桥梁水毁的病害研究及结构修复设计

力、恢复道路畅通，还需重新整理桥梁水毁的成因和病害资料、桥位地区的水文资料和洪水消
退后桥位断面处新的地形地貌资料，重新判定原有桥跨形式与结构形式的适用性。以山西某一
级公路水毁后的结构恢复设计为例，通过对水毁灾害的成因分析、结构承载能力恢复设计和结
构抗洪能力检核，拟定合理的修复设计方案。从而探讨桥梁结构在水毁后的恢复设计的若干问
徐艳生：桥梁水毁的病害研究及结构修复设计
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而且河床遭到大量取沙而形成的溯源冲刷，逐步发 展至桥跨断面，从而影响桥渡建筑物的安全，造成重 大损失。此外，事故调查中发现，沿线跨越的部分小 型河道由于河道常年未经修整，河道淤塞导致泄水 不畅。洪水发生时水位被迫抬高，造成的桥梁水毁也 十分严重。 2.3 次生灾害
表 1 受洪水影响的桥梁主要特征及病害一览表
序号 桥址地貌
病害类型
病害成因
数量 座
1
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河道
桥头锥形护坡被 激流冲刷损毁、河 毁、浅基发生沉陷 床受盗采盗挖
4
2
冲沟、泄洪槽
桥头锥形护坡水 毁、主梁移位
设计时未考虑潜在 的 洪 水 位 、泥（水）石 流防治欠缺
5
3
河口
主梁脱空、移位、 河道不整、泄洪断
掉落
第 6 期(总第243 期)
山西交通科技
2016 年 12 月
SHANXI SCIENCE ＆ TECHNOLOGY of COMMUNICATIONS
No．6 Dec.
桥梁水毁的病害研究及结构修复设计
徐艳生
（忻保高速公路建设管理处，山西 忻州 034015）
摘要：桥梁因洪涝、泥石流等自然灾害作用下水毁后的修复设计不仅要尽快恢复结构承载
面过小
2
4
河道
桥梁附属构造物 夹杂淤泥及杂物
水漫桥梁
27
5
河道
圬工填料被激流 河道不整、泄水通
冲散
道堵塞
2
2 水毁成因分析
对本次调查的因汛期水毁而失去承载能力的桥 梁进行事故分析，其水毁成因主要有设计因素、水利 设施影响、河道不畅、次生灾害等方面的影响。 2.1 设计因素
由于桥位选择与桥跨型式的选择是由路线的走 向所决定的，设计人员并未深入校核桥位所在区域 河流性质、河谷演变及地质状况等方面的综合利害 因素，以致选择了不当的桥位或桥型布置。亦或是受 当时的技术和资金限制，无法做到合适桥位和完善 的防护等，使得桥位未能具备较小的阻水宽度，受局 部冲刷发生水毁未能得到避免。 2.2 河道不畅
题。
关键词：桥梁水毁；洪涝；泥石流；承载力恢复设计；抗洪能力检核
中图分类号：U445.7
文献标识码：A 文章编号：1006-3528（2016）06-0042-03
桥梁设计以桥跨区域的历史水文、水位资料作 为结构选型与设计的必要依据。然而，桥梁服役期所 需面对的洪水等级和频率则是难以精确预测的。若 桥梁遇到超出其设计洪水位时，桥梁结构的安全可 靠度往往难以得到保证。大量的桥梁水毁事故分析 表明：桥孔过小，排洪输沙能力不足，则极易造成桥 前迎水面严重壅水，桥下覆土受到重冲刷，桥台、桥 墩、桥头引道在水流的作用下被冲毁[1]。同时，汛期河 内 漂 浮 物 增 多 ，容 易 堵 塞 桥 孔 ，由 此 造 成 桥 梁上游壅水过高，对桥梁结构产生很大的推力和浮 力[2]，甚至出现局部跌水、洄流、急弯，从而导致桥梁 被激流的洪水推倒或冲走[3]。
部分河道由于多年盗采盗挖河道砂石料，不仅 导致河道极为凌乱，洪水行进不畅，河道壅水抬高[5]；
山西交通科技山。 交通科技
收稿日期：2016－10－14；修回日期：2016－10－20 作者简介：徐艳生(1967— ），男，山西定襄人，高级工程师，2009 年毕业于中央党校经济学（政治经济学）专业。
2016 年第 6 期
由于桥梁在河道处的阻水效应，使得泥石流、水 石流经过桥跨断面时，高动能的块石与漂浮物会对 桥墩具有不利的横桥向冲击效应。而当流体流速降 低时，水流所能携裹块石等其他物体的能力下降。块 石与漂浮物等在桥梁断面处大量沉积。
块石和漂浮物的堆积导致河道过水能力进一步 减弱，使得桥跨断面的泄水难度增大。当漂浮物在桥 孔处堵塞时，会抬高壅水高度的同时，流水对漂浮物 的压力与浮力作用直接作用在桥跨两侧，形成上部 结构的不利荷载效应。故此，桥梁的抗洪能力无法满 足要求而造成损毁[6]。
对于地形险要、地质条件较差的河谷冲沟，汛期 强降雨则极易导致因水石流或泥石流而引起的次生 灾害。由于水毁发生的部分地区河谷冲沟较深，地势 陡而急，桥跨两岸沟床纵坡大。同时，调查发现谷内 岩体风化严重，表层岩体节理发育，对泥石流、水石 流的发展，提供了丰富的碎石等携裹物的来源。而当 水石流经过桥跨断面时，流体中所携裹的块石与漂 浮物等，高动能的块石与漂浮物不仅仅会对桥梁具 有冲击效应，块石的存在还会加剧桥跨断面的泄水 难度，流水阻力增大导致块石堆积，从而引发河道淤 塞，对桥梁等构造物造成损毁。
此外，附近居民证实，桥梁水毁前迎水一侧沉积 有较多的漂浮物导致桥孔发生堵塞，由此造成桥梁 上游壅水过高，对桥梁结构产生很大的推力和浮力， 从而导致桥梁被激流的洪水推倒或冲走。
3 桥梁水毁病害
根据施工图等设计相关文件，桥址处最大设计 汇水面积约为 3 800 km2 ，Q2%=3 270 m3/s。当洪水通 过时，原设计桥跨结构物设置有多孔圆管并置的过 水断面遇到特大洪水时，早已失去泄水作用，反而由 于阻水效用明显导致壅水过高，造成了更大规模的 损坏；同时，山区原有河道中盗采盗挖砂石料十分严 重，河道常年未经修整，洪水通过河道时行进不畅， 增大了河床冲刷。通过对泄洪后道路沿线的桥梁进 行结构完整性调查和测试，对于桥梁的水毁病害可 归纳为 5 种类型的病害。 3.1 河道块石、杂物等漂浮物堆积
1 桥梁水毁案例
根据山西省气象台报告，2014 年 9 月中旬，山 西省出现大范围阴雨天气，仅 10—16 日降水量为 9～163.5 mm，路线穿越的山区雨量 24 h 内最大降 雨量超过 200 mm[4]。数次集中强降雨最终导致洪水 等地质灾害的发生。根据调查结果，多桥梁受到不同 程度的地质灾害影响，部分原有桥跨构造物甚至发 生毁灭性的破坏。洪水过后桥位河床向下冲切，原有 河道拓宽, 本次洪灾中受损的桥梁及其病害特征于 表 1 中列出。