现役石拱桥病害调查及原因分析

【摘 要】通过对重庆地区现役石拱桥的现场实际调查，分析和总结了现役石拱桥的常见病害及其原因，为现役石拱桥的评估以及加固改造提供相应依据。

【关键词】石拱桥；病害；原因分析

一、引言

石拱桥历史悠久、造型优美，造价相对低廉，上个世纪90年代以前在我国曾被大量修建，重庆地区更是由于多山的地形而建造和保留了数量众多的石拱桥，这些石拱桥至今仍为重庆地区交通运输发挥着不可替代的贡献。随着时间的推移，在各种因素作用和影响下，这些石拱桥都出现了不同程度的损毁，有些甚至倒塌，多数石拱桥带伤工作，存在不少安全隐患。与拆除重建这些桥梁高昂的造价相比，恰当地对其进行加固和改造而继续利用显得更加经济可行。

通过调查与检测，全面了解全桥破损状况和性质，查明病害程度和原因，是正确制定桥梁加固及改造措施的前提。课题组通过对重庆地区部分现役石拱桥的调查，从三个方面分析总结了这些石拱桥的病害及成因，以便为现役石拱桥健康状况的评估以及加固和改造提供依据。

二、墩台和基础常见病害及原因

桥梁墩台及基础在各种外部因素的长期作用下，会出现不同程度的病害，这些病害造成的墩台破坏会导致上部拱圈产生裂缝，上部拱圈开裂又会反过来继续加剧桥梁墩台的破坏，二者的破坏相互影响。基础与墩台的常见病害及原因有：

（一）基础或墩台的差异沉降、位移和转动

过大的外部荷载及地基承载力的不足往往会造成墩台和基础发生位移及转动，从而导致拱桥上部结构出现附加内力，严重的甚至会导致某些构件的开裂。

（二）基础被掏空、墩台冲蚀严重

调查发现：某些石拱桥墩台及基础由于长期的流水侵蚀，造成材料强度不断下降，基础的整体性受到严重威胁；早期建设的一些石拱桥防冲刷设置不合理，甚至没有采取相应措施；一些桥梁下游非法采砂，造成水流加速，冲击作用增强。

以上因素造成部分石拱桥的基础掏空，墩台受到严重的侵蚀，具体表现为：

（1）一些桥梁的扩大基础基底和表面被冲刷严重甚至被掏空；（2）桩基础承台出现悬空；（3）墩台表面岩石和砌筑砂浆冲刷外漏，甚至出现颈缩现象

三、主拱圈常见病害及成因分析

（一）主拱圈开裂

本次调查的众多桥梁中，拱圈开裂是最常见的病害之一，主要表现为横向开裂与纵向开裂，这些裂缝会对桥梁安全造成严重威胁。主拱圈出现的横向裂缝往往位于拱顶下部边缘或者公交的上部，严重的甚至向拱璧扩展。

拱顶正弯矩区域的下部边缘出现的横向裂缝，严重时导致桥面下挠，造成拱上建筑出现破坏。分析其原因主要有：

1.各种荷载作用使得主拱圈产生相应弹性变形，恒载的长期效应下拱圈出现徐变，这些都会拱轴线长度减少，并增大拱顶区段的正弯矩值，最终导致拱顶石砌体下部拉应力增大而开裂。

2.墩台基础的水平位移，无铰拱出现的公交后倾转动，都会加大拱顶正弯矩，导致拱顶下部的横向裂缝。

3.块石材料本身原因造成开裂。有些桥梁拱圈整体强度符合要求，但部分石块在剪压作用下因为强度不足而开裂；拱圈的某些单块岩石因强度不足出现纵向裂缝等等。

（二）主拱圈变形过大

1.所调查的石拱桥中，主拱圈变形的主要表现为。

（1）主拱圈轴线出现明显下挠，矢高减小，拱顶凹陷。

（2）拱轴线不对称变形，过大的主拱圈挠度使拱圈的合理拱轴线与实际的拱轴线发生较大偏移，以至于主拱圈受力状况不佳，引起内力的重新分布，严重影响桥梁的耐久性。

2.主拱圈轴线变形的原因主要有。

（1）主拱圈的石砌体在恒载作用下发生弹性压缩，拱轴线变短，拱顶下移，矢高也随之减小；

（2）长期超载以及桥台后侧土体承载力不足，导致的桥台出现向后水平位移或者墩台的差异沉降，前者往往造成主拱圈拱顶下移，矢高减小，后者往往导致桥面出现倾斜、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挠后产生永久变形，这些原因包括：拱架没有按要求设置预拱度；拱架在石拱圈的浆砌块石还没符合设计要求时被拆除；或者拱架自身刚度不符合要求，加载后发生过大变形；

（4）主拱圈强度不足，在运营期间荷载的长期作用下，裂缝不断开展、砂浆逐渐剥落，从而产生不可恢复的永久性变形。

（三）主拱圈岩石风化、水蚀及脱落

一些桥梁年代久远，长期暴露的拱圈石料在自然因素的作用下风化明显，风化的石料强度降低，被压裂后脱落，造成拱圈表面凹凸不平，突变的截面面积极有可能造成应力集中现象，以致各种病害加速产生于发展。

拱石风化脱落病害原因：

（1）桥梁服役年限长，石砌块在自然环境中风化；

（2）腐蚀性气体，酸雨，污水等长期腐蚀石块；

（3）砂浆施工质量差，饱满度不够，造成脱落；

（4）拱顶回填料不足，路面颠簸导致超速超载车辆在桥上行走是产生过大的冲击荷载。

（四）主拱圈渗水

一些桥梁的裂缝或者灰缝中有水滴、水流渗出，或沿侧墙内外表面直接流到拱圈表面，或桥面的排水直接由流到拱圈上。拱圈石材在渗水的作用下会出现腐蚀和软化，影响其强度并降低耐久性能。主拱圈渗水的可能原因：拱上建筑回填料松散，砌筑灰缝饱满度不足，桥面排水不畅。

（五）主拱圈拱石砌筑灰浆脱落成空隙

一些桥梁所用砌筑砂浆强度不做，在室外自然环境的长期作用下，砂浆不断风化剥落，在砌块之间形成空隙或空洞，桥梁上行驶的汽车所产生的的冲击荷载也加剧了砂浆的脱落。

四、拱上建筑、桥面系常见病害及病害机理分析

与主拱圈相比，拱上建筑承载力很小，再加上拱上建筑受汽车冲击荷载的直接影响，因此大部分调查桥梁的拱上建筑均较主拱圈严重。实际调查情况看，其损坏主要有两种情况：

（一）侧墙开裂与外倾

部分桥梁的桥台出现顺桥及横桥的裂缝，裂缝形态表现为两头窄中间宽，既有表面裂缝也有深度裂缝，裂缝往往沿砂浆或者石料轻微开展，有些甚至出现贯穿裂缝，侧墙开裂的同时也出现外倾的现象。

分析原因可能如下：

1.超载造成作用在侧墙上的土体侧压力变大；

2.桥台内侧土体松散，密实度欠佳，桥台后背排水不良；

3.侧墙变形缝缺失，桥台的移动使其开裂；

（二）桥面破损

病害特征：桥面行车道凹凸不平，裂缝开展。颠簸破损的桥面会加剧汽车行驶时的冲击效应，导致桥梁结构出现更严重的损害。

桥面破损机理分析：桥面排水不畅造成给水；桥面铺装层强度过低，过薄，没有按要求设置横向分布钢筋；超重车辆荷载使得柔性填料不均匀变形，形成车辙，导致路面破损；桥面伸缩缝或变形缝设置不合理。

五、结束语

准确的桥梁病害调查及分析是桥梁健康状况评估及制定合理加固与改善措施的前提，通过对重庆地区现役石拱桥的现场实际调查，按照石拱桥的三个组成部分，较为系统和全面的分析了石拱桥的常见病害及原因，希望能为重庆地区现役石拱桥健康状况评估及加固提供一定的依据。

参考文献：

[1]魏惠芝.石拱桥病害及成因分析[J].山西建筑，2013（27）.

[2]邢明峰.石拱桥病害调查与加固方案设计[J].公路交通科技（应用技术版）. 2010（01）

[3]蔡鹏程，杨肩宇等.石拱桥病害与加固工程实例分析[J]. 福建建筑. 2006（02）

作者简介：贺华刚（1981-），男，汉，湖南邵阳人，工学硕士，重庆工商职业学院，讲师。