辛集市灌區橋梁的穩定性分析

趙尚

【摘要】本文重點對辛集市灌區內橋梁常見的失穩破壞形式進行了分析，并就可預見的影響橋梁穩定的不利因素提出了應對措施。同時指出，防止橋梁失穩損壞應以預防為主，恰當的工程措施對保障橋梁的穩定安全、延長橋梁的使用壽命、發揮其應有的職能起著舉足輕重的作用。

【關鍵詞】灌區橋梁；失穩破壞；措施

引言：橋梁作為灌區必不可少的結點，連接著灌區內的千家萬戶，與人民的生產生活息息相關，其安全與否直接關系到人民群眾交通安全。本文對辛集市灌區內橋梁常見的損毀形式進行分析，并就可預見的影響橋梁穩定的不利因素，提出了應對措施，將橋梁破壞機率降到最低，以確保橋梁正常安全的運行使用，充分發揮其應有的職能。

1、灌區簡介

辛集市位于河北省中東部地區，距省會石家莊市65公里，是一座新興的平原城市。辛集市地形開闊平坦，境內無自然河道，土質以穰土、沙穰土為主，農業灌溉水源主要是地下水。石德鐵路以南為渠井雙灌區，隸屬河北省石津灌區三干渠系，水源來自黃壁莊和崗南水庫，控制面積28.72萬畝。灌區現有分干渠6條，支渠37條，斗渠304條，渠道總長度831.56 km，建有各類大小橋梁785 座。

2、橋梁失穩

2.1 結構失穩

結構失穩是指結構在外力作用下，穩定平衡狀態開始喪失，垂直受力方向的微小擾動，結構變形迅速增大，使結構失去正常工作能力的現象。

2.2橋梁結構失穩

橋梁結構失穩是指橋梁在外力的作用下，橋梁的結構失去平衡，應用力分配不均勻，稍有擾動，橋梁的變型就會馬上加大，導致橋梁垮塌。

橋梁結構失穩的分類：

（1） 個別構件的失穩如：壓桿的失穩和梁的側傾；

（2） 部分結構或整個結構的失穩如：橋門架或整個拱的失穩；

（3） 構件的局部失穩如：組成壓桿的板、板梁腹板的翹曲等。局部失穩常導致整個體系的失穩。

2.3 橋梁結構穩定性研究的重要性

相對于結構強度的分析，導致橋梁失穩的因素是多種多樣的，因此對穩定的分析也十分復雜、困難。但是橋梁結構失穩造成的后果往往是顛覆性的，所以橋梁的穩定性理論的研究是不容忽視的一個重要問題。

3、灌區橋梁失穩破壞的形式及成因

灌區橋梁多為小型橋梁，跨徑在4-8米，座落于土基上，形式為簡支梁式或簡支板式，上部結構多采用鋼筋混凝土材料，下部結構有砌磚、漿砌石、混凝土、鋼筋混凝土材料等，設計標準多在公路-Ⅱ級以下，農橋、便橋比例占到50%以上。橋梁沒有通航要求，整體結構高度都不是很高，風力對橋梁穩定性的影響不是很大，發生頻率較高的是由于地基不均勻沉降和水流沖刷引起的橋梁失穩破壞。

3.1 地基不均勻沉降引起的橋梁結構破壞

灌區橋梁因其設計標準低，形式簡單，單跨橋梁橋臺和多跨橋梁邊墩均兼做擋土墻，且多采用重力式圬工結構，臺背填土較高；同時地基土質密實度較差，如果施工中對地基不做處理或處理不當，橋梁承重后就會造成基礎下沉或傾斜，引起橋梁上部結構破壞，初始時會出現橋體裂縫，逐步發展會導致橋梁主體結構損壞而不能使用。

3.2 流水沖刷引起的橋梁傾覆倒塌

沖刷是引起橋梁水毀的一個重要因素。墩臺基礎埋深不足，基底土體被沖刷淘空后會引起墩臺地基不均勻沉降，嚴重時會造成橋梁傾倒。橋孔設計不合理，無法滿足泄洪要求，調治防護設施不完善或設計不合理，會引起水流沖淘兩側堤岸，發生繞流現象，最終導致橋梁無所依附而倒塌。

橋梁水毀是灌區橋梁損壞最主要的原因之一。

4、提高橋梁穩定的方案和措施

4.1 人工地基處理

小型橋梁墩臺多為重力式結構，自重較大，所以工程設計前應對基礎承重土體進行承載力實驗，如果土質不能滿足結構要求，必須對地基進行人工處理，以提高地基承載力，減少沉降量。

4.1.1 基礎強夯

對于碎石土、砂土、粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基，基槽開挖后，使用夯實機械對原土基礎進行夯實，從而達到工程設計要求。

4.1.2 換填土

對于基礎為淤泥、淤泥質土的軟土地基和不均勻地基，原土夯實仍然不能達到結構設計要求的，可將原土挖出，換填強度較高的粘性土或灰土，灰土比例為3：7或2：8，灰土要按照比例充分混合，換填土應按設計要求分層夯實。

4.1.3 加設基礎墊層

當橋梁結構自重較大時，可加設基礎墊層，灌區橋梁常用的墊層有砂墊層、砂石墊層、混凝土墊層等。墊層厚度由下臥土層允許承壓力決定，墊層寬度需大于基礎寬度。

（1）砂墊層材料應選用顆粒級配良好、質地堅硬的中砂或粗砂，砂中不得含有雜草、樹根等有機雜質，含泥量應小于5%。

（2）砂石墊層用自然級配的砂石混合物，碎石粒級應在50mm以下，其含量應在50%以內，不得含有植物殘體、垃圾等雜物，含泥量小于5%。

4.2 橋梁水毀的因素及應對措施

4.2.1造成橋梁水毀的因素

（1）過橋流量、橋下水位等要素確定不合理。

（2）灌區調配水過程中，沒有規劃好導致來水流量超過最高設計流量。

（3）橋梁本身的因素：包括橋位的選擇、橋孔長度、橋孔高度、墩臺型式和埋置深度和調治構造物。

4.2.2 應對措施

（1）在橋梁勘測設計階段，要全面了解渠道控制面積，配水流量，合理確定橋下流量、水位，確保輸水通暢，不對工程造成危害。

（2）橋址盡量選擇在順直，水流通暢的渠段，避開彎道或是水流斷面變化較大的渠段。

（3）橋孔的設計在滿足泄洪、漂浮物、流水通過要求的前提下，盡量減少對水流斷面的壓縮，減緩水流速度，將水流沖刷程度控制在最小。

（4）橋梁墩臺型式的選擇和基礎埋置深度應滿足洪水沖刷的要求。灌區內橋梁多為明挖淺基礎，如果基礎埋深不足，很容易因為基底被沖刷淘空后，墩臺懸空、傾斜而致橋梁失穩倒塌。

（5）設置調治構造物調整橋下水流的流速、流向和泥沙運動狀態，引導水流平順通過橋孔，避免渠床被沖刷而發生不利變形。

a.水流進入橋孔時會發生斷面收縮而造成流速加大，對河床和坡岸造成沖刷，所以應在橋梁上游建造導流墻，將水流平順引入橋下，導流墻形狀可以設置成圓弧形、扭曲面、八字形等，支渠以上，盡量不采用一字墻，容易引起水流沖淘堤岸，嚴重的水流會沖毀橋梁與坡岸的連接處，繞過橋梁一泄而下。

b.橋梁上、下游應設置護底、護坡，橋下墩臺基礎之上也需要設置防護構造，材料一般為漿砌石或混凝土。上游迎水面護底、護坡趾墻的深度應滿足沖刷要求。

橋梁水毀的防治應著眼于預防，只要采取措施得當，避免水毀的發生，對于絕大多數橋梁是可以做到的。

4.3 加強對橋梁日常的維護管理

4.3.1 加強橋梁的檢查與檢測

橋梁的檢查、檢測及評定工作，是對橋梁使用狀況的進行綜合的評價，以確定橋梁的安全性和結構穩定性。加強對橋梁的檢查，掌握橋梁的使用狀況，較早的發現缺損和異常情況，提出維護措施，并及時進行維修養護，才能保證橋梁的正常運行，延長橋梁的使用壽命。

4.3.2 加強渠道的維護治理

灌溉期渠道來水流量增大時，如果橋下流水不暢，導致橋前壅水過高，常常會發生橋墩完好的情況下，橋梁整體被水沖走的現象。所以要加強對渠道的巡查管理，及時清理橋下沉積物，對淤積嚴重河段進行清淤治理，確保水流暢通，減少水毀事故的發生。

5、結束語

灌區內的橋梁雖小，但數量眾多、分布密集，更是與人民群眾的生產生活息息相關。橋梁結構的穩定性是關系到其安全運行和使用壽命的最重要因素之一，采取恰當的工程措施將橋梁損毀破壞程度降低到最小，才能防患于未然，保障人民生命和財產的安全。

參考文獻

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