辛集市灌区桥梁的稳定性分析

赵尚

【摘要】本文重点对辛集市灌区内桥梁常见的失稳破坏形式进行了分析，并就可预见的影响桥梁稳定的不利因素提出了应对措施。同时指出，防止桥梁失稳损坏应以预防为主，恰当的工程措施对保障桥梁的稳定安全、延长桥梁的使用寿命、发挥其应有的职能起着举足轻重的作用。

【关键词】灌区桥梁；失稳破坏；措施

引言：桥梁作为灌区必不可少的结点，连接着灌区内的千家万户，与人民的生产生活息息相关，其安全与否直接关系到人民群眾交通安全。本文对辛集市灌区内桥梁常见的损毁形式进行分析，并就可预见的影响桥梁稳定的不利因素，提出了应对措施，将桥梁破坏机率降到最低，以确保桥梁正常安全的运行使用，充分发挥其应有的职能。

1、灌区简介

辛集市位于河北省中东部地区，距省会石家庄市65公里，是一座新兴的平原城市。辛集市地形开阔平坦，境内无自然河道，土质以穰土、沙穰土为主，农业灌溉水源主要是地下水。石德铁路以南为渠井双灌区，隶属河北省石津灌区三干渠系，水源来自黄壁庄和岗南水库，控制面积28.72万亩。灌区现有分干渠6条，支渠37条，斗渠304条，渠道总长度831.56 km，建有各类大小桥梁785 座。

2、桥梁失稳

2.1 结构失稳

结构失稳是指结构在外力作用下，稳定平衡状态开始丧失，垂直受力方向的微小扰动，结构变形迅速增大，使结构失去正常工作能力的现象。

2.2桥梁结构失稳

桥梁结构失稳是指桥梁在外力的作用下，桥梁的结构失去平衡，应用力分配不均匀，稍有扰动，桥梁的变型就会马上加大，导致桥梁垮塌。

桥梁结构失稳的分类：

（1） 个别构件的失稳如：压杆的失稳和梁的侧倾；

（2） 部分结构或整个结构的失稳如：桥门架或整个拱的失稳；

（3） 构件的局部失稳如：组成压杆的板、板梁腹板的翘曲等。局部失稳常导致整个体系的失稳。

2.3 桥梁结构稳定性研究的重要性

相对于结构强度的分析，导致桥梁失稳的因素是多种多样的，因此对稳定的分析也十分复杂、困难。但是桥梁结构失稳造成的后果往往是颠覆性的，所以桥梁的稳定性理论的研究是不容忽视的一个重要问题。

3、灌区桥梁失稳破坏的形式及成因

灌区桥梁多为小型桥梁，跨径在4-8米，座落于土基上，形式为简支梁式或简支板式，上部结构多采用钢筋混凝土材料，下部结构有砌砖、浆砌石、混凝土、钢筋混凝土材料等，设计标准多在公路-Ⅱ级以下，农桥、便桥比例占到50%以上。桥梁没有通航要求，整体结构高度都不是很高，风力对桥梁稳定性的影响不是很大，发生频率较高的是由于地基不均匀沉降和水流冲刷引起的桥梁失稳破坏。

3.1 地基不均匀沉降引起的桥梁结构破坏

灌区桥梁因其设计标准低，形式简单，单跨桥梁桥台和多跨桥梁边墩均兼做挡土墙，且多采用重力式圬工结构，台背填土较高；同时地基土质密实度较差，如果施工中对地基不做处理或处理不当，桥梁承重后就会造成基础下沉或倾斜，引起桥梁上部结构破坏，初始时会出现桥体裂缝，逐步发展会导致桥梁主体结构损坏而不能使用。

3.2 流水冲刷引起的桥梁倾覆倒塌

冲刷是引起桥梁水毁的一个重要因素。墩台基础埋深不足，基底土体被冲刷淘空后会引起墩台地基不均匀沉降，严重时会造成桥梁倾倒。桥孔设计不合理，无法满足泄洪要求，调治防护设施不完善或设计不合理，会引起水流冲淘两侧堤岸，发生绕流现象，最终导致桥梁无所依附而倒塌。

桥梁水毁是灌区桥梁损坏最主要的原因之一。

4、提高桥梁稳定的方案和措施

4.1 人工地基处理

小型桥梁墩台多为重力式结构，自重较大，所以工程设计前应对基础承重土体进行承载力实验，如果土质不能满足结构要求，必须对地基进行人工处理，以提高地基承载力，减少沉降量。

4.1.1 基础强夯

对于碎石土、砂土、粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基，基槽开挖后，使用夯实机械对原土基础进行夯实，从而达到工程设计要求。

4.1.2 换填土

对于基础为淤泥、淤泥质土的软土地基和不均匀地基，原土夯实仍然不能达到结构设计要求的，可将原土挖出，换填强度较高的粘性土或灰土，灰土比例为3：7或2：8，灰土要按照比例充分混合，换填土应按设计要求分层夯实。

4.1.3 加设基础垫层

当桥梁结构自重较大时，可加设基础垫层，灌区桥梁常用的垫层有砂垫层、砂石垫层、混凝土垫层等。垫层厚度由下卧土层允许承压力决定，垫层宽度需大于基础宽度。

（1）砂垫层材料应选用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂或粗砂，砂中不得含有杂草、树根等有机杂质，含泥量应小于5%。

（2）砂石垫层用自然级配的砂石混合物，碎石粒级应在50mm以下，其含量应在50%以内，不得含有植物残体、垃圾等杂物，含泥量小于5%。

4.2 桥梁水毁的因素及应对措施

4.2.1造成桥梁水毁的因素

（1）过桥流量、桥下水位等要素确定不合理。

（2）灌区调配水过程中，没有规划好导致来水流量超过最高设计流量。

（3）桥梁本身的因素：包括桥位的选择、桥孔长度、桥孔高度、墩台型式和埋置深度和调治构造物。

4.2.2 应对措施

（1）在桥梁勘测设计阶段，要全面了解渠道控制面积，配水流量，合理确定桥下流量、水位，确保输水通畅，不对工程造成危害。

（2）桥址尽量选择在顺直，水流通畅的渠段，避开弯道或是水流断面变化较大的渠段。

（3）桥孔的设计在满足泄洪、漂浮物、流水通过要求的前提下，尽量减少对水流断面的压缩，减缓水流速度，将水流冲刷程度控制在最小。

（4）桥梁墩台型式的选择和基础埋置深度应满足洪水冲刷的要求。灌区内桥梁多为明挖浅基础，如果基础埋深不足，很容易因为基底被冲刷淘空后，墩台悬空、倾斜而致桥梁失稳倒塌。

（5）设置调治构造物调整桥下水流的流速、流向和泥沙运动状态，引导水流平顺通过桥孔，避免渠床被冲刷而发生不利变形。

a.水流进入桥孔时会发生断面收缩而造成流速加大，对河床和坡岸造成冲刷，所以应在桥梁上游建造导流墙，将水流平顺引入桥下，导流墙形状可以设置成圆弧形、扭曲面、八字形等，支渠以上，尽量不采用一字墙，容易引起水流冲淘堤岸，严重的水流会冲毁桥梁与坡岸的连接处，绕过桥梁一泄而下。

b.桥梁上、下游应设置护底、护坡，桥下墩台基础之上也需要设置防护构造，材料一般为浆砌石或混凝土。上游迎水面护底、护坡趾墙的深度应满足冲刷要求。

桥梁水毁的防治应着眼于预防，只要采取措施得当，避免水毁的发生，对于绝大多数桥梁是可以做到的。

4.3 加强对桥梁日常的维护管理

4.3.1 加強桥梁的检查与检测

桥梁的检查、检测及评定工作，是对桥梁使用状况的进行综合的评价，以确定桥梁的安全性和结构稳定性。加强对桥梁的检查，掌握桥梁的使用状况，较早的发现缺损和异常情况，提出维护措施，并及时进行维修养护，才能保证桥梁的正常运行，延长桥梁的使用寿命。

4.3.2 加强渠道的维护治理

灌溉期渠道来水流量增大时，如果桥下流水不畅，导致桥前壅水过高，常常会发生桥墩完好的情况下，桥梁整体被水冲走的现象。所以要加强对渠道的巡查管理，及时清理桥下沉积物，对淤积严重河段进行清淤治理，确保水流畅通，减少水毁事故的发生。

5、结束语

灌区内的桥梁虽小，但数量众多、分布密集，更是与人民群众的生产生活息息相关。桥梁结构的稳定性是关系到其安全运行和使用寿命的最重要因素之一，采取恰当的工程措施将桥梁损毁破坏程度降低到最小，才能防患于未然，保障人民生命和财产的安全。

参考文献

[1] 邵旭东. 桥梁工程.人民交通出版社，2007年第二版：3-8

[2] 胡荣辉、张五禄.水工建筑物.水力电力出版社，1993年

[3] 马科、覃永辉.道路桥梁结构容易出现的问题及加固措施.城市建设，下旬刊2011年第2期