牡丹江市木橋應(yīng)用分析★

王鏡鑌 楊海旭 劉婕鈺 程永龍 姜子航 黃澤澳

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

木材產(chǎn)業(yè)對(duì)牡丹江市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高起到了舉足輕重的作用，也為木橋發(fā)展提供了有力的保證。牡丹江市在很多林區(qū)修建了大量的木結(jié)構(gòu)橋梁，既能起到交通作用，又起到景觀作用，更好地適應(yīng)該地水流湖泊多的特點(diǎn)。不僅如此，木結(jié)構(gòu)橋梁還具有綠色環(huán)保、輕巧美觀、施工便捷、性能可靠、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而越來越受到人們的青睞。總之，木結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展順應(yīng)了當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展和自然景區(qū)對(duì)建筑材料的要求。

1 牡丹江市木橋梁的特點(diǎn)

牡丹江市對(duì)木結(jié)構(gòu)橋梁的加工正經(jīng)歷著由依賴經(jīng)驗(yàn)和純手工制作的傳統(tǒng)加工模式向以工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的木結(jié)構(gòu)產(chǎn)品為主的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁加工模式發(fā)展，新的現(xiàn)代化發(fā)展模式機(jī)械化和自動(dòng)化程度較高，生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)成本較低，并且有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)作支撐，是一種現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)文化交織的新型產(chǎn)品?？傮w來說，當(dāng)前牡丹江市木結(jié)構(gòu)橋梁主要具有以下特點(diǎn)：

1)輕質(zhì)、節(jié)能、綠色環(huán)保：通常，樹木每生長(zhǎng)1 m3能吸收1 t CO2并釋放0.75 t O2，同時(shí)CO2又以碳的形式存儲(chǔ)于樹木中[1]。在木材加工制作為木結(jié)構(gòu)產(chǎn)品后，在其生命周期內(nèi)，能始終固化其最初所吸收的12C，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排的目的，充分發(fā)揮其綠色環(huán)保的材料特性。

2)縮短施工周期、降低木橋施工成本：木材質(zhì)輕易加工，木結(jié)構(gòu)橋梁各個(gè)構(gòu)件均可實(shí)現(xiàn)工廠預(yù)加工，且現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)對(duì)運(yùn)輸及吊裝設(shè)備要求低，進(jìn)而大大縮短工期。并且木材取材方便，且其方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)設(shè)備要求較低，進(jìn)而降低了木橋的施工成本。

3)易于加固維修：由于標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件可隨時(shí)更換，橋梁的加固維修十分方便。并且定時(shí)對(duì)橋面進(jìn)行油漆、防腐、清掃，防止橋面積水，也可以有效防止木結(jié)構(gòu)橋梁發(fā)生腐蝕破壞。

4)具有很好的抗震性：結(jié)構(gòu)所受地震力大小與其自身質(zhì)量有關(guān)，相對(duì)于鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)橋梁，木結(jié)構(gòu)橋梁的質(zhì)量較輕，地震對(duì)其產(chǎn)生的總地震剪力相應(yīng)較小，因此在遭遇地震作用時(shí)，木結(jié)構(gòu)橋梁具有較高的抗震能力和較好的抗震性能。

5)承載力不足需定期保養(yǎng)：木材抗拉強(qiáng)度比鋼筋低很多，以至于相比于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，木結(jié)構(gòu)承載力明顯不足，目前也只適用于景觀橋梁，而不能作為正常的交通路線，又由于相應(yīng)規(guī)范雖在完善，但仍有不足，所以在施工和設(shè)計(jì)上缺乏相應(yīng)的限制。同時(shí)，由于木材易腐蝕，往往需要定期保養(yǎng)，及時(shí)排除安全隱患，進(jìn)而顯得更為復(fù)雜。

2 牡丹江市木橋的應(yīng)用分析

2.1 牡丹江市林區(qū)景觀木橋的結(jié)構(gòu)形式分析

目前，應(yīng)力疊合板梁橋、桁架橋和拱橋是現(xiàn)代世界上常用的木橋結(jié)構(gòu)形式，其中橋面板以及欄桿等采用木材，其余部分采用混凝土或鋼結(jié)構(gòu)的木結(jié)構(gòu)斜拉橋、懸索橋也有很多成功的案例。牡丹江市木橋多為應(yīng)力疊合板梁橋和懸索橋兩種類型(如圖1，圖2所示)。應(yīng)力疊合板梁橋是由橋面板與墩臺(tái)連接組合而成的一種橋梁結(jié)構(gòu)形式，它具有強(qiáng)度高、使用性能好、施工快速、工廠化程度高等特點(diǎn)，是目前中小跨徑木結(jié)構(gòu)橋梁使用較多的一種結(jié)構(gòu)形式[2]。據(jù)當(dāng)?shù)啬緲I(yè)企業(yè)技術(shù)人員介紹，該應(yīng)力疊合板梁橋在選材上的特點(diǎn)是橋面板采用多種復(fù)合材料，同時(shí)在梁上利用了原木，從材料的角度考慮，原木沒有進(jìn)行過大規(guī)模的加工，因此能夠很好地保留材料的纖維，這使得其與加工過的木材相比具有更好的和更穩(wěn)定的力學(xué)性能；在價(jià)格方面，由于原木并未經(jīng)過深度的加工處理，因此較一般方形鋸木的價(jià)格低。但缺點(diǎn)在于：原木在耐久性上較加工過的木材差，在與其他構(gòu)件連接的工藝方面，原木由于外表面呈圓柱狀，較一般方形鋸木更難連接。

懸索木橋是牡丹江市另一種常見的木橋形式，如其境內(nèi)鏡泊湖大峽谷中的大部分橋梁為懸索木橋。懸索木橋通過錨固在橋兩端的纜索作為主要承重構(gòu)件，梁上鋪有木制橋面板，采用木制欄桿扶手。這種橋梁有效地利用了各種材料的特點(diǎn)，充分發(fā)揮了各種材料的優(yōu)勢(shì)，如以鋼纜索代替木橋墩作為支承結(jié)構(gòu)，有效地解決了木材遇水易腐朽變形、承載力降低的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮了鋼材抗拉性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，鋼纜索木吊橋充分發(fā)揮了鋼材和木材自重較輕、工作的可靠性較高、抗震性、抗沖擊性好的特點(diǎn)，有效地提高了橋的承載能力。這種懸索木橋充分利用了兩種材料可以循環(huán)使用的特性，不僅增強(qiáng)了木橋的強(qiáng)度、剛度及使用壽命，也為景區(qū)增添了一番風(fēng)味，成為景區(qū)內(nèi)一道亮麗的風(fēng)景線。

2.2 牡丹江市木橋木材耐久性技術(shù)的發(fā)展情況

2.2.1防腐性

現(xiàn)代防腐技術(shù)和防腐劑的出現(xiàn)很大程度上提高了木結(jié)構(gòu)防腐性能，木材在經(jīng)過防腐處理后防腐性能變得更加穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性顯著提高，進(jìn)而能夠在現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁中得到更好的應(yīng)用，提高現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)橋梁的使用壽命。目前使用的防腐劑種類較多，概括起來主要有三大類：油類防腐劑、油溶性防腐劑以及水溶性防腐劑，防腐處理方法也在逐漸完善，主要有浸漬法、噴灑法和刷涂法[3]。此外，防腐相關(guān)規(guī)范也逐漸得到完善[4,5]。

據(jù)牡丹江市木業(yè)企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人描述，在使用木材之前最好先對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆栏幚?，避免腐蝕菌等對(duì)木材的腐蝕破壞；隨后在表面涂一層防水涂層，但是，對(duì)于裝配使用后的木材，由于在裝配過程中會(huì)對(duì)已涂好的防水層造成破壞，因此需要做第二次防水處理。

但是據(jù)調(diào)研結(jié)果看，牡丹江市的部分木業(yè)公司不具備防腐處理能力，在防腐處理質(zhì)量上控制得也不嚴(yán)格。這些木業(yè)公司僅僅負(fù)責(zé)對(duì)木材的拼裝加工，之后再由買主進(jìn)行刷涂防腐，不能嚴(yán)格執(zhí)行防腐工序，造成木材防腐性能差，進(jìn)而導(dǎo)致其使用壽命降低和全周期壽命成本提高。

2.2.2耐火性

木材是一種天生具有耐火性的材料，它屬于多孔性生物材料，由于大氣中水汽的存在和降水的影響，導(dǎo)致即使是干燥木材，其細(xì)胞間仍然會(huì)存在自由水，加上木材燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生CO2等不可燃性氣體并且在其表面會(huì)形成碳化層等，這些特性在一定程度上都能延緩甚至阻止木材進(jìn)一步燃燒。據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，牡丹江市的絕大部分木業(yè)公司并不關(guān)心木材的耐火性，也不采取先進(jìn)的防火涂料對(duì)木材進(jìn)行防火處理，僅僅是負(fù)責(zé)產(chǎn)品的粗加工。

牡丹江市木業(yè)公司在對(duì)木材和木橋的耐久性方面缺乏相關(guān)專業(yè)知識(shí)，也不了解先進(jìn)的木材加工技術(shù)。由于技術(shù)指導(dǎo)的缺乏，該市的木橋也僅僅局限于景區(qū)簡(jiǎn)易橋梁，結(jié)構(gòu)形式單一，承載力低，耐火性差。大多數(shù)橋梁僅僅是橋面部分采用木板鋪設(shè)而成，其他橋跨部分和下部部分大多采用鋼柱或鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)，尤其是在人流量較大的橋梁處，這種結(jié)構(gòu)較常見。

2.2.3開裂性

木材的開裂是因木材含水量變化導(dǎo)致木材不均勻變形而形成的。為避免在干燥過程中原木的干縮開裂對(duì)結(jié)構(gòu)安全性的影響，牡丹江市各個(gè)木業(yè)公司通過人為地增加人工裂縫的方法減少木材干縮時(shí)裂縫出現(xiàn)位置的隨機(jī)性，進(jìn)而保證了木材的安全性，抑或是利用物理或者化學(xué)方法進(jìn)行處理，通過改變木材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況，進(jìn)而有效避免木材的自然裂縫對(duì)其力學(xué)性能的影響。

2.3 牡丹江市木業(yè)企業(yè)存在的技術(shù)問題分析

1)生產(chǎn)技術(shù)落后。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，牡丹江市木業(yè)企業(yè)由于加工技術(shù)落后和創(chuàng)新能力的匱乏，木材的連接方式也大多局限于鋼釘直接釘接(如圖3所示)，甚至都沒有采取傳統(tǒng)的榫接方式, 橋墩也未經(jīng)過細(xì)加工和嚴(yán)格的計(jì)算設(shè)計(jì)。由圖1可見其木材的結(jié)構(gòu)形式非?；靵y，可能不僅無法滿足使用要求，甚至連美觀性很難過關(guān)。

2)木構(gòu)件加工制作問題。

木橋用木材的品種、材質(zhì)、規(guī)格需要與施工圖保持一致。木材上的木節(jié)數(shù)量，蟲洞，腐壞等問題都要嚴(yán)格控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，木橋上應(yīng)用的木材，其防腐、防水處理工藝做得并不好，導(dǎo)致橋面多處出現(xiàn)腐朽現(xiàn)象。

3)木材的涂飾工藝問題。

調(diào)研時(shí)所見的木橋橋面及橋墩表面涂飾出現(xiàn)皺皮，嚴(yán)重脫皮現(xiàn)象。在木業(yè)企業(yè)調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)工人在加工木材時(shí)，處理后的木材表面也并未達(dá)到光亮、光滑和線條平直的要求。技術(shù)人員認(rèn)為木橋用材不必像家具用材那樣精細(xì)加工，殊不知這樣會(huì)為木橋的使用造成極大隱患。

3 結(jié)語(yǔ)

按目前現(xiàn)存的橋梁來看，木橋的發(fā)展不僅可以促進(jìn)人與自然和諧相處，同時(shí)可以帶動(dòng)相關(guān)木業(yè)行業(yè)的發(fā)展。對(duì)于牡丹江市而言，木結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展不僅僅可以使該市的木業(yè)公司發(fā)生產(chǎn)品或生產(chǎn)工藝的轉(zhuǎn)型，同時(shí)，也可以帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，從而一定程度上起到振興東北的目的，對(duì)土木行業(yè)而言，將注入新的“血液”有利于木結(jié)構(gòu)在土木行業(yè)的發(fā)展和研究。但是針對(duì)技術(shù)落后及加工工藝不精細(xì)等問題，迫切需要科研單位在技術(shù)方面的支持，也需要當(dāng)?shù)卣呱系膬A斜，促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型，以適應(yīng)高速發(fā)展的社會(huì)環(huán)境。