石拱桥常见问题及改造措施

蔡茂进

摘要：随着社会的发展,交通运输事业日益发展,高等级公路对桥梁提出了新的要求。由于石拱桥的病害较多,制约了石拱桥在高等级公路建设中的应用。从理论上分析石拱桥产生病害的原因,构造上、施工上不断完善,使石拱桥适应高等级公路的要求,以发挥其就地取材、节约投资的优势。

关键词：石拱桥 问题改造

Abstract: with the development of society, the transportation business development, high grade highway bridge to put forward new requirements. Because the disease of stone bridge more, restricted the arch in the application of high grade highway construction. From the theoretical analysis of the disease causes produce stone bridge, the structure, construction improved, make the arch to adapt to the requirements of high grade highway, in order to exert its use local materials, saving investment advantages.

Keywords: arch problem transformation

中图分类号：TU74 文獻标识码：A 文章编号：

石拱桥由于造价低廉，取材方便，美观大方等因素。在我国早期修建了许多经济又美观的石拱桥。改革开放以来，我国经济迅速发展，交通工具也随之增长，超载超限也时有发生，再加上修建时间早，又没有得到很好的保养，石拱桥出现了很多病变。有些甚至影响桥梁的安全。

一 石拱桥常见问题分析

1桥面的破损

桥面破损首先影响行车安全，轻则颠簸,重则产生跳车。当车辆经过跳车处时,会引起腹拱产生振动,增加构件的疲劳,必将缩短桥梁的使用寿命。引起石拱桥桥面破损的主要原因

实腹型拱桥一般多采用柔性填料，在车辆荷载作用下的不均匀压缩变形或车辆荷载作用下的不均匀压缩变形或排水处理不当,造成填料积水, 填料强度降低,引起路面破坏。

空腹式拱桥由于存在腹拱铰,为适应变形需要, 侧墙与桥面结构需相应设置伸缩缝或变形缝,由于缝的存在,构造上没有进行改善,容易引起桥面从变形缝处开始破坏

桥面伸缩缝设置构造不合理,不能满足桥面变形的需要,造成桥面破坏。

2 防水层遭到破坏或失效

防水层破坏或失效,使拱圈漏水,影响结构安全,直接缩短了桥梁的使用寿命。引起防水层破坏或失效的主要原因

1) 实腹式拱桥一般采用胶泥或三合土作防水层,但是在施工现场纯粘土很难找到,施工时就用一般亚粘土代替,防水效果不佳;胶泥和三合土的水的比例难把握,特别是施工过程中,容易破坏或开裂。渗水导致胶泥或三合土软化而失效。

2) 空腹式拱桥一般用油毛毡和沥青做防水层,而油毛毡容易老化,特别是在变形缝处,就很难保证沥青麻絮密实。

3 腹拱圈开裂

腹拱圈开裂最普遍也是最严重的,是石拱桥最主要的病害。主要原因

如果腹拱太平,就会产生较大的腹拱推力,而施工质量较差,则不能满足设计要求。

铰缝没有处理得当。石砌腹拱圈的铰石应选择石质坚硬且无破损的石料,一对铰石的接触面应该比一般拱石应多加修凿从而增大实际接触面积,如施工中未达到要求,会造成铰石破坏而造成开裂。

拱与拱上的建筑的联合作用直接影响拱上建筑的内力,拱上建筑刚度越大,影响就越大。考虑拱上建筑与拱共同工作所计算的内力与分开计算的结果可能迥然不同,如果处理构造不妥而按分开计算设计,则拱上建筑可能严重开裂甚至破坏。

腹拱的开裂造成桥面破坏,加上养护不到位,引起桥面渗水,进一步加剧了腹拱圈的开裂。

4 主拱圈开裂

主拱圈开裂严重影响了桥梁的安全,主要有横向与纵向开裂。横向开裂大多发生在拱顶的下

部或拱脚上部,有的甚至会开裂至拱壁。造成主拱圈横向开裂的主要原因

主拱圈厚度材料强度不够或太薄。当截面抗力小于设计荷载内力,将造成拱顶下部或拱脚上部开裂。

因洪水或其它原因冲空侧边孔桥墩基础,使墩台下沉引起拱圈严重开裂。

3) 拱圈受力不对称。大多发生在坡桥与弯桥上。有些坡桥坡度较大,而主拱圈设计采用平置, 造成拱上建筑不对称,使拱圈受力不对称。车辆在弯桥上转弯时产生向心力,造成拱圈弯道外侧开裂。

4) 拱轴系数选择不当或施工导致拱圈变形,使荷载压力线与拱轴中心线偏离太大而开裂。

5施工质量差、砌筑工艺不规范、选材不佳、砂浆不饱满等。纵向裂隙主要由施工引起。拱圈多采用分环砌筑,如在施工时未注意环与环交错搭接,则会在拱圈下部腹石上发生纵向裂缝。

二 石拱桥常见问题改造措施

1分析并优化石拱桥的构造

认真分析石拱桥的结构,优化其结构使拱圈与拱上建筑高度保持统一，消除隐患。1) 准确拱轴系数

拱是承受压力的主要结构,为确保拱圈不出现拉应力,准确拱轴系数,使拱圈压力线与拱轴线保持稳合是最为关键。

2) 注意拱圈与拱上建筑的联合作用,运用有限元程序对桥跨做整体的内力分析

很多设计者往往只重视主拱圈的内力计算,以为主拱和拱上建筑分开计算就安全了,而拱上的建筑就按构造要求和经仿来处理。还有些设计者则加大腹拱墩的尺寸,以为这样就安全了，但是却没有想到这样就加大了拱上建筑的刚度, 其联合作用的影响将会变的更大。

3) 重视墩台与拱的计算

石拱桥对地基的承载能力要求非常高,对墩台位移也十分敏感,过大的基础沉降或墩台的位移会给定拱产生额外的附加内力,当附加的内力过大时,就会出现拱圈开裂。所以我计算时应采用电算手段进行连拱计算,在计算中我们应根据地质的情况考虑到墩台可能产生沉降的问题,这也是保证拱桥在运营中内力计算相稳合的重要举措。

合理布置坡、弯石拱桥

对大跨径石拱桥,纵坡最好在3%以内,为使拱圈受力均匀,拱圈宜按纵坡斜置。如果是平曲线半径比较小,那就不宜修建大跨径石拱桥。

2优化材料

运用小石子砼筑砌拱圈,可以降低施工难度。水泥砂浆砌筑石料,由于我国325号水泥很少出产,只能采用425号水泥配制,考虑水泥含量和砂浆易性与流动性,所以建议用15-20 号小石子砼砌筑,质量更容易保证。面拱脚和腹拱脚这样的关键部位,用钢筋砼构件代替传统的五角石砌筑质量就更有保证了。

采用刚性填料,减少桥面病害。砂砾或碎石填料在荷载作用下因拱容易造成不均匀压缩变形,使桥面开裂,填料积水使其强度降低,进而加剧桥面的破坏。采用刚性填料,可克服柔性填料的弱点。拱式拱上结构的石拱桥腹拱圈采用刚性填料,辅以桥面铺装15-20cm 厚的砼或钢筋砼,同时通过在立墙处砌缝或预设小变形缝这种化整为零的形式来取消桥头伸缩缝,效果很好。

改善防水措施。防水砼防水效果好,耐久性强。在刚性填料上铺设一层5-10cm 厚的小石子防水砼抹平层,既可调整桥面横坡,又可起到防水作用。如再在抹平层上涂 1-2 道沥青,防水效果更佳。变形缝或伸缩缝处是防水重点,建议采用锌铁皮处理,既简单,效果又好。

3 精心施工,确保施工质量

1) 合理设置预拱度,使成桥后拱轴线符合设计要求

拱圈由于要承受自重再加上受温度变化和墩台位移等原因,会发生弹性下沉。拱架承受荷载后将产生弹性变形和非弹性变形。另外当拱圈砌筑完毕,强度达到要求而卸落拱架后,拱圈由于承受自重、温度变化及墩台位移等因素影响,也会发生弹性下沉。为使拱轴线符合设计为使拱轴线符合设计要求,必须在拱架上预留施工拱度,以抵消这些可能发生的垂直变形。

2) 精心设计加载程序与卸架程序

大、中跨径拱桥一般采用分段或分环与分段相结合的砌筑方法,当拱圈厚度较大时,可将拱圈全厚分环砌筑。无论采用何种方法,均要使拱架变形尽可能均匀,避免拱圈发生反复变形。卸架时一般是从拱顶开始,向拱脚对称卸落。对于大跨径的悬链线拱圈,为避免拱圈发生M形变形,可从两边 L/4处逐次对称地

向拱脚和拱顶均衡卸落。

完善施工工艺,特别是关键部位的施工

必须严格按照《公路桥涵施工技术规范》施工,石拱桥的关键部位,施工时更要特别注意。像主拱座与腹拱座构件端部由于力分布复杂,拱座质量差将严重影响整座桥梁的安全。可用钢筋砼替代以往拱座多采用精心加工的五角石砌筑。腹拱铰是保证拱桥实际受力与结构计算图式尽量相符的构造措施,是避免拱上建筑开裂的关键,施工时要特别注重对拱铰石的选择与加工。

结束语：为使石拱桥在高等级公路建设中发挥其就地取材、节约投资的优势。本文分析了石拱桥的一些常见病变以及预防措施,以提高人们对石拱桥的认识,更好地预防石拱桥的病害,从而提高石拱桥的耐久性,更好地发挥石拱桥的作用

参考文献:

[1] 杨文渊. 桥梁维修与加固[ M] . 北京: 人民交通出版社, 1994.

[2] 黄玉萍. 石拱桥病害分析与加固[J]. 福建建设科技. 2009(05)

[3] 田维锋,侯伟,封智勇. 某石拱桥病害分析及加固[J]. 科技信息. 2009(03)