現(xiàn)役石拱橋病害調(diào)查及原因分析

【摘 要】通過對重慶地區(qū)現(xiàn)役石拱橋的現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查，分析和總結(jié)了現(xiàn)役石拱橋的常見病害及其原因，為現(xiàn)役石拱橋的評估以及加固改造提供相應(yīng)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】石拱橋；病害；原因分析

一、引言

石拱橋歷史悠久、造型優(yōu)美，造價(jià)相對低廉，上個(gè)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(yùn)輸發(fā)揮著不可替代的貢獻(xiàn)。隨著時(shí)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(jià)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(jì)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(gè)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)。

二、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，上部拱圈開裂又會反過來繼續(xù)加劇橋梁墩臺的破壞，二者的破壞相互影響?；A(chǔ)與墩臺的常見病害及原因有：

（一）基礎(chǔ)或墩臺的差異沉降、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。

（二）基礎(chǔ)被掏空、墩臺沖蝕嚴(yán)重

調(diào)查發(fā)現(xiàn)：某些石拱橋墩臺及基礎(chǔ)由于長期的流水侵蝕，造成材料強(qiáng)度不斷下降，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(qiáng)。

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：

（1）一些橋梁的擴(kuò)大基礎(chǔ)基底和表面被沖刷嚴(yán)重甚至被掏空；（2）樁基礎(chǔ)承臺出現(xiàn)懸空；（3）墩臺表面巖石和砌筑砂漿沖刷外漏，甚至出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象

三、主拱圈常見病害及成因分析

（一）主拱圈開裂

本次調(diào)查的眾多橋梁中，拱圈開裂是最常見的病害之一，主要表現(xiàn)為橫向開裂與縱向開裂，這些裂縫會對橋梁安全造成嚴(yán)重威脅。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)重的甚至向拱璧擴(kuò)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(shí)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.各種荷載作用使得主拱圈產(chǎn)生相應(yīng)彈性變形，恒載的長期效應(yīng)下拱圈出現(xiàn)徐變，這些都會拱軸線長度減少，并增大拱頂區(qū)段的正彎矩值，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)致拱頂下部的橫向裂縫。

3.塊石材料本身原因造成開裂。有些橋梁拱圈整體強(qiáng)度符合要求，但部分石塊在剪壓作用下因?yàn)閺?qiáng)度不足而開裂；拱圈的某些單塊巖石因強(qiáng)度不足出現(xiàn)縱向裂縫等等。

（二）主拱圈變形過大

1.所調(diào)查的石拱橋中，主拱圈變形的主要表現(xiàn)為。

（1）主拱圈軸線出現(xiàn)明顯下?lián)?，矢高減小，拱頂凹陷。

（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(shí)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。

2.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，矢高也隨之減小；

（2）長期超載以及橋臺后側(cè)土體承載力不足，導(dǎo)致的橋臺出現(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(jì)要求時(shí)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(qiáng)度不足，在運(yùn)營期間荷載的長期作用下，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。

（三）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(qiáng)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)生于發(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是產(chǎn)生過大的沖擊荷載。

（四）主拱圈滲水

一些橋梁的裂縫或者灰縫中有水滴、水流滲出，或沿側(cè)墻內(nèi)外表面直接流到拱圈表面，或橋面的排水直接由流到拱圈上。拱圈石材在滲水的作用下會出現(xiàn)腐蝕和軟化，影響其強(qiáng)度并降低耐久性能。主拱圈滲水的可能原因：拱上建筑回填料松散，砌筑灰縫飽滿度不足，橋面排水不暢。

（五）主拱圈拱石砌筑灰漿脫落成空隙

一些橋梁所用砌筑砂漿強(qiáng)度不做，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。

四、拱上建筑、橋面系常見病害及病害機(jī)理分析

與主拱圈相比，拱上建筑承載力很小，再加上拱上建筑受汽車沖擊荷載的直接影響，因此大部分調(diào)查橋梁的拱上建筑均較主拱圈嚴(yán)重。實(shí)際調(diào)查情況看，其損壞主要有兩種情況：

（一）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(shí)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(shí)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；

（二）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(shí)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(jī)理分析：橋面排水不暢造成給水；橋面鋪裝層強(qiáng)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。

五、結(jié)束語

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(shí)際調(diào)查，按照石拱橋的三個(gè)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)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]蔡鵬程，楊肩宇等.石拱橋病害與加固工程實(shí)例分析[J]. 福建建筑. 2006（02）

作者簡介：賀華剛（1981-），男，漢，湖南邵陽人，工學(xué)碩士，重慶工商職業(yè)學(xué)院，講師。