牡丹江市木橋應用分析★

王鏡鑌 楊海旭 劉婕鈺 程永龍 姜子航 黃澤澳

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

木材產業對牡丹江市的社會經濟發展和人民生活水平提高起到了舉足輕重的作用，也為木橋發展提供了有力的保證。牡丹江市在很多林區修建了大量的木結構橋梁，既能起到交通作用，又起到景觀作用，更好地適應該地水流湖泊多的特點。不僅如此，木結構橋梁還具有綠色環保、輕巧美觀、施工便捷、性能可靠、可循環利用等優點，進而越來越受到人們的青睞。總之，木結構橋梁的發展順應了當今社會的發展和自然景區對建筑材料的要求。

1 牡丹江市木橋梁的特點

牡丹江市對木結構橋梁的加工正經歷著由依賴經驗和純手工制作的傳統加工模式向以工業化、產業化的木結構產品為主的現代木結構橋梁加工模式發展，新的現代化發展模式機械化和自動化程度較高，生產效率較高，生產成本較低，并且有先進的科學技術作支撐，是一種現代技術與傳統文化交織的新型產品。總體來說，當前牡丹江市木結構橋梁主要具有以下特點：

1)輕質、節能、綠色環保：通常，樹木每生長1 m3能吸收1 t CO2并釋放0.75 t O2，同時CO2又以碳的形式存儲于樹木中[1]。在木材加工制作為木結構產品后，在其生命周期內，能始終固化其最初所吸收的12C，進而達到節能減排的目的，充分發揮其綠色環保的材料特性。

2)縮短施工周期、降低木橋施工成本：木材質輕易加工，木結構橋梁各個構件均可實現工廠預加工，且現場安裝時對運輸及吊裝設備要求低，進而大大縮短工期。并且木材取材方便，且其方法簡單易行，對設備要求較低，進而降低了木橋的施工成本。

3)易于加固維修：由于標準化構件可隨時更換，橋梁的加固維修十分方便。并且定時對橋面進行油漆、防腐、清掃，防止橋面積水，也可以有效防止木結構橋梁發生腐蝕破壞。

4)具有很好的抗震性：結構所受地震力大小與其自身質量有關，相對于鋼筋混凝土和鋼結構橋梁，木結構橋梁的質量較輕，地震對其產生的總地震剪力相應較小，因此在遭遇地震作用時，木結構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：木材抗拉強度比鋼筋低很多，以至于相比于鋼筋混凝土結構而言，木結構承載力明顯不足，目前也只適用于景觀橋梁，而不能作為正常的交通路線，又由于相應規范雖在完善，但仍有不足，所以在施工和設計上缺乏相應的限制。同時，由于木材易腐蝕，往往需要定期保養，及時排除安全隱患，進而顯得更為復雜。

2 牡丹江市木橋的應用分析

2.1 牡丹江市林區景觀木橋的結構形式分析

目前，應力疊合板梁橋、桁架橋和拱橋是現代世界上常用的木橋結構形式，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構的木結構斜拉橋、懸索橋也有很多成功的案例。牡丹江市木橋多為應力疊合板梁橋和懸索橋兩種類型(如圖1，圖2所示)。應力疊合板梁橋是由橋面板與墩臺連接組合而成的一種橋梁結構形式，它具有強度高、使用性能好、施工快速、工廠化程度高等特點，是目前中小跨徑木結構橋梁使用較多的一種結構形式[2]。據當地木業企業技術人員介紹，該應力疊合板梁橋在選材上的特點是橋面板采用多種復合材料，同時在梁上利用了原木，從材料的角度考慮，原木沒有進行過大規模的加工，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定的力學性能；在價格方面，由于原木并未經過深度的加工處理，因此較一般方形鋸木的價格低。但缺點在于：原木在耐久性上較加工過的木材差，在與其他構件連接的工藝方面，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，充分發揮了各種材料的優勢，如以鋼纜索代替木橋墩作為支承結構，有效地解決了木材遇水易腐朽變形、承載力降低的缺點，充分發揮了鋼材抗拉性強的優勢，鋼纜索木吊橋充分發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，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使用的特性，不僅增強了木橋的強度、剛度及使用壽命，也為景區增添了一番風味，成為景區內一道亮麗的風景線。

2.2 牡丹江市木橋木材耐久性技術的發展情況

2.2.1防腐性

現代防腐技術和防腐劑的出現很大程度上提高了木結構防腐性能，木材在經過防腐處理后防腐性能變得更加穩定、經濟性顯著提高，進而能夠在現代木結構橋梁中得到更好的應用，提高現代木結構橋梁的使用壽命。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，防腐相關規范也逐漸得到完善[4,5]。

據牡丹江市木業企業技術負責人描述，在使用木材之前最好先對其進行適當的防腐處理，避免腐蝕菌等對木材的腐蝕破壞；隨后在表面涂一層防水涂層，但是，對于裝配使用后的木材，由于在裝配過程中會對已涂好的防水層造成破壞，因此需要做第二次防水處理。

但是據調研結果看，牡丹江市的部分木業公司不具備防腐處理能力，在防腐處理質量上控制得也不嚴格。這些木業公司僅僅負責對木材的拼裝加工，之后再由買主進行刷涂防腐，不能嚴格執行防腐工序，造成木材防腐性能差，進而導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，導致即使是干燥木材，其細胞間仍然會存在自由水，加上木材燃燒過程中會產生CO2等不可燃性氣體并且在其表面會形成碳化層等，這些特性在一定程度上都能延緩甚至阻止木材進一步燃燒。據調研發現，牡丹江市的絕大部分木業公司并不關心木材的耐火性，也不采取先進的防火涂料對木材進行防火處理，僅僅是負責產品的粗加工。

牡丹江市木業公司在對木材和木橋的耐久性方面缺乏相關專業知識，也不了解先進的木材加工技術。由于技術指導的缺乏，該市的木橋也僅僅局限于景區簡易橋梁，結構形式單一，承載力低，耐火性差。大多數橋梁僅僅是橋面部分采用木板鋪設而成，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構，尤其是在人流量較大的橋梁處，這種結構較常見。

2.2.3開裂性

木材的開裂是因木材含水量變化導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結構安全性的影響，牡丹江市各個木業公司通過人為地增加人工裂縫的方法減少木材干縮時裂縫出現位置的隨機性，進而保證了木材的安全性，抑或是利用物理或者化學方法進行處理，通過改變木材的內部結構情況，進而有效避免木材的自然裂縫對其力學性能的影響。

2.3 牡丹江市木業企業存在的技術問題分析

1)生產技術落后。

調研發現，牡丹江市木業企業由于加工技術落后和創新能力的匱乏，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的榫接方式, 橋墩也未經過細加工和嚴格的計算設計。由圖1可見其木材的結構形式非常混亂，可能不僅無法滿足使用要求，甚至連美觀性很難過關。

2)木構件加工制作問題。

木橋用木材的品種、材質、規格需要與施工圖保持一致。木材上的木節數量，蟲洞，腐壞等問題都要嚴格控制。根據現場調研結果，木橋上應用的木材，其防腐、防水處理工藝做得并不好，導致橋面多處出現腐朽現象。

3)木材的涂飾工藝問題。

調研時所見的木橋橋面及橋墩表面涂飾出現皺皮，嚴重脫皮現象。在木業企業調查時，發現工人在加工木材時，處理后的木材表面也并未達到光亮、光滑和線條平直的要求。技術人員認為木橋用材不必像家具用材那樣精細加工，殊不知這樣會為木橋的使用造成極大隱患。

3 結語

按目前現存的橋梁來看，木橋的發展不僅可以促進人與自然和諧相處，同時可以帶動相關木業行業的發展。對于牡丹江市而言，木結構橋梁的發展不僅僅可以使該市的木業公司發生產品或生產工藝的轉型，同時，也可以帶動當地經濟的發展，從而一定程度上起到振興東北的目的，對土木行業而言，將注入新的“血液”有利于木結構在土木行業的發展和研究。但是針對技術落后及加工工藝不精細等問題，迫切需要科研單位在技術方面的支持，也需要當地政府政策上的傾斜，促進企業轉型，以適應高速發展的社會環境。