關于黔江區石拱橋的主要病害原因分析

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

一、引 言

拱橋作為我國傳統的橋梁四大基本型式之一。其中石拱橋是拱橋的一種體系，它的結構形式是多種多樣的。從古代到現在，石拱橋因其各種優點遍及祖國山河大地，隨著經濟文明的日益豐富增長而長足發展，它們是我國古代璀璨文明中的一個重要的組成部分，在世界上為祖國博得榮譽。石拱橋由于其材料豐富來源隨處可見、抗壓性能較強，耐久性較好、維修費用低、造價低、構造相對簡單、造型美觀和施工方便相比其他橋型強等優點而廣泛用于我國各種道路，特別是鄉村道路之中，石拱橋在我國橋梁中占有的很高的比重，比例高達70%。隨著時間的不斷推移，交通量的日益增長，許多石拱橋的石料風化、遭受流水侵蝕，受到超載、超速車輛和頻繁的地質自然災害的破壞和影響，日益逐漸成為舊橋、病橋甚至危橋，鄉村道路石拱橋普遍存在承載力降低，病害較多的問題，已經不能滿足現有的交通量的需要，所以如何預防及加固石拱橋已成為當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

通過對黔江地區部分現役鄉村道路的石拱橋調查，主要從三個方面分析總結了本地區石拱橋的病害及成因，以便更好的為現役石拱橋健康狀況的評估以及加固維修提供依據。

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

(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墻的外表面通過裂縫等流到拱圈表面，有些直接通過側墻裂縫滲流至拱圈內部，或者因為拱橋上部結構的防水層遭到破壞或著失效，拱上填料的不密實，或者砌筑砂漿的不飽滿，或者砂漿坍落度較高，或橋面拱頂的排水設置不合理，或者橋面的裂縫長期的滲水，使得拱圈吸水飽和，出現不同程度的砌石腐蝕及軟化，造成強度降低，耐久性變差等病害現象。

(二)主拱圈砌石及砂漿風化脫落

由于橋梁年代久遠，長期暴露在環境中的拱圈砌石料及砂漿在自然因素的作用下風化明顯，風化后的石料及砂漿強度降低，被壓裂后砌石部分壓碎脫落，造成拱圈表面凹凸不平，各個結構之間聯結強度降低，以致各種病害加速產生與發展。

拱石風化脫落病害原因:(1)橋梁服役時間年限長，石砌塊和混凝土砂漿在自然環境中風化導致材料整體性降低；(2)霧霾、酸雨等含有腐蝕性物質，生活污水及拱圈的滲水等長期腐蝕砌塊和砂漿；(3)砂漿施工質量差，標號不達標，坍落度高，飽滿度不夠，造成粘結度低導致脫落；(4)拱上填料回填不密實，路面不平顛簸導致超速超載車輛在橋上行走時產生過大的沖擊荷載及震動等。

(三)主拱圈裂縫、變形錯位

橋面和主拱圈裂縫破損不僅會使交通荷載的沖擊力增大，同時會使雨水沿著破損裂縫處滲入橋梁結構的內部，侵蝕橋梁的主要承重構件。因此，主拱圈的裂縫嚴重威脅了橋梁使用的耐久性和安全性。主拱圈開裂現象，其分為橫向、縱向裂縫或斜向裂縫。裂縫主要沿砂漿裂縫擴展，另外一種形式為石料的開裂。

拱圈開裂的主要原因為：(1)橫向裂縫是由于主拱圈石料的厚度不夠，材料強度的降低，主拱圈整體強度不足，使得墩臺基礎發生位移，進而造成拱圈受力不均勻；(2)修建時間較長，砂漿不飽滿密實，施工工藝不規范，施工質量得不到有效保障；(3)由于石拱橋多數為無鉸拱設計，為超靜定結構，因此墩臺基礎的沉陷或墩臺的位移引起主拱圈的附加應力變大產生較大位移等導致拱圈開裂變形；(4)在石拱橋兩端的拱上建筑填筑時，拱上填料的填筑會給主拱圈造成橫向的推力，引起縱向裂縫。

三、墩臺及基礎主要病害及原因

石拱橋是一種主要承受推力的結構，并且其自重較大，承受豎向力后會產生較大的水平推力，由墩臺承載，這對基礎的承載能力和抗推能力要求比較高。因而基礎是石拱橋的下部結構中最重要的構造，而且由于石拱橋一般跨度比較小，所以墩臺的基礎大多采用較為簡單易于施工的明挖擴大基礎，并且其基礎埋深較淺，基礎墩臺容易遭到水流沖刷而產生基礎沖刷病害，嚴重影響著橋梁的安全性和使用壽命。通過現場實際的橋梁檢測，對石拱橋基礎與墩臺的常見病害及原因總結如下：

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

(2)基礎沖刷嚴重或掏空。主要原因是因為基礎長期遭水流的侵蝕沖刷，基礎材料強度不足，基礎的整體性遭到破壞，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，致使基礎外露或者遭到嚴重沖刷。

四、上部結構、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造物或填充物，以使橋面的平整性和舒適性達到行車要求，對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的過程中對主拱圈的沖擊過大，保護主拱圈免受外力沖擊和雨水侵蝕的作用，因此對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為：(1)橋面破損是由于車輛長期的碾壓，甚至有時超載、超速運營，車流量較大等影響下造成的；(2)橋面缺少伸縮縫構造，在高溫和低溫及下部位移的影響下無法滿足橋面變形的需要；(3)缺少橋面排水設施或者排水設施設置不合理，導致橋面積水無法有效迅速的排除，加劇了橋面的破壞程度；(4)拱上建筑的填料不符合相應規范要求，壓實度不足；側墻砌筑的過程中，材料配合比不合理，導致砌筑整體強度較低低。(5)人為因素。

五、結 論

準確的橋梁病害檢查及分析是橋梁健康狀況評估及制定合理加固維修措施的前提，也是制定養護方針的主要根據，通過本次對黔江地區現役石拱橋的現場實際檢測，分析了石拱橋三個主要結構常見的病害和和其產生原因。

【參考文獻】

[1]魏惠芝.石拱橋病害及成因分析日[J].山西建筑，2013，39(27):140-141.

[2]蔡鵬程，楊肩宇.石拱橋病害與加固工程實例分析田福建建筑，2006 (2) ：55-56.

[3]邢明峰石拱橋病害調查與加固方案設計[J].公路交通科技，2010(1)：17-19.

[4]中國科學院可持續發展研究組.2001中國可持續發展戰略報告[M].北京:科學出版社，2001.

[5]BUSH G W，SI Y，ZHANG B，et al. Abc is abc[J]. Rock Mechanics，2000，22(2)：117-122.

[6]交通部規劃研究院.中國公路網現代化研究[C].2002.3.

[7]羅英，唐寰澄.中國石拱橋研究[M].北京.人民交通出版社.1993