湖北西部山區(qū)石拱橋的病害分析
2015-08-04
1 引言
石拱橋在我國有悠久歷史，其建橋工藝在民間比較成熟；石拱橋用天然石料作為主要建筑材料，其造價(jià)成本較低；20世紀(jì)七八十年代，在石料豐富的宜昌市山區(qū)修建了大量的石拱橋。這些石拱橋跨越溝谷，連接進(jìn)出大山的鄉(xiāng)村公路，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)，直至今日，這些石拱橋仍然維系著車輛與行人的交通。但是，由于當(dāng)時(shí)修筑石拱橋的工人為當(dāng)?shù)氐纳矫窈褪?，所采用的石料粘結(jié)材料為石灰、三合土和少量低級(jí)別的水泥，其技術(shù)含量低；另外，山區(qū)公路等級(jí)低，無專業(yè)人員和資金進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，加之橋面僅為泥石鋪筑，無混凝土板鋪裝，常年雨水沖刷和滲透，造成這些山區(qū)石拱橋普遍受到不同程度的破壞。
本文旨在對(duì)宜昌市山區(qū)(主要在長陽縣)石拱橋進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合拱橋自身的受力特征、現(xiàn)在主要交通量特點(diǎn)和未來交通量發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，為后續(xù)的加固與維修方案設(shè)計(jì)作基礎(chǔ)和鋪墊。
2 石拱橋的特點(diǎn)
拱橋是我國公路上常用的一種橋梁型式。拱橋在堅(jiān)向拱橋荷載作用下，兩端支承處除有豎向反力外，還產(chǎn)生水平推力，使拱內(nèi)產(chǎn)生軸向壓力，并大大減小了跨中彎距，使它的主拱截面材料強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，跨越能力增大。也正是這個(gè)推力，支承拱的墩臺(tái)和地基必須承受拱端的強(qiáng)大推力，使修建拱橋時(shí)要有較龐大的墩、臺(tái)和良好的地基。
由于拱是主要承受壓力的結(jié)構(gòu)，因而，可以充分利用抗拉性能差而抗壓性能好較好的圬工材料，如石料、磚等來建造拱橋，這種由石材建造的拱橋，也稱為石拱橋。石拱橋具有就地取材、節(jié)省鋼材和水泥、構(gòu)造簡單、有利于普能、承載潛力大、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，因此在我國修建得比較多。
3 石拱橋常見病害
石拱橋在我國數(shù)量較多，且大多修建年代較早，有的損毀相當(dāng)嚴(yán)重?，F(xiàn)將在此次調(diào)研中的常見病害加以整理。
3.1 橋面系
橋面部分網(wǎng)裂；橋面鋪裝坑槽積水，兩側(cè)雜草生長；防撞墻表層混凝土風(fēng)化，青苔生長；護(hù)欄部分損壞(見圖1-圖6)。
3.2 上部結(jié)構(gòu)
主拱圈砌縫砂漿脫落，砌石松散，有空洞現(xiàn)象；主拱圈滲水腐蝕。側(cè)墻植物生長，砌石掉塊；主拱圈大面積滲水。拱圈勾縫有脫落現(xiàn)象；主拱圈變形；拱上側(cè)墻砌石松散，拱頂處拱背裸露；拱上側(cè)墻砌石松散(見圖7-圖9)。
4 石拱橋常見病害成因分析
對(duì)以上石拱橋的病害現(xiàn)象總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)，這些病害大多是由以下原因造成的。
4.1 橋面防水排水失缺
在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，橋面鋪裝要么年久失修，要么為泥石鋪筑；拱背防水層非常簡陋；所以大多數(shù)石拱橋的防水效果非常不好，當(dāng)橋面開裂滲水或橋面積水排出不暢時(shí)，造成主拱圈滲水，鈣化物從砂漿縫或裂縫處析出，甚至誘使拱圈變形，砌縫砂漿風(fēng)化脫落，局部有空洞現(xiàn)象；嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)功能和美觀。由于此次調(diào)查的石拱橋所處地區(qū)為洪水多發(fā)區(qū)域，大多數(shù)橋的水害比較嚴(yán)重。所以建議部分嚴(yán)重石拱橋挖開拱上填料及橋面，重新修理防排水系統(tǒng)，整修拱腔防排水系統(tǒng)后，修復(fù)橋面鋪裝時(shí)，還應(yīng)作好橋面防水排水。
4.2 承受荷載大幅度增加
在這些石拱橋建成通車的二十多年里，只有極少量的貨車或大型車通行，隨著山區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近年來，石拱橋上經(jīng)過了十幾噸的貨車，由此引起的超負(fù)荷以及疲勞作用下，加劇了對(duì)石拱橋的破壞。另外，許多山區(qū)石拱橋在完全賃經(jīng)驗(yàn)、無設(shè)計(jì)的情況下進(jìn)行施工的，主拱圈線形難免會(huì)有些不合理，加之修建年代久遠(yuǎn)，拱圈變形，砌石張口。
4.3 山洪的沖刷腐蝕
在我們調(diào)查中發(fā)現(xiàn)很多石拱橋都修建在兩個(gè)山巒之間，一旦雨季山谷流水暴漲，水速變大，流量加大，必然會(huì)對(duì)橋身造成比較大的沖擊力，若在河床土質(zhì)不好的情況下，橋臺(tái)流水沖刷，基礎(chǔ)很容易被沖刷、掏蝕，甚至被淘空。在長期重載作用下，基礎(chǔ)難免產(chǎn)生下沉損壞，必然導(dǎo)致整體的傾斜、斷裂，嚴(yán)重的更能引起整座橋梁的倒塌。
5 結(jié)束語
隨著山區(qū)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展和深入，尤其是當(dāng)?shù)馗呱绞卟隧?xiàng)目在該地區(qū)的扎根生產(chǎn)，使得山區(qū)公路的暢通成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵所在，這也就使得因地制宜維修加固石拱橋、保障交通勢(shì)在必行。當(dāng)然不同的病害，需要不同的處理方法，我們此次調(diào)研就是對(duì)湖北西部山區(qū)石拱橋進(jìn)行全面、詳細(xì)的現(xiàn)狀和病害調(diào)查與技術(shù)資料收集，為日后制定具體的整治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定出合理的整治方案提供依據(jù)。
