現役石拱橋病害調查及原因分析

【摘 要】通過對重慶地區現役石拱橋的現場實際調查，分析和總結了現役石拱橋的常見病害及其原因，為現役石拱橋的評估以及加固改造提供相應依據。

【關鍵詞】石拱橋；病害；原因分析

一、引言

石拱橋歷史悠久、造型優美，造價相對低廉，上個世紀90年代以前在我國曾被大量修建，重慶地區更是由于多山的地形而建造和保留了數量眾多的石拱橋，這些石拱橋至今仍為重慶地區交通運輸發揮著不可替代的貢獻。隨著時間的推移，在各種因素作用和影響下，這些石拱橋都出現了不同程度的損毀，有些甚至倒塌，多數石拱橋帶傷工作，存在不少安全隱患。與拆除重建這些橋梁高昂的造價相比，恰當地對其進行加固和改造而繼續利用顯得更加經濟可行。

通過調查與檢測，全面了解全橋破損狀況和性質，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部分現役石拱橋的調查，從三個方面分析總結了這些石拱橋的病害及成因，以便為現役石拱橋健康狀況的評估以及加固和改造提供依據。

二、墩臺和基礎常見病害及原因

橋梁墩臺及基礎在各種外部因素的長期作用下，會出現不同程度的病害，這些病害造成的墩臺破壞會導致上部拱圈產生裂縫，上部拱圈開裂又會反過來繼續加劇橋梁墩臺的破壞，二者的破壞相互影響。基礎與墩臺的常見病害及原因有：

（一）基礎或墩臺的差異沉降、位移和轉動

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發生位移及轉動，從而導致拱橋上部結構出現附加內力，嚴重的甚至會導致某些構件的開裂。

（二）基礎被掏空、墩臺沖蝕嚴重

調查發現：某些石拱橋墩臺及基礎由于長期的流水侵蝕，造成材料強度不斷下降，基礎的整體性受到嚴重威脅；早期建設的一些石拱橋防沖刷設置不合理，甚至沒有采取相應措施；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掏空，墩臺受到嚴重的侵蝕，具體表現為：

（1）一些橋梁的擴大基礎基底和表面被沖刷嚴重甚至被掏空；（2）樁基礎承臺出現懸空；（3）墩臺表面巖石和砌筑砂漿沖刷外漏，甚至出現頸縮現象

三、主拱圈常見病害及成因分析

（一）主拱圈開裂

本次調查的眾多橋梁中，拱圈開裂是最常見的病害之一，主要表現為橫向開裂與縱向開裂，這些裂縫會對橋梁安全造成嚴重威脅。主拱圈出現的橫向裂縫往往位于拱頂下部邊緣或者公交的上部，嚴重的甚至向拱璧擴展。

拱頂正彎矩區域的下部邊緣出現的橫向裂縫，嚴重時導致橋面下撓，造成拱上建筑出現破壞。分析其原因主要有：

1.各種荷載作用使得主拱圈產生相應彈性變形，恒載的長期效應下拱圈出現徐變，這些都會拱軸線長度減少，并增大拱頂區段的正彎矩值，最終導致拱頂石砌體下部拉應力增大而開裂。

2.墩臺基礎的水平位移，無鉸拱出現的公交后傾轉動，都會加大拱頂正彎矩，導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縱向裂縫等等。

（二）主拱圈變形過大

1.所調查的石拱橋中，主拱圈變形的主要表現為。

（1）主拱圈軸線出現明顯下撓，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際的拱軸線發生較大偏移，以至于主拱圈受力狀況不佳，引起內力的重新分布，嚴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土體承載力不足，導致的橋臺出現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，后者往往導致橋面出現傾斜、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撓后產生永久變形，這些原因包括：拱架沒有按要求設置預拱度；拱架在石拱圈的漿砌塊石還沒符合設計要求時被拆除；或者拱架自身剛度不符合要求，加載后發生過大變形；

（4）主拱圈強度不足，在運營期間荷載的長期作用下，裂縫不斷開展、砂漿逐漸剝落，從而產生不可恢復的永久性變形。

（三）主拱圈巖石風化、水蝕及脫落

一些橋梁年代久遠，長期暴露的拱圈石料在自然因素的作用下風化明顯，風化的石料強度降低，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力集中現象，以致各種病害加速產生于發展。

拱石風化脫落病害原因：

（1）橋梁服役年限長，石砌塊在自然環境中風化；

（2）腐蝕性氣體，酸雨，污水等長期腐蝕石塊；

（3）砂漿施工質量差，飽滿度不夠，造成脫落；

（4）拱頂回填料不足，路面顛簸導致超速超載車輛在橋上行走是產生過大的沖擊荷載。

（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，或沿側墻內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腐蝕和軟化，影響其強度并降低耐久性能。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度不做，在室外自然環境的長期作用下，砂漿不斷風化剝落，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，因此大部分調查橋梁的拱上建筑均較主拱圈嚴重。實際調查情況看，其損壞主要有兩種情況：

（一）側墻開裂與外傾

部分橋梁的橋臺出現順橋及橫橋的裂縫，裂縫形態表現為兩頭窄中間寬，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，有些甚至出現貫穿裂縫，側墻開裂的同時也出現外傾的現象。

分析原因可能如下：

1.超載造成作用在側墻上的土體側壓力變大；

2.橋臺內側土體松散，密實度欠佳，橋臺后背排水不良；

3.側墻變形縫缺失，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的沖擊效應，導致橋梁結構出現更嚴重的損害。

橋面破損機理分析：橋面排水不暢造成給水；橋面鋪裝層強度過低，過薄，沒有按要求設置橫向分布鋼筋；超重車輛荷載使得柔性填料不均勻變形，形成車轍，導致路面破損；橋面伸縮縫或變形縫設置不合理。

五、結束語

準確的橋梁病害調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，通過對重慶地區現役石拱橋的現場實際調查，按照石拱橋的三個組成部分，較為系統和全面的分析了石拱橋的常見病害及原因，希望能為重慶地區現役石拱橋健康狀況評估及加固提供一定的依據。

參考文獻：

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[2]邢明峰.石拱橋病害調查與加固方案設計[J].公路交通科技（應用技術版）. 2010（01）

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

作者簡介：賀華剛（1981-），男，漢，湖南邵陽人，工學碩士，重慶工商職業學院，講師。