关于黔江区石拱桥的主要病害原因分析

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

一、引 言

拱桥作为我国传统的桥梁四大基本型式之一。其中石拱桥是拱桥的一种体系，它的结构形式是多种多样的。从古代到现在，石拱桥因其各种优点遍及祖国山河大地，随着经济文明的日益丰富增长而长足发展，它们是我国古代璀璨文明中的一个重要的组成部分，在世界上为祖国博得荣誉。石拱桥由于其材料丰富来源随处可见、抗压性能较强，耐久性较好、维修费用低、造价低、构造相对简单、造型美观和施工方便相比其他桥型强等优点而广泛用于我国各种道路，特别是乡村道路之中，石拱桥在我国桥梁中占有的很高的比重，比例高达70%。随着时间的不断推移，交通量的日益增长，许多石拱桥的石料风化、遭受流水侵蚀，受到超载、超速车辆和频繁的地质自然灾害的破坏和影响，日益逐渐成为旧桥、病桥甚至危桥，乡村道路石拱桥普遍存在承载力降低，病害较多的问题，已经不能满足现有的交通量的需要，所以如何预防及加固石拱桥已成为当前迫切需要解决的问题，由此石拱桥的病害成因分析在桥梁加固中显得尤为重要。

二、主拱圈的主要病害及其原因

通过对黔江地区部分现役乡村道路的石拱桥调查，主要从三个方面分析总结了本地区石拱桥的病害及成因，以便更好的为现役石拱桥健康状况的评估以及加固维修提供依据。

在本次检查中主拱圈的主要病害是，主拱圈底部渗水、拱圈砌石及砂浆风化脱落、裂缝、变形错位等。

(一)主拱圈底部渗水侵蚀

造成拱圈渗水的主要原因有：雨水或者桥面的排水沿着侧墙的外表面通过裂缝等流到拱圈表面，有些直接通过侧墙裂缝渗流至拱圈内部，或者因为拱桥上部结构的防水层遭到破坏或着失效，拱上填料的不密实，或者砌筑砂浆的不饱满，或者砂浆坍落度较高，或桥面拱顶的排水设置不合理，或者桥面的裂缝长期的渗水，使得拱圈吸水饱和，出现不同程度的砌石腐蚀及软化，造成强度降低，耐久性变差等病害现象。

(二)主拱圈砌石及砂浆风化脱落

由于桥梁年代久远，长期暴露在环境中的拱圈砌石料及砂浆在自然因素的作用下风化明显，风化后的石料及砂浆强度降低，被压裂后砌石部分压碎脱落，造成拱圈表面凹凸不平，各个结构之间联结强度降低，以致各种病害加速产生与发展。

拱石风化脱落病害原因:(1)桥梁服役时间年限长，石砌块和混凝土砂浆在自然环境中风化导致材料整体性降低；(2)雾霾、酸雨等含有腐蚀性物质，生活污水及拱圈的渗水等长期腐蚀砌块和砂浆；(3)砂浆施工质量差，标号不达标，坍落度高，饱满度不够，造成粘结度低导致脱落；(4)拱上填料回填不密实，路面不平颠簸导致超速超载车辆在桥上行走时产生过大的冲击荷载及震动等。

(三)主拱圈裂缝、变形错位

桥面和主拱圈裂缝破损不仅会使交通荷载的冲击力增大，同时会使雨水沿着破损裂缝处渗入桥梁结构的内部，侵蚀桥梁的主要承重构件。因此，主拱圈的裂缝严重威胁了桥梁使用的耐久性和安全性。主拱圈开裂现象，其分为横向、纵向裂缝或斜向裂缝。裂缝主要沿砂浆裂缝扩展，另外一种形式为石料的开裂。

拱圈开裂的主要原因为：(1)横向裂缝是由于主拱圈石料的厚度不够，材料强度的降低，主拱圈整体强度不足，使得墩台基础发生位移，进而造成拱圈受力不均匀；(2)修建时间较长，砂浆不饱满密实，施工工艺不规范，施工质量得不到有效保障；(3)由于石拱桥多数为无铰拱设计，为超静定结构，因此墩台基础的沉陷或墩台的位移引起主拱圈的附加应力变大产生较大位移等导致拱圈开裂变形；(4)在石拱桥两端的拱上建筑填筑时，拱上填料的填筑会给主拱圈造成横向的推力，引起纵向裂缝。

三、墩台及基础主要病害及原因

石拱桥是一种主要承受推力的结构，并且其自重较大，承受竖向力后会产生较大的水平推力，由墩台承载，这对基础的承载能力和抗推能力要求比较高。因而基础是石拱桥的下部结构中最重要的构造，而且由于石拱桥一般跨度比较小，所以墩台的基础大多采用较为简单易于施工的明挖扩大基础，并且其基础埋深较浅，基础墩台容易遭到水流冲刷而产生基础冲刷病害，严重影响着桥梁的安全性和使用寿命。通过现场实际的桥梁检测，对石拱桥基础与墩台的常见病害及原因总结如下：

(1)基础或墩台不均匀沉降或水平位移。 墩台或基础的不均匀沉降和水平位移，使墩台外移、倾斜。主要是由于基地承载力不足所造成的。

(2)基础冲刷严重或掏空。主要原因是因为基础长期遭水流的侵蚀冲刷，基础材料强度不足，基础的整体性遭到破坏，或者下游的不合理开采，改变了河流的水文条件引起水流的冲击增大，致使基础外露或者遭到严重冲刷。

四、上部结构、桥面系主要病害及原因

拱上建筑是上承式拱桥的桥面系与拱圈之间的传递荷载的构造物或填充物，以使桥面的平整性和舒适性达到行车要求，对车辆的荷载得到有效的分布，使受力面积增大，防止车辆在行驶的突然制动的过程中对主拱圈的冲击过大，保护主拱圈免受外力冲击和雨水侵蚀的作用，因此对桥梁的耐久性和承载能力具有重要的作用。常见的病害主要有桥面的横向、纵向裂缝及局部龟裂，车辙，桥面破损、积水，侧墙开裂渗水、变形等拱上建筑及桥面系的常见主要病害原因为：(1)桥面破损是由于车辆长期的碾压，甚至有时超载、超速运营，车流量较大等影响下造成的；(2)桥面缺少伸缩缝构造，在高温和低温及下部位移的影响下无法满足桥面变形的需要；(3)缺少桥面排水设施或者排水设施设置不合理，导致桥面积水无法有效迅速的排除，加剧了桥面的破坏程度；(4)拱上建筑的填料不符合相应规范要求，压实度不足；侧墙砌筑的过程中，材料配合比不合理，导致砌筑整体强度较低低。(5)人为因素。

五、结 论

准确的桥梁病害检查及分析是桥梁健康状况评估及制定合理加固维修措施的前提，也是制定养护方针的主要根据，通过本次对黔江地区现役石拱桥的现场实际检测，分析了石拱桥三个主要结构常见的病害和和其产生原因。

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