水流冲击对桥的影响研究论文

桥的概念 桥是一种架空的人造通道。 由上部结构和下部结构两部分组成。 上部结构包括桥身和桥面；下部结构包括桥墩、桥台和基础。它们高悬低卧，形态万千，有的雄距山岙野岭，古朴雅致；有的跨越岩壑溪间，山川增辉；有的坐落闹市通衢，造型奇巧；有的一桥多用，巧夺天工。 不管风吹雨淋，无论酷暑严冬，它们总是默默无闻地为广大的行人、车马跨江过河，飞津济渡。 桥的意义与特点 建桥最主要的目的，就是为了解决跨水或者越谷的交通，以便于运输工具或行人在桥上畅通无阻。 若从其最早或者最主要的功用来说，桥应该是专指跨水行空的道路。 故说文解字段玉裁的注释为：“梁之字，用木跨水，今之桥也。 ”说明桥的最初含意是指架木于水面上的通道，以后方有引伸为架于悬崖峭壁上的“栈道”和架于楼阁宫殿间的“飞阁”等天桥形式。 中国山川众多、江河纵横，是个桥梁大国，在古代无论是建桥技术，还是桥梁数量都处于世界领先地位。 千百年来，桥梁早已成为人们社会生活中不可缺少的组成部分。 但由于我国幅员辽阔，从南到北，从东到西，在地理气候、文化习俗以及社会生产力发展水平上，都存在较大的差异。 因此，各自立足于自己的实际条件和根据自己的需要，经过长期的时间，遂创造出多种多样的桥梁形式，并逐步形成了自己的特色，具体说来大致有如下特点： （一） 地域性。 我国土地辽阔，南北之间和东西之间的桥梁，受所在自然地理和人文社会的影响，因地制宜，都形成了各自相对独立的风格和特色。 如北方中原地区，黄河流域，地势较为平坦，河流水域较少，人们运输物资多赖骡马大车或手推板车。 因此，这里的桥梁多为宽坦雄伟的石拱桥和石梁桥，以便于船只从桥下通过；西北和西南地区，山高水激、谷深崖陡，难以砌筑桥墩，因此，多采用藤条、竹索、圆木等山区材料，建造绳索吊桥或伸臂式木梁桥；岭南闽粤沿海地区，盛产质地坚硬的花岗岩石，所以石桥比比皆是；而云南少数民族地区，因竹材丰富，便到处可见别具一格的各式竹材桥梁。 从桥梁的风格上看，北方的桥如同北方的人，显得粗犷朴实；南方的桥也同南方的人，显得灵巧轻盈。 当然，这跟自然地理也有极大关系，如北方的河流因水流量欺负变化很大，又有山洪冰块冲击，故桥梁必须厚实稳重；而南方河流水势则较平缓，又要便于通航，故桥梁相对较纤细秀丽。 （二） 多种多样性。 我国是个文明古国，地大物博，山河奇秀，南北地质地貌差异较大，因此对建桥的技术要求也高。 大约在汉代时，桥梁的四种基本桥型：梁桥、浮桥、索桥、拱桥便已全部产生了。 这四种桥根据其建筑材料和构造形式的不同，又分别演化出：木桥、石桥、砖桥、竹桥、盐桥、冰桥、藤桥、铁桥、苇桥、石柱桥、石墩桥、漫水桥、伸臂式桥、廊桥、风雨桥、竹板桥、石板桥、开合式桥、溜索桥、三边形拱桥、尖拱桥、圆拱桥、连拱桥、实腹拱桥、坦拱桥、徒拱桥、虹桥、渠道桥、曲桥、纤道桥、十字桥，以及栈道、飞阁等等，几乎应有尽有，什么形式的古桥，在我国都能找到。 （三） 多功能性。 我国古代的匠师建桥，很注意发挥桥梁的最大效益，既能考虑到因地制宜、一切从实用出发，又能考虑使桥梁尽量起到多功能的作用。 如江南的拱桥多为两头平坦，中间高拱隆起，使之既产生造型上的弧线美，又利于行舟。 而南方地区广见的廊式桥，则更充分反映了一桥多用的特点。 南方雨多日照强，桥匠便在桥上修建廊屋，这不仅为过往行人提供了躲避风雨日照、便于歇息的场所，而且还增加了桥梁的自重，以免洪水把桥冲掉，并起到保护木梁、铁索不受风雨腐蚀的作用。 特别是很多此类廊桥，因是人员过往要冲，故还利用它兼作集市、住宿和进行商业活动。 如广东潮安县的湘子桥，这座桥全长五百余米，?quot;一里长桥一里市"之称，桥中设一段可以开合的浮桥，以利通航；桥上建廊屋、楼后做集市，其间店面栉比，自晨至暮，熙熙攘攘，热闹非凡，以至不闻不见咆哮的潮水和宽阔的江面，故民间流传有“到了湘桥问湘桥”的笑话。 （四） 群众公益性。 桥梁自产生始，便以属于民众共有的社会性出现。 我国的传统建筑，一般为私有性，唯有桥梁（除私有的园林中桥梁外），不管是官修私建的，都为社会所公有。 故数千年来，爱桥护路成为一种良好风尚，而“修桥铺路”则是造福大众的慈善行为，被民众所推崇。 因此，修桥或建桥具有广泛的群众性。 查看史志，我国历来修桥建桥的方式，大概有四种：一是民建，即由一家一姓独立建桥；二是募捐集资，报经官府支持，协力兴建。 此种最为多见，如著名的赵州桥、泉州洛阳桥等，都是用此方式建成的；三是官倡民修，由地方官倡导，士绅附和认捐，并指派官吏或商绅主持完成。 此多属较大的桥梁；四是全由官府拨款施工兴建的。 所以，我国古桥遍布各地，连穷乡僻壤也多建桥。 其数量之多，分布之广，居世界首位。 桥的产生与发展 在人为桥梁之前，自然界由于地壳运动或其他自然现象的影响 ，形成了不少天然的桥梁形式。 如浙江天台山横跨瀑布上的石梁桥，江西贵溪因自然侵蚀而成的石拱桥（仙人桥）以及小河边因自然倒下的树干而形成的 “独木桥”，或两岸藤萝纠结在一起而构成的天生“悬索桥”等等。 人类从这些天然桥中得到启示，便在生存过程中，不断仿效自然。 开始时大概是利用一根木料在小河上，或氏族聚居群周围的壕沟上搭起一些独木桥（桥之所以始称“梁”，也许便是因这种横梁而过的原故），或在窄而浅的溪流中，用石块垫起一个接一个略出水面的石蹬，构成一种简陋的“跳墩子”石梁桥（后园林中多仿此原始桥式，称“汀步桥”、“踏步桥”）。 这些“独木桥”“跳墩子桥”便是人类建筑的最原始的桥梁，以后随着社会生产力的发展，不断由低级演进为高级，才逐渐产生各种各样的跨空桥梁。 我国的桥梁，大致经历了四个发展阶段。 第一阶段以西周、春秋为主，包括此前的历史时代，这是古桥的创始时期。 此时的桥梁除原始的独木桥和汀步桥外，主要有梁桥和浮桥两种形式。 当时由于生产力水平落后，多数只能建在地势平坦，河身不宽、水流平缓的地段，桥梁也只能是写木梁式小桥，技术问题较易解决。 而在水面较宽、水流较急的河道上，则多采用浮桥。 第二阶段以秦、汉为主，包括战国和三国，是古代桥梁的创建发展时期。 秦汉是我国建筑史上一个璀璨夺目的发展阶段，这时不仅发明了人造建筑材料的砖，而且还创造了以砖石结构体系为主题的拱券结构，从而为后来拱桥的出现创造了先决条件。 战国时铁器的出现，也促进了建筑方面对石料的多方面利用，从而使桥梁在原木构梁桥的基础上，增添了石柱、石梁、石桥面等新构件。 不仅如此，它的重大意义，还在于由此而使石拱桥应运而生。 石拱桥的创建，在中国古代建桥史上无论是实用方面，还是经济、美观方面都起到了划时代的作用。 石梁石拱桥的大发展，不仅减少了维修费用、延长了桥的使用时间，还提高了结构理论和施工技术的科学水平。 因此，秦汉建筑石料的使用和拱券技术的出现，实际上是桥梁建筑史上的一次重大革命。 故从一些文献和考古资料来看，约莫在东汉时，梁桥、浮桥、索桥和拱桥这四大基本桥型已全部形成。 第三阶段是以唐宋为主的，包括两晋、南北朝和隋、五代时期，这是古代桥梁发展的鼎盛时期。 隋唐国力较之秦汉更为强盛，唐宋两代又取得了较长时间的安定统一，工商业、运输交通业以及科学技术水平等十分发达，是当时世界上最先进的国家。 东晋以后，由于大量 *** 贵族官宦南迁，经济中心自黄河流域移往长江流域，使东南水网地区的经济得到大发展，经济和技术的大发展，又反过来 *** 桥梁的大发展。 因此，这时创造出许多举世瞩目的桥梁，如隋代石匠李春首创的敞肩式石拱桥--赵州桥，北宋废卒发明的叠梁式木拱桥--虹桥，背诵创建的用筏形基础、植蛎固墩的泉州万安桥，南宋的石梁桥与开合式浮桥相结合的广东潮州的湘子桥等。 这些桥在世界桥梁史上都享有盛誉，尤其是赵州桥，类似的桥在世界别的国家中，晚了七个世纪方才出现。 纵观中国桥梁史，几乎所有的重大发明和成就，以及能争世界第一的桥梁，都是此时创建的。 第四阶段为元、明、清三朝，这是桥梁发展的饱和期，几乎没有什么大的创造和技术突破。 这时的主要成就是对一些古桥进行了修缮和改造，并留下了许多修建桥梁的施工说明文献，为后人提供了大量文字资料。 此外，也建造完成了一些像明代江西南城的万年桥、贵州的盘江桥等艰巨工程。 同时，在川滇地区兴建了不少索桥，索桥建造技术也有所提高。 到清末，即1881年，随着我国第一条铁路的通车，迎来了我国桥梁史上的又一次技术大革命。 桥的类型与形式 按主要材料分 木、石、砖、竹、藤、铁、盐、冰桥 木桥是最早的桥梁形式，我国秦汉以前的桥几乎都是木桥。 如最早出现的独木桥、木柱梁桥。 约商周时便出现浮桥，战国前后又出现排柱式木梁桥和伸臂式木梁桥。 但因木材本身的特性，如质松易腐以及受材料强度和长度支配等，不仅不易在河面较宽的河流上架设桥梁，而且也难以造出牢固耐久的桥梁来，因此，南北朝始遂为木石混合或石构桥梁所取代。 石桥和砖桥。 一般是指桥面结构也是用石或砖料来做的桥，但纯砖构造的桥极少见，一般是砖木或砖石混合构建，而石桥则较多见。 到春秋战国之际便出现了石墩木梁跨空式桥，西汉进一步发展为石柱式石梁桥，东汉则又出现了单跨石拱桥，隋代创造出世界上第一座敞肩式单孔弧形石拱桥，唐代李昭得造出了船形墩多孔石梁桥。 宋代是大型石桥蓬勃发展的时期，创造出像泉州洛阳桥和平安桥那样的长达数里横跨江海交汇处的石梁桥，以及像北京芦沟桥和苏州宝带桥那样的大型石拱桥。 竹桥和藤桥。 主要见于南方，尤其是西南地区。 一般只用于河面较狭的河流上，或作为临时性架渡之用。 早期的主要是一种索桥，南北朝时称竹质的溜索桥为“笮桥”。 后来出现了竹索桥、竹浮桥和竹板桥等。 铁桥，在古代包括铁索桥和铁柱桥两种。 前者属于索桥类，较多见，约在唐代便出现；后者属于梁桥类，实为木铁混合桥，极少见，在江西见一例。 盐桥和冰桥。 主要见于特殊的自然环境中。 前者主要见于青海盐湖地区，后者主要见于北方寒冷地区。 按结构及外观分 梁桥、浮桥、索桥和拱桥这四种基本类型。 梁桥。 又称平桥、跨空梁桥，是以桥墩做水平距离承托，然后架梁并平铺桥面的桥。 这是应用最为普遍的一种桥，在历史上也较其它桥形出现为早。 它有木、石或木石混合等形式。 先秦时梁桥都是用木柱做桥墩，但这种木柱木梁结构，很早就显出其弱点，不能适应形势的发展。 因此，起而代之的是石柱木梁桥，如秦汉时建成的多跨长桥：渭桥、灞桥等。 约在汉代时桩基技术发明，于是出现了石桥墩，标志着木石组合的桥梁能够越跨较宽大的河道能经受住汹涌洪浪的冲击。 但由于石墩上的木梁不耐风雨侵蚀，于是便在桥上建起了桥屋，保护桥身，此桥型（廊桥）后多见于南方，但最早都见于黄河流域。 中小型的石梁或石板桥，构造方便，材料耐久，维修省力，是民间最为喜用的一种桥形，尤其是南宋后，在福建泉州地区十分盛行，创造了许多长大的石梁桥。 梁桥若中间无桥墩者，称单跨梁桥；若水中有一桥墩，使桥身形成两孔者，便称双跨梁桥；若两墩以上者，便称多跨梁桥。 浮桥。 又称舟桥、浮航、浮桁，因其架设便易，常用于军事目的，故也称“战桥”--一种用于数十百艘木船（也有用木筏或竹筏连横于水上的）连锁起来并列于水面，船上铺木板供人马往来通行的桥。 若按严格意义上的桥：是以跨空和有柱墩为标志的话，那它还不是十足意义上的桥。 浮桥主要建于河面过宽及河水过深或涨落起伏大，非一般木石柱梁桥所能济事的地方。 浮桥两岸多设柱桩或铁牛、铁山、石囷、石狮等以系缆。 隋大业元年在洛阳洛水上建成的天津桥，是第一次用铁链连接船只的浮桥。 浮桥目前在我国南方如江西、浙江、广西等地方仍常见用。 浮桥的优点：一是施工快速，清咸丰二年（公元1852年），太平军围攻武昌，只用一夜时间就建成两座横跨长江的浮桥。 二是造价低廉，明代邹守益在《修凤林浮桥记》中，曾对石桥与浮桥做过比较：“若用石梁桥，要费千金，而用浮桥，则费五百金便可，可根据需要而定。 ”三是开合随意，拆除和架设都很方便。 缺点是载重量小，随波上下动荡不定，且抵御洪水能力弱，常需及时拆撤，并要人照看，管理繁琐，舟船、桥板与系船的缆绳要经常修葺和更换，维护费用昂贵。 因此，很多浮桥的最后归宿，都向木梁桥、石梁桥或石拱桥发展。 索桥。 也称吊桥、绳桥、悬索桥等，是用竹索或藤索、铁索等为骨干相拼悬吊起的大桥。 多建于水流急不易做桥墩的陡岸险谷，主要见于西南地区。 其做法是在两岸建屋，屋内各设系绳的立柱和绞绳的转柱，然后以粗绳索若干根平铺系紧，再在绳索上横铺木板，有的在两侧还加一至两根绳索作为扶栏。 始见于秦汉，如秦李冰曾在四川益州（今成都）城西南建成的一座笮桥，又名"夷里桥"，便是座竹索桥。 现存著名的有建于明清时的泸定铁索桥、灌县竹索桥等。 过索桥感觉非常惊险，正如古人形容过索桥的那样：“人悬半空，度彼决壑，顷刻不戒，陨无底谷。 ”唐代和尚智猛称：“窥不见底，影战影栗。 ”其实真正渡之还是安全的，正如《徐霞客游纪》对贵州盘江桥评价的那样：“望之飘然，践之则屹然不动。” 拱桥。 在我国桥梁史上出现较晚，但拱桥结构一经采用，便迅猛发展，成为古桥中最富有生命力的一种桥型，即使在今天，它也仍有继续发展的广阔前景。 拱桥有石拱、砖拱和木拱之分，其中砖拱桥极少见，只在庙宇或园林里偶见使用。 一般常见的是石拱桥，它又有单拱、双拱、多拱之分，拱的多少视河的宽度来定。 一般正中的拱要特别高大，两边的拱要略小。 依拱的形状，又有五边、半圆、尖拱、坦拱等之分。 桥面一般铺石板，桥边做石栏杆。 拱桥的形象最早见于东汉画像砖上，是由伸臂木石梁桥在发展过程中又受墓拱、水管等形状影响而产生的。 文献记载见于南北朝时的《水经注》中，现存最早的实物和最具代表性的是隋代李春设计建造的赵州桥。 石拱桥的发券，明以后，尤其在清代，则盛行用整券，即“桶状发券”。 其他造型 飞阁和栈道、渠道桥和纤道桥，以及曲桥、鱼沼飞梁和风水桥。 “飞阁”，又称阁道、复道，即天桥。 古代宫殿楼阁间的跨通道。 《三辅黄图》：“乃于宫（指汉未央宫）西跨城池作飞阁通建章宫，构辇道以上下。 ”秦汉皇宫楼殿间联以阁道通行，因上下有道，故称复道。 秦始皇筑阁道由阿房宫通骊山，人行桥上，车行桥下，堪称中国最早的立交桥。 “栈道”，又称栈阁、桥阁，单臂式木梁桥。 在山区陡峭的地方，架木铺成的道路。 “渠道桥”，既是引水渠道又作行人用的桥梁。 也即在桥上砌水渠以引水。 如建于金代的山西洪洞县惠远桥。 故今山西民间尚有“水上桥、桥上水”的俚语。 “纤道桥”，一种为便于拉纤而建造的、与河流平行的带状长桥。 多见于浙江境内的运河地区。 有的长达一二公里乃至五六公里，如绍兴阮社有一座“百孔官塘”纤道桥，建于清同治年间，桥长380余米，115个跨，桥面用三块条石拼成，底平接水面。 “曲桥”，园林中特有的桥式，故也称园林桥。 桥与径、廊均为园林中游人赏景的通道。 “景莫妙于曲”，故园林中桥多做成折角者，如九曲桥，以形成一条来回摆动，左顾右盼的折线，达到延长风景线，扩大景观画面的效果。 曲桥一般由石板、栏板构成，石板略高出水面，栏杆低矮，造成与水面似分非分、空间似隔非隔，尤有含蓄无尽之意。 桥的材料与构造

地形地貌条件对桥梁建设的影响该场区属冲洪积河谷及残坡积坡地地貌，河谷地势较平坦开阔，一般高程介于～之间；两侧桥台位于山坡上，自然山坡坡度25°～140°，地势较陡，山坡植被发育。左幅因存煤场工棚修建开挖成斜坡，地面高程约195～200m，沙县台高程约195m；右幅也处于堆煤区，经开挖后高程约205m～208m，沙县台地面高程约185m；K138+930～K138+965左右安溪台附近为省道及两侧边坡区域，边坡高度最高约25m。桥址区的高边坡使大桥在修建的过程中机械设备很难施工，延长了施工的工期。该大桥近西北走向，跨越一冲～洪积沟谷，中间有条小河，河面宽度约20～30m，桥址区河道弯曲，暴雨季节河水骤涨，桥址区易因排水不畅形成洪水泛滥区，近年最高水位标高约。季节性的暴雨使大桥桥墩受到水流冲刷，影响桥墩的寿命。地质构造对桥梁建设的影响经地质测绘，桥址区受北东向大埔～政和断裂带影响，F07、F08断层从桥址区及附近经过；另据SQ021及SQ059号钻孔揭示，该处岩芯风化强烈，且基岩面明显下凹，并伴随有岩脉入侵，其中含少量粗粒石英，故推测有断层F08A从该处经过，产状140°∠80°左右。由于受到构造影响，桥址区内SQ015处发育有节理密集带，且在SQ010、SQ018、SQ055等处亦引起不均匀风化夹层。区域抗震设防烈度皆为Ⅵ度，地震动峰值加速度为。地震动反应谱特征周期皆为。根据现场测试的SQ007、SQ013号孔内的剪切波速分别为385m/s、435m/s，覆盖层厚度约5～45米，左幅沙县台46米多未见基岩，结合覆盖层厚度，该场区为Ⅱ类场地。大桥区域岩土的承载力比较低，容易导致地基的不稳定，最终影响桥梁建设的质量。岩土的特性对桥梁建设的影响根据钻孔揭示，桥区地层由新到老依次为：新近人工填土（Q4me）：素填土；全新统冲洪积层（Q4al+pl）：粘土、粉质粘土、卵石、粗砂；第四系坡积土层（Qdl）：粘土、粉质粘土、碎石；下伏基岩为侏罗系梨山组（J1l1、J1l2）砂岩、砂岩夹粉砂岩、粉砂岩、粉砂岩夹砂岩及其风化层，局部见岩脉及风化层，且个别钻孔中见粉砂岩中含有碳质成分，J1l1岩层产状为80°∠30°，J1l2岩层产状为351°∠40°。由于局部地基为砂层，在地震作用下，地下水位浅的地方易产生液化，失去承载能力而导致工程失事。桥梁地基承受的压力比较大，在软弱土地区，往往会产生较大的地基变形，若不进行处理，将导致建筑物整体倾斜，该大桥场地虽有填土、砂、卵砾石及粘性土等地层分布，但厚度叫薄，且设计时，桥台及所有桥墩的基础均选择以基岩风化层为持力层，地基承载力良好，不会产生地基变形而导致大桥倾斜。水文地质条件对桥梁建设的影响地表水：为河沟水，桥址区河床较平坦开阔，河面宽度约25m～35m，正常水位高程约为155m～156m，雨季水位高程约157m～188m，设计水位高程约。桥址区河道弯曲，暴雨季节河水骤涨，桥址区因排水不畅易形成洪水泛滥区。地下水：桥位区河谷地段主要为第四系冲洪积砂、卵砾石层中孔隙潜水及下伏基岩裂隙水，勘察期间地下水埋深0～，水位埋深较浅，受地表水体、大气降水及地下水侧向补给，向低洼处迳流，富水性强，水位随季节变化较大；坡地地下水以残坡积土层、基岩风化岩层孔隙潜水及基岩裂隙水为主，水位埋深17m～26m，随季节变化较大，水量受降雨影响大，此类水降雨后地下水垂直径流速度较大，对桥台的边坡稳定性影响大。地下水如果酸度过大，地下水与混凝土发生反应生成水化硫铝酸钙或二水石膏，体积膨胀，破坏混凝土结构，或是造成钢筋锈蚀，根据水质分析结果，结合《公路工程地质勘察规范》判断，桥址区地表水及地下水对混凝土无腐蚀性。