞。

4.2" 重視橋梁基礎(chǔ)設(shè)計

考慮到山區(qū)地質(zhì)條件普遍較好，對基巖較淺的區(qū)域，為節(jié)約造價及方便施工，優(yōu)先考慮采用擴大基礎(chǔ)［4］。按照地基與基礎(chǔ)相關(guān)規(guī)范要求，根據(jù)巖石強度不同，合理設(shè)置基礎(chǔ)嵌巖深度。地基為較硬巖及以上時，基礎(chǔ)嵌巖深度按0.5 m控制；較硬巖以下時，基礎(chǔ)嵌巖深度≥1.0 m。

對于巖層較深的區(qū)域，橋梁基礎(chǔ)考慮采用鉆孔灌注樁，以減小開挖深度，降低施工難度。考慮河道自然演變沖刷、局部沖刷及一般沖刷深度的要求，根據(jù)計算結(jié)果確定樁長，同時適當預留一定的安全深度，保證樁基礎(chǔ)安全。

橋跨布設(shè)時盡量采取一跨過河，對于條件受限需設(shè)水中墩的橋梁，均采用實體式鋼筋混凝土橋墩以加大結(jié)構(gòu)剛度，增強抗落石撞擊能力，確保其不會因為受到撞擊而損壞。

4.3" 合理選擇橋梁上部結(jié)構(gòu)

綜合考慮河道行洪、道路運輸?shù)葪l件，合理選擇橋梁上部結(jié)構(gòu)型式及施工方案。

拱橋基礎(chǔ)體積大、阻水率高，不適合于行洪區(qū)域，本次重建橋梁上部結(jié)構(gòu)均采用梁式結(jié)構(gòu)［5］，以增大過水斷面，降低上部結(jié)構(gòu)阻水率。

受道路運輸條件限制，根據(jù)橋位地點不同，對具備吊裝條件的，上部板梁采取現(xiàn)場預制吊裝結(jié)構(gòu)；對吊車無法到達的區(qū)域，上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆梁，以方便施工。

板梁結(jié)構(gòu)采用后張法預應力混凝土T梁或現(xiàn)澆等截面實心板梁，以防洪水漫橋時梁體漂浮，同時加強橫橋向結(jié)構(gòu)限位措施，加大擋塊尺寸及配筋，以防主梁被水流沖走。

4.4" 適當增大橋下凈空

通過現(xiàn)場調(diào)查走訪，核實確認原老橋高程，新建橋梁跨徑及梁底標高均大于老橋，有條件的橋梁適當加大跨徑，抬高梁底高程，增大橋下過水斷面，保證橋梁安全度汛。橋頭兩側(cè)接線適當順延，確保路線平順。

4.5" 增設(shè)防護及導流構(gòu)造物

在橋位上下游河道分別設(shè)置一定長度的擋墻或?qū)Я鞯虒影哆M行防護，以保護橋臺基礎(chǔ)，避免洪水沖毀堤岸后影響橋臺結(jié)構(gòu)安全。同時，建議道路養(yǎng)護部門在洪水期加強橋梁巡查，對河道及時進行清理疏浚，防止漂浮物在橋位處長時間堵塞河道造成橋梁基礎(chǔ)沖刷。

5" 結(jié)語

本文針對皖南山區(qū)較為特殊的地理及水文環(huán)境，對水毀橋梁進行針對性的災害成因分析及方案設(shè)計，解決了山區(qū)橋梁易受洪水沖擊損毀的問題，保證了橋梁的使用安全。

通過采取上述設(shè)計措施，該項目重建橋梁竣工通車三年多來使用狀況良好，經(jīng)受住了洪水的考驗，對當?shù)亟?jīng)濟的恢復發(fā)展、人員及物資往來起到了重要的促進作用。

［1］交通運輸部辦公廳，財政部辦公廳.低等級農(nóng)村公路技術(shù)狀況評定指南［J/OL］https：//wenku.baidu.com/view/451c662acf1755270722192e453610661fd95a43.html？_wkts_=1722331838247amp;bdQuery=%E4%BD%8E%E7%AD%89%E7%BA%A7%E5%86%9C%E6%9D%91%E5%85%AC%E8%B7%AF%E6%8A%80%E6%9C%AF%E7%8A%B6%E5%86%B5%E8%AF%84%E5%AE%9A%E6%8C%87%E5%8D%97amp;needWelcomeRecommand=1，2022-05-13.

［2］JTG D60-2015，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范南［S］.

［3］孫" 健，陶" 慧，楊世偉，等.皖南山區(qū)地質(zhì)災害發(fā)育規(guī)律與防治對策南［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011，38（5）：98-101.

［4］王" 航，山區(qū)橋梁基礎(chǔ)的設(shè)計與研究南［J］.中外公路，2008，28（6）：152-154.

［5］楊建紅，中小跨徑橋梁設(shè)計問題思考南［J］.山西交通科技，2007（6）：36-39.

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